Информације

Разлика између приона и амилоидних протеина?

Разлика између приона и амилоидних протеина?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Амилоид и приони су погрешно савијени протеини, али у чему је, ако постоји, разлика између њих?

Да ли је амилоид врста приона са фибриларном структуром?


Амилоиди су нерастворљива фибрила отпорна на протеазу формирана због (мис)преклапање и агрегација растворљивих протеина (Рамбаран и Серпелл, 2008, Сабате ет ал., 2015). Прву дефиницију приона дао је Прусинер (1982):

Пошто нова својства агенса за гребање разликују га од вируса, плазмида и вироида, нови термин "прион" је предложен да означи малу протеинску инфективну честицу која је отпорна на инактивацију већином поступака који модификују нуклеинске киселине.

Многе прионске болести карактерише формирање амилоидних фибрила и стога неки (ако не и многи) истраживачи сматрају прионе подгрупом амилоида.

Приони се сматрају подкласом амилоида у којима агрегација протеина постаје самостална и заразна.
(Сабате ет ал., 2015)

Међутим, формирање амилоидне структуре није од суштинског значаја ни за аутопропагацију ни за напредовање болести (Мооре ет ал., 2014).

Када су мишеви дивљег типа Ц57БЛ/10 интракранијално инфицирани РМЛ мишјим прионским сојем, ПрПСц акумулира се у дифузним неамилоидним наслагама и мождану патологију одликује карактеристична спонгиоза сиве материје по којој су ТСЕ назване. Насупрот томе, када су трансгени мишеви хомозиготни за ПрПЦ којима недостаје ГПИ сидро (Тг44 или „без сидрених“ мишеви) су инфицирани истим РМЛ сојем, време инкубације је дуже и ПрПСц акумулира се у густим периваскуларним амилоидним плаковима са мало или нимало спонгиозе сиве материје.9−11 Сличан амилоид ПрПСц таложење и болест која је резултирала смрћу примећена је код људи са аберантним стоп кодоном у Ц-терминалном делу ПрП секвенце, што је резултирало стварањем ПрП без ГПИ групе за сидрење, као и неких аминокиселинских остатака.13−16 Дакле, ГПИ-сидрење ПрПЦ Чини се да је плазма мембрана примарни фактор који одређује тип ПрПСц таложење и развој патологије мозга.

Можете рећи да прионски протеин ПрПЦ је амилоидогена али то није амилоид.

Постоје непатогене (и у ствари корисним приони) који се налазе у гљивама. Многи од ових корисних приона такође формирају амилоидну (сличну) структуру, али се могу раздвојити по пратиоцима (Вицкнер ет ал., 2018). Опет, није битно да ови корисни приони формирају амилоидну структуру.

Приони (дефинисани као „инфективни протеини”) не морају бити амилоиди. Вакуоларна протеаза Б (Прб1п) Саццхаромицес церевисиае је направљена као неактивни прекурсор који се нормално цепа и тако активира деловањем протеазе А (Пеп4п) [32]. Међутим, у одсуству Пеп4п, зрели активни Прб1п може активирати сопствени прекурсор [33]. Ова самоактивација се може ширити и преносити из ћелије у ћелију на инфективан начин, делујући као прион и названа [БЕТА] [34]. У недостатку Пеп4п, [БЕТА] је неопходан за мејозу и формирање спора и за преживљавање у стационарној фази [34]. Дакле, то је функционални прион.


[СМАУГ+] је још један пример неамилоидног приона квасца који има благотворно дејство (Цхакравартхи ет ал., 2019 и Итакура ет ал., 2019; Јаросз група). За разлику од Прб1п, [СМАУГ+] заправо формира самопропагирајуће агрегате.

Мој резиме

Многи познати приони су амилоидогени и могу да пређу у амилоидни облик. Међутим, према дефиницији, приони су "заразни" или другим речима, протеини који се сами размножавају. Шта се квалификује као прион зависи од наше дефиниције. Начин деловања већине познатих приона је катализатор промене у набору протеина. Вицкнер и сарадници (као што је горе цитирано) разлог да оригинална дефиниција не укључује експлицитно начин деловања и стога протеине који се активирају путем протеолизе такође треба сматрати прионима. Јарошова група је показала пример неамилоидног приона који формира агрегате који се сами размножавају. Врло је вероватно да ће у блиској будућности бити откривено још таквих протеина.

У сваком случају, "амилоид" је структурно својство, док је "прион" функционално својство и не могу се сматрати под/надскупом један другог, чак и ако су у корелацији.

Суштина је:
Амилоид је облик супрамолекуларне протеинске структуре коју често формирају многи прионски протеини. Међутим, нису сви протеини који формирају амилоид прионски и не морају сви приони да формирају амилоиде.


Протеански прионски протеин

Прионски протеин, ПрП, може усвојити најмање 2 конформације, претежно преовлађујућу ћелијску конформацију (ПрП Ц) и конформацију сцрапие (ПрП Сц). ПрП Ц карактерише глобуларни Ц-терминални домен који садржи 3 α-завојнице и кратку β-листу и дугачак флексибилни Н-терминални реп чија тачна конформација ин виво још није позната и метастабилни поддомен са склоношћу β-ланца је идентификован унутар то. ПрП Сц конформација је веома ретка и има карактеристике амилоида. Штавише, ПрП Сц је прион, односно заразан је. Ово укључује 2 корака: (1) ПрП Сц може да шаблонизује ПрП Ц и да га присили да усвоји ПрП Сц конформацију и (2) ПрП Сц се може пренети између појединаца, оралним, парентералним и другим путевима и на тај начин размножавати као инфективни агенс . Међутим, ово је поједностављење: с једне стране, ПрП Сц није једна конформација, већ скуп алтернативних сличних, али различитих конформација. Штавише, постоје друге амилоидне конформације ПрП са различитим биохемијским и пропагативним својствима. У овом броју од ПЛОС Биологи, Асанте и колеге описују први мишји модел породичне људске прионске болести и демонстрирају појаву и размножавање 2 ПрП амилоидних конформера. Од њих, један изазива неуродегенерацију, док други не. Са својим бројним конформерима, ПрП је истински протеински протеин.

Цитирање: Рекуена ЈР (2020) Протеански прионски протеин. ПЛоС Биол 18(6): е3000754. хттпс://дои.орг/10.1371/јоурнал.пбио.3000754

Објављено: 25. јуна 2020

Ауторско право: © 2020 Хесус Р. Рекуена. Ово је чланак отвореног приступа који се дистрибуира под условима лиценце Цреативе Цоммонс Аттрибутион Лиценсе, која дозвољава неограничену употребу, дистрибуцију и репродукцију на било ком медију, под условом да се наведу оригинални аутор и извор.

Финансирање: Овај рад је финансирало шпанско Министарство индустрије и конкурентности (грант БФУ2017-86692-П), делимично подржано средствима ЕУ ФЕДЕР. Финансери нису имали никакву улогу у дизајну студије, прикупљању и анализи података, одлуци о објављивању или припреми рукописа.

Такмичарски интереси: Аутор је изјавио да не постоје конкурентни интереси.

ПРОВЕНИЈЕНЦИЈА: Наручено екстерно рецензирано.

Стенли Прусинер је 1982. дефинисао прионе као „протеинске инфективне честице” [1]. Ово је вероватно био еуфемизам за „заразни протеин“, дефиниција која би у то време била превише експлицитна. Први прион који је откривен био је ПрП Сц, идентификован као узрочник сцрапие, преносиве неуродегенеративне болести оваца [2]. Касније је пронађен његов нормално пресавијени претходник, ПрП Ц . Стога, иако ПрП значи „прионски протеин“, ПрП Ц није прион, већ се може поново савијати у прион. Заиста, ПрП Сц приони се размножавају тако што своју посебну конформацију унесу у ПрП Ц . Ово се дешава кроз процес у коме формирање водоничних веза између амино и карбонил група шаблонских и шаблонских полипептида вероватно игра кључну улогу [3,4] (Слика 1). Приони су инфективни јер се могу пренети са једне особе на другу, типично, али не увек (виде инфра) оралним путем (слика 1).

(1) Формирање водоничних веза између амино и карбонил група шаблонских и шаблонских полипептида је предложено као кључни механизам у размножавању приона [3,4]. Карбонил и амино групе у ивичним β-ланцима ПрП Сц спремне су да формирају водоничне везе са долазним, делимично несавијеним ПрП полипептидом, приморавајући његово поновно савијање да би се формирале свеже β-ланчеве. На овај начин ПрП Сц може да се шири кроз мозак. (2) Његова заразна природа потиче од чињенице да се ПрП Сц, унет у други мозак оралним, парентералним или другим путем, може тамо размножавати. ПрП, прионски протеин ПрП Сц, прионски протеин са сцрапие конформацијом.

Иако на први поглед може изгледати тако, приони нису у супротности са Анфинсеновим принципом. Прионски протеин, кодиран од Прнп (човек: ПРНП) ген, увек изнова се савија у савршено дефинисану конформацију, ПрП Ц , са глобуларним Ц-терминалним доменом који садржи 3 α-хеликса, кратким β-листом (остаци приближно 125–231) и дугим флексибилним Н-терминалним репом (остаци 23–124) [2]. Тачна конформација репа ин виво још није позната. У оквиру 113–120 региона идентификован је метастабилни поддомен са склоношћу β-ланаца [5]. Само у ретким околностима ПрП Ц се поново савија да би усвојио алтернативну прионску конформацију, ПрП Сц (слика 2). ПрП Сц је често амилоид, па стога његова конформација мора да омогући слагање да се формира ова врста фибриларне структуре [3]. Заправо, усвајање алтернативне амилоидне конформације је нешто што сви протеини могу да ураде под одређеним околностима, као што су показали Добсон и сарадници [6]. Сваки протеин, без обзира на то колико се добро понаша и стабилан, ако се подвргне одређеним експерименталним условима, као што је низак пХ и/или присуство денатураната, усвојиће амилоидну конформацију [6]. У ствари, амилоидна конформација је најстабилнија, а верује се да су сви остали природни набори кинетички заробљена међустања [6]. Штавише, сви амилоиди катализују транзицију свог нормалног набора у амилоидни набор, феномен познат као „сејање“ [7]. Укратко, приони су само посебна врста амилоида, а сви протеини могу бити амилоиди, тако да приони нису толико чудни.

Тхе Прпн/ПРПН ген се транскрибује и преводи у ПрП полипептид, који лако усваја ПрП Ц конформацију (1). ПрП Ц се може поново савијати да би усвојио једну од неколико конформација соја ПрП Сц (2). Они могу бити патогени (знак лобање и костију) или не (знак лица). ПрП Сц је приказан као наслагани цилиндри под претпоставком да се ради о 4Рβ [4], иако његова природа још није без сумње решена [25]. Различити сојеви ПрП Сц показују различите степене отпорности на ПК. ПрП Сц осетљив на ПК постоји (провидни цилиндри). ПрП Ц се такође може поново савијати ин витро и усвојити ПИРИБС амилоидну конформацију која се може размножавати у мозгу након инокулације и може се даље преносити инокулацијом као инфективни агенс (3). Тамнија нијанса означава Ц-терминус отпоран на ПК. Током узастопних пролаза, деформисана шаблона резултира еволуцијом овог конформера према ПрП Сц (4). Различите мутације у ПРНП резултирати ПрП Ц (5) са већом тенденцијом поновног савијања у разне пропагативне ПрП конформере који формирају нерастворљиве агрегате. Код тг 117В мишева, они укључују ПК-осетљив, патогени ПрП Сц (6) и преносиви, непатогени ПрП амилоид (7) са карактеристичним узорком отпорности на ПК (опсег од приближно 8 кДа који одговара сегменту који се разликује од оног који се види у пропагативном амилоиду описаном изнад и сигнализира се тамнијим сенчењем). Треба напоменути, међутим, да недавна студија сугерише да су фрагменти од приближно 8 кДа инфективни и патогени и да би могли да испоље двостепену соленоидну архитектуру [17]. 145Стоп мутација у ПРНП резултира ПрП23-144 који се савија у пропагативни и патогени ПИРИБС амилоид (8). Током преласка на мишеве дивљег типа, долази до деформисања шаблона, што доводи до појаве ПрП Сц . ПК, протеиназа К ПИРИБС, паралелно у регистру бета ланца ПрП, прионски протеин ПрП Ц , прионски протеин са ћелијском конформацијом ПрП Сц прионски протеин са сцрапие конформацијом.

Приони такође не противрече Централној догми молекуларне биологије. Да би се пропагирала, прионска конформација ПрП Сц треба да регрутује свеже ПрП Ц јединице и примора их на поновно савијање. Такве ПрП Ц јединице су кодиране ДНК транскрибованом у РНК и преведеном у рибозоме (слика 2). Прекини са Прнп ген и нема преноса приона [2]. Опет, приони нису толико необични, биолошки гледано, супротно њиховој аури као нејасним, бизарним протеинима, добијеним пре 25 година током епизоотије говеђе спонгиформне енцефалопатије (БСЕ).

Док пишем овај Пример код куће, 30. дана пандемије тешког акутног респираторног синдрома коронавируса 2 (САРС-ЦоВ-2), као милиони људи широм света, неизбежно је сетити се како су пре 20 година сви са зебњом гледали на кривини нових случајева варијанте Цреутзфелдт-Јакобове болести (вЦЈД), фаталне неуродегенеративне болести узроковане говеђим прионима који се преносе на људе [8]. У то време није било познато да ли су говеђи приони веома преносиви на људе или не. Практично сви Британци (са изузетком неколико вегана) и безброј других Европљана били су изложени говеђим прионима, а с обзиром на то да су прионске болести увек фаталне, страх од катастрофе апокалиптичних размера захватио је епидемиологе и ширу јавност [8]. На срећу, говеђи приони су се на крају показали као веома слабо преносиви на људе, и догодило се само око 200 смртних случајева, колико год да су сви смртни случајеви тужни. Зашто је баријера преноса између говеђих приона и људи тако висока? Не знамо. Секвенце говеђег и хуманог ПрПс садрже неке разлике у аминокиселинама, али како тачно ове разлике утичу на процес шаблонирања (слика 1) да би се створила баријера за пренос између говеђег ПрП Сц хуманог ПрП Ц још није јасно схваћено.

Баријере за пренос приона које произилазе из разлика у ПрП секвенци нису једине које постоје. Класичне студије које су спровели Бесен и Марш су показале постојање 2 различите врсте приона код сиријских хрчака, оба са истим редоследом, који се различито преносе. Тако се „сој“ Хипер ПрП Сц може пренети између хрчака и интрацеребралном и интраперитонеалном инокулацијом, док се сој Дровси може пренети само интрацеребралном инокулацијом [9]. Штавише, ова 2 соја показују различите биохемијске и биолошке особине. У ствари, њихова имена се односе на фенотипске карактеристике хиперактивности или летаргије које показују заражене животиње. У елегантној студији, Сафар и колеге су показали да сојеви ПрП Сц морају бити субизоформе ПрП Сц, варијације на општу структурну тему [10]. То је значило да нису постојала само 2 ПрП конформера, ПрП Ц и ПрП Сц : већ је било ПрП Ц и неколико релативно сличних, али различитих ПрП Сц конформера.

Када је епизоотија БСЕ избледела (страхови од другог таласа вЦЈД који утиче на отпорније појединце са дужим временима инкубације нису се материјализовали), пажња је преусмерена на спорадичне прионе. ПрП Ц се понекад спонтано поново савија у ПрП Сц, у одсуству било каквог постојећег шаблона ПрП Сц. То је веома редак догађај, са годишњом инциденцом од 1-2 случаја на милион људи [2,8] и вероватно сличним стопама код других врста сисара. Једном када се формира мали базен, ПрП Сц приони се шире по мозгу помоћу шаблона. Спорадични људски приони, међутим, нису у стању да заразе други мозак, осим ако се тамо не одведу кроз специфичне и релативно неуобичајене догађаје. То укључује ритуални канибализам (као у случају куруа [2,8]), индустријски канибализам (као у случају БСЕ [2,8]) и јатрогенезу (као у неколико случајева преноса путем хируршких инструмената или третмана мозгом -произведен, прионом контаминиран хормон раста [2,8]). Насупрот томе, прП Сц приони код овчијег сцрапие и цервида хроничног исцрпљивања (ЦВД) се излучују изметом и урином и стога се лако преносе између оваца и грлића. У ствари, ЦВД и сцрапие су постали ендемски у одређеним географским регионима [11]. Али ово само одражава разлике у њиховој физиологији, а не суштинске разлике у структури. У ствари, спорадични људски приони и „заразни“ приони ЦВД и сцрапие могу се експериментално пренети инокулацијом са сличном лакоћом у одговарајуће трансгене (тг) моделе миша [2,8].

Међутим, донедавно то није био случај са породичним прионима. Бројне мутације у ПРНП ген резултира фаталним неуродегенеративним обољењима чији се фенотипови преклапају са онима спорадичних прионских болести [8]. У свим породичним случајевима, депозити ПрП амилоида се налазе постмортем у мозгу. Стога се претпоставља да ове мутације предиспонирају конформациону промену у експримираном ПрП протеину, што доводи до стварања ПрП склопова повезаних са болешћу који се размножавају погрешним савијањем засијаног протеина. За такве пропагативне ПрП склопове, са амилоидним карактеристикама, се стога веровало да су приони. Ипак, инфективни пренос (тј. пренос између мозга) породичних патогених приона дуго није био недвосмислено постигнут [8]. Ово би могло изгледати необично, од интереса само за пажљиве стручњаке. Али, то није. Прво, ако агрегати мутантног ПрП нису били заразни, да ли су били приони? Да ли неко може бити сигуран да су се барем размножавали по захваћеном мозгу тако што су се семе погрешно савијале, или су се само погрешно савијале и накупљале ин ситу? И, ако нису били заразни, да ли је то зато што показују додатну конформацију која није ни ПрП Ц ни било који од подтипова ПрП Сц?

Али слика је била још компликованија. Мутантни ПрП агрегати се заправо могу пренети интрацеребралном инокулацијом. Показало се да се размножавају у мозгу животиња примаоца, које су акумулирале ПрП амилоидне наслаге. Такође је демонстриран и серијски пролаз. Ипак, ове животиње нису показивале знаке неуродегенеративне болести [12,13]. Ово је сугерисало да би бона фиде (тј. инфективни) приони могли бити безопасни. Али онда, шта узрокује оштећење мозга које се види код породичних прионских болести? Још један ПрП конформер? Нека неидентификована група ПрП Сц?

Асанте и његове колеге су коначно успели да експериментално пренесу људску породичну болест. Они су показали да се агрегати ПрП са мутацијом А117В, пронађени у мозгу појединаца који пате од смртоносне неуродегенеративне Герстман-Стројслер-Шајнкерове (ГСС) болести, могу пренети на тг мишеве који експримирају људски ПрП на мишјем ПрП нулл позадини, и дуж њих, болест [14]. Ово је знатно поједноставило ствари. Међутим, да би се минимизирала баријера преноса повезана са мутацијом А117В, и самим тим олакшала трансмисија, мишеви примаоци тг су пројектовани да носе мутацију А117В. Запањујуће је да ови мишеви нису спонтано развили породичну прионску болест. Ово је било веома згодно: да су развили болест, било би немогуће проценити преносивост агрегата ХуПрП(А117В) присутних у инокулуму. Али зашто се нису спонтано разболели? Зар нису производили прионе у својим мозговима?

У овом броју од ПЛОС Биологи, Асанте и његове колеге дефинитивно затварају круг показујући да неки од тг мишева који експримирају хумани ПрП 117В спонтано стварају веродостојне патогене прионе [15]. Инокулација абнормалних ПрП 117В склопова пронађених у њиховом мозгу у друге 117В тг мишеве је у неким случајевима произвела фаталну неуродегенеративну болест. Чињеница да мишеви који нису инокулисани не развију болест је стога само питање времена: дуговечност мишева је кратка, а патогени приони који се акумулирају у њиховом мозгу немају времена да изазову болест у свим случајевима. тг ХуПрП117В мишеви се могу сматрати дефинитивним мишјим моделом људске породичне прионске болести.

Иако 2 студије Асантеа и његових колега поједностављују наше разумевање ширења приона, дозвољавајући генерализације, оне такође доносе нова питања. Агрегати мутантног ПрП 117В уочени у захваћеним мозговима показују веома необичан образац резистенције на протеиназу К (ПК). ПК се користи дуги низ година као важно средство за карактеризацију приона. Типично, ПрП Сц је делимично отпоран на ПК, који обрезује његов наводно флексибилан Н-терминални реп, стварајући карактеристичан триплет варијабилно гликозилованих резистентних фрагмената названих ПрП27-30. Мале количине таквог триплета су примећене у инфективним узорцима мозга код ПрП 117В тг мишева, али само под одређеним околностима, што указује да ПрП Сц постоји у овим мозговима, али да показује необично ниску отпорност на ПК [15] (Слика 2). Постојање ПК-сензитивног ПрП Сц познато је дуго времена. Тренутно није потпуно јасно да ли је осетљивост на ПК карактеристика која зависи од терцијарне или квартарне структуре одређеног соја ПрП Сц.

Запањујуће је да ови узорци такође садрже неканонске ПК-отпорне фрагменте од приближно 8 кДа који су резултат двоструког скраћења Н- и Ц-терминала. Слични фрагменти су откривени у мозгу многих прионских болести које се називају „атипичне“ [16]. Најштедљивије објашњење за ове фрагменте би било да они потичу из једног ПрП Сц конформера. Међутим, тумачење Асантеа и његових колега је да у њиховом конкретном моделу они потичу од 2 различита ПрП 117В конформера [14,15]. Између осталог, недостатак корелације између акумулације амилоидних плакова у мозгу и појаве болести иде у прилог таквој интерпретацији. Стога се предлаже да двоструко скраћени фрагмент потиче од преносивог, али не инфективног ПрП амилоидног конформера (слика 2). Међутим, треба напоменути да су у студији коју су објавили скоро истовремено са студијом Асантеа и његових колега, Ванни и колеге инокулирали хомогенат мозга ГСС А117В волухарицама (Миодес глареолус, глодар који је веома подложан прионској инфекцији), изазивајући код њих преносиву прионску болест [17]. Мозак ових животиња је такође садржао агрегате који су након третмана са ПК дали двоструко Н- и Ц- скраћени фрагмент. Затим су Ванни и његове колеге делимично изоловали материјал отпоран на ПК и показали да садржи сву инфективност која се крије у овим мозговима [17]. Ови резултати снажно сугеришу да је инфективност у њиховом моделу повезана са ПрП конформером који даје приближно 8-кДа двоструко скраћену траку отпорну на ПК. Иако се чини да постоји контрадикција између тумачења ове две групе, треба напоменути да су модели различити. Посебно је вредно напоменути да заражене волухарице не акумулирају велике наслаге амилоида као што то чини тгХуПрП117В. У ствари, електронске микроскопске слике полупречишћеног инфективног ПрП материјала третираног ПК показале су да није фибриларан, који се састоји од аморфних агрегата [17]. Биће потребне додатне студије да би се ови фасцинантни резултати ускладили.

Баскаков и његове колеге описали су пропагативну, али неинфективну ПрП амилоидну изоформу [18]. Међутим, такав амилоид даје фрагменте отпорне на Ц-терминалну ПК, тако да није структурно идентичан оном који се размножава међу 117В тг мишевима. Штавише, у узастопним пасусима, поред овог ПрП амилоида, виђен је верни ПрП Сц са својим карактеристичним триплетом отпорним на ПК, и на крају се појавила клиничка болест (Слика 2). Ово је супротно од резултата које су описали Асанте и његове колеге у којима је ПК-осетљиви ПрП Сц који се заједно пропагира дуж непатогеног ПрП амилоида на крају избледео [15]. Баскаков и колеге су сковали термин „деформисано шаблонирање“ да би се односило на феномен којим њихов пропагативни амилоид полако доводи до ПрП Сц [18].

Дакле, каталог ПрП конформера је до сада значајно проширен (слика 2): постоје ПрП Ц различите верзије (сојови) ПрП Сц , од којих су неке отпорне, док су друге изузетно осетљиве на ПК и најмање 2 различита пропагативна ПрП амилоида који се могу серијски преносити између животиња инокулацијом, нису патогени и стварају карактеристичне обрасце фрагмената отпорних на ПК. Да ли су ови преносиви ПрП амилоиди приони? Према првобитној дефиницији [1], да, али тешко да су уопште заразне: потребно их је инокулирати интрацеребрално да би се ширили од мозга до мозга.

Структура ПрП Ц је веома добро позната [2]. Али шта је са осталим конфомерима? Сви су амилоиди, али показују веома различита биохемијска и биолошка својства. Карактеристична структурна карактеристика амилоида је да су β-ланци наслагани окомито на дугу осу амилоида. Ови β-ланци се држе заједно низом водоничних веза поравнатих са таквом осом. Тренутно постоје само 2 структурна модела амилоида релевантна за пропагативни ПрП: паралелна структура бета ланца регистра (ПИРИБС) и β-соленоид са 4 пречке (4РβС). У структури ПИРИБС-а, сваки ПрП молекул је равна структура налик змији. Различити молекули ПрП се слажу један на други „у регистру“, то јест, сваки аминокиселински остатак је тачно на врху еквивалентног остатка у претходном мономеру ПрП [19]. Подаци спектроскопије НМР у чврстом стању и електронске парамагнетне резонанце (ЕПР) снажно сугеришу да непатогени, пропагативни амилоид који су описали Баскаков и сарадници има ПИРИБС архитектуру [20]. Такође је познато да се мањи ПрП фрагменти савијају у ПИРИБС структуре [21]. Суревицз и колеге су описали још један пропагативни (али овај пут патогени) ПИРИБС амилоид који садржи ПрП23-144 подјединице [22]. Треба га сматрати веродостојним ПИРИБС ПрП прионом, али пошто садржи скраћену верзију ПрП, мора бити искључен из каталога конформера ПрП пуне дужине. Међутим, овде се помиње из 2 разлога: С једне стране, постоји жута мутација ПрП (ПрП145Стоп) која доводи до експресије скраћеног ПрП23-144 и доводи до породичне прионске болести. С друге стране, карактеристичан Н- и Ц-скраћени фрагмент, који је резултат ПК третмана А117 пропагативног, непатогеног ПрП амилоида, укључује слично Ц-скраћење, тако да је примамљиво спекулисати да оба амилоида деле сличну архитектуру (Слика 2) . Треба напоменути да се током узастопног проласка приона ПрП23-144 код мишева дивљег типа појављује и класични ПрП Сц, као у случајевима које су описали Баскаков и колеге. [18]. Није јасно у ком степену сваки конформер ПрП доприноси патогенези. У овом тренутку, вреди напоменути да су неки аутори сугерисали да чак иу једноставнијим случајевима прионске болести као што су спорадичне, ПрП Сц није патогени конформер: уместо тога, постоји „токсична“ врста која потиче од ПрП Сц [23] . Још један могући конформер, чија дискусија је ван оквира овог примера.


Сојеви приона сисара диктирају диференцијалне патолошке последице

Као и друге фаталне људске неуродегенеративне болести, преносиве спонгиформне енцефалопатије (ТСЕ) или прионске болести, имају случајеве који се јављају спорадично (Цреутзфелдт-Јакобова болест [ЦЈД]) или су наследни (фатална породична несаница и Герстманн-Стр&#к000е4усслер синдроме) 1]. Занимљиво је да се прионске болести могу добити и инфекцијом (нпр. куру код људи). ТСЕ погађа широк спектар врста сисара (нпр. гребање код оваца, болест хроничног исцрпљивања код грлића и говеђа спонгиформна енцефалопатија [БСЕ] код говеда). Ови поремећаји су узроковани конверзијом нормалног протеина кодираног код домаћина, ПрП Ц , у абнормалну инфективну конформацију звану ПрП Сц која генерално усваја структуру сличну амилоиду. Широко прихваћена хипотеза о прионима сугерише да је ПрП Сц једини преносиви агенс прионских болести, чиме се разликује од конвенционалних патогена који имају компоненту нуклеинске киселине. Међутим, дуго је било нејасно како инфективни агенс на бази протеина може објаснити постојање сојева приона.

Чак и рана опажања прионских болести описују значајну разноликост симптома болести са различитим изолатима ПрП Сц [2]. Ово се обично манифестује као варијације у периоду инкубације (време од инфекције до појаве симптома) или обрасцима дистрибуције ПрП Сц или спонгиформне патологије у мозгу. Поред тога, одређени прионски изолати показују различите степене преносивости између врста, што је феномен који се назива &#к0201цспециес баријера&#к0201д при чему је пренос између различитих врста генерално мање ефикасан од преноса унутар исте врсте. На ово је скренута пажња јавности средином 1990-их са избијањем БСЕ-а (која се обично назива &#к0201болест лудих крава&#к0201д) и каснијим преносом на људе, узрокујући нову болест названу варијанта ЦЈД [2]. Неки су тврдили да варијације у патологији и преносивости у вези са прионским сојевима указују на то да инфективни агенс мора имати компоненту нуклеинске киселине или бити кодиран променама у ПрП секвенци на аналоган начин као генетски полиморфизми који разликују различите сојеве вирусних или бактеријских инфекција. Међутим, изоловани су различити сојеви приона који су имали идентичну примарну структуру, што сугерише да физичка основа прионских сојева није једноставно одређена варијацијом секвенце. Заиста, ове ране студије су показале да два различита соја преносиве енцефалопатије куне показују различиту отпорност на протеазе, што сугерише да прионски сојеви представљају различите агрегатне конформације истог протеина [3].


Докази за пренос Аβ агрегата са човека на човека

Између 1958. и 1985. неколико хиљада људи углавном у Уједињеном Краљевству, Француској и Сједињеним Државама лечено је због ниског раста ињекцијама људског хормона раста екстрахованог из мозга лешева. Овај третман је прекинут 1985. године након што је откривено да су неки пацијенти задобили хуману прионску болест, Цреутзфелдт-Јакобову болест, од убризганог материјала контаминираног инфективним ПрП агрегатима [6]. Лешеви из којих је извучен контаминирани хормон раста мора да су имали неоткривене ПрП агрегате у мозгу. У недавној студији објављеној у часопису Натуре, истраживачи са Универзитетског колеџа у Лондону извршили су аутопсију на 8 особа, све између 36 и 51 године, које су умрле од ове стечене прионске болести [6,7,8]. Истраживачи су пронашли ПрП агрегате у мозговима свих 8 пацијената, као што се и очекивало, међутим, били су изненађени када су такође пронашли опсежне Аβ накупине у мозгу 4 пацијената, и благе Аβ накупине код још 3 пацијента. Иако ниједном од ових пацијената није дијагностикована Алцхајмерова болест, изузетно је ретко пронаћи овај тип агрегације Аβ у овој старосној групи, посебно имајући у виду да су истраживачи открили да ниједан од ових пацијената није имао генетске мутације за које се зна да повећавају вероватноћу раног почетак Алцхајмерове болести. Ово откриће навело је истраживаче да се запитају: да ли су ови Аβ агрегати такође могли бити пренети из мозга лешева?

Да би поуздано одговорили на то питање, истраживачи су морали да тестирају неколико хипотеза. Прво, да ли гомила ПрП повећава вероватноћу да ће мозак особе такође показати агрегацију Аβ? Да би искључили ову могућност, истраживачи су тражили агрегацију Аβ код 116 других пацијената који су умрли од спорадичних или наследних (тј. не заразних) прионских болести. Ових 116 пацијената није добило своју прионску болест од инфицираног људског хормона раста. Открили су да ниједан од пацијената у овој контролној групи није имао сличну агрегацију Аβ. Затим су питали да ли се Аβ агрегати могу наћи у пределу мозга где је људски хормон раста екстрахован из лешева. They examined the brains of an additional 49 patients who had died from Alzheimer’s, and indeed found Aβ aggregates in this particular brain region in 7 of these patients.

Based on their comprehensive findings (summarized in Figure 3), the researchers concluded that the extensive Aβ aggregates in these patients were likely triggered by small Aβ clumps contained in the cadaver-extracted human growth hormone. These cadaver Aβ clumps had very likely led to the misfolding and aggregation of normal Aβ protein in these patients’ brains. This finding represents the first observation of human-to-human Aβ transmission and perhaps the first indication that Alzheimer’s disease may be transmitted among humans in a similar fashion as prions.

Слика 3: Summary of new findings. Autopsies of 8 patients who died from human growth hormone-acquired prion disease revealed that Aβ aggregates may be transmitted from human to human.


Prions, Nearly Indestructible and Universally Lethal, Seed the Eyes of Victims

It was probably only a matter of time until someone connected the dots.

Prions &ndash infectious proteins -- had turned up in the eyes of victims of prion diseases.

Infected donor corneas had transmitted prion disease to recipients on at least a few occasions.

And often, patients who later turn out to be infected with prions have eye trouble for which they seek medical attention and testing before they are aware they are infected.

The possibility was horrifying. But it demanded investigation.

Prions are proteins, and, as every biology student knows, proteins are dependent on DNA and RNA for their existence. Yet prions have stumbled upon a way to be self-replicating nonetheless. Their diseased shape induces proteins of similar sequence but healthy shape &ndash found abundantly in all nervous tissue -- to misfold when they collide with a prion. Now they are infectious too, part of a relentless and lethal domino effect.

The diseases they cause are grim. Mad Cow Disease is the most famous, but kuru also possesses a certain notoriety thanks to its unorthodox mode of transmission. Although uncommon, prion diseases are incurable and bring dementia swiftly followed by death. In the case of spontaneous Creutzfeldt-Jakob Disease (sCJD), the most common prion disease, half of patients are dead within six months of symptom onset. That figure reaches 95% within a year. In a particularly vexing twist, prions are also nearly impervious to destruction, even when attacked using a strenuous combination of disinfectants, heat, and pressure.

As you can imagine, this makes prions difficult to eliminate from infected tissues and equipment. In addition to corneal transplants, sCJD has also been transmitted by transplants of brain tissue called dura mater, growth hormone from cadavers, and perhaps most worryingly, neurosurgical instruments. So any method that might throw prions into the path of uninfected people deserves scrutiny.

Enter the study published in November in the journal мБио by a team of American scientists that found the eyes of human prion victims are loaded with infectious particles even before they have begun to exhibit symptoms. Further, these particles are present on the surface of their corneas, the covering of the eye. 100% of the eyes of 11 sCJD victims who donated their bodies for study were seeded throughout with prions. 100% of their corneas contained prion seeding of a &ldquolow to moderate&rdquo degree. Because the cornea is enervated, the prions, which prey on proteins found in neurons, may be reaching the surface via these tiny neural conduits.

The retina &ndash the light sensing layer at the back of the eye -- was most densely packed with prions in the inner and outer plexiform layers. They were easily visible in tissue stains.

Normal retina (left) and diseased retina (right). Prions visible as a brownish stain in the inner and outer plexiform layers. Credit: Orrù et al. 2018

In half of the 11 cases, the concentration of prions in the retina approached levels found in the brain, the epicenter of prion activity.

On the plus side, this finding, combined with the relative ease of assessing the retina, suggests a new target for traditionally tricky CJD diagnosis by non-invasive methods as electroretinograms.

On the other hand, all remaining implications are disturbing. It&rsquos unknown how early in the disease process prions appear in the eyes of humans, but in rodents, they are present prior to the onset of disease. About 40% of sCJD patients develop eye-related symptoms serious enough to warrant a consultation with an ophthalmologist. Somwhere between a quarter and a half go blind.

Undiagnosed CJD patients may seek testing. And the diagnostic equipment used to test them may then become contaminated, the authors write. They recommend single-use instruments or the adoption of new decontamination procedures for opthalmological equipment with better effectiveness on prions.

Meanwhile, corneal transplants are becoming increasingly popular worldwide. According to the authors, 185,576 were performed in 116 countries in 2012, a new high. The United States leads the world per capita, with 64,000 performed each year. The authors further recommend speeding and perfecting the development of synthetic corneas to reduce the need for donor corneas.

But there are yet more worrying implications of these findings.

As I wrote about at this blog earlier this year, there is a growing uneasiness that the clumping proteins associated with some of the most common and deadly neurodegenerative diseases behave in ways that are uncomfortably similar to prions.

One question suggested by this research is whether the eyes of Alzheimer&rsquos and Parkinson&rsquos patients are likewise filled with amyloid-beta, alpha-synuclein, and tau, and if that is the case, if the accumulation of those proteins in eyes might be exploited to aid diagnosis, a notoriously tricky proposition for these diseases.

Another is &ndash and I am entering deep speculative territory here, as in, no one actually qualified to render an opinion on this has said it, I&rsquom just putting two and two together in my head -- whether ophthalmological equipment could act as a vector for those diseases, as surgical equipment has already been hypothesized to do.

Don&rsquot skip your eye exam. But given the seriousness of the stakes, I hope that неко out there is investigating these hypotheses. Yes, the odds are low. But the stakes are very, very high.

Orrù, Christina D., Katrin Soldau, Christian Cordano, Jorge Llibre-Guerra, Ari J. Green, Henry Sanchez, Bradley R. Groveman et al. "Prion Seeds Distribute throughout the Eyes of Sporadic Creutzfeldt-Jakob Disease Patients." мБио 9, бр. 6 (2018): e02095-18.

Изражени ставови су ставови аутора и нису нужно ставови Сциентифиц Америцан-а.

О АУТОРУ(ИМА)

Jennifer Frazer, an AAAS Science Journalism Award–winning science writer, authored The Artful Amoeba blog for Сциентифиц Америцан. She has degrees in biology, plant pathology and science writing.


Role of cellular prion protein in interneuronal amyloid transmission

Several studies have indicated that certain misfolded amyloids composed of tau, β-amyloid or α-synuclein can be transferred from cell to cell, suggesting the contribution of mechanisms reminiscent of those by which infective prions spread through the brain. This process of a 'prion-like' spreading between cells is also relevant as a novel putative therapeutic target that could block the spreading of proteinaceous aggregates throughout the brain which may underlie the progressive nature of neurodegenerative diseases. The relevance of β-amyloid oligomers and cellular prion protein (PrP C ) binding has been a focus of interest in Alzheimer's disease (AD). At the molecular level, β-amyloid/PrP C interaction takes place in two differently charged clusters of PrP C . In addition to β-amyloid, participation of PrP C in α-synuclein binding and brain spreading also appears to be relevant in α-synucleopathies. This review summarizes current knowledge about PrP C as a putative receptor for amyloid proteins and the physiological consequences of these interactions.

Кључне речи: Amyloid Cellular prion protein Neurodegeneration Proteinaceous species Spreading ‘Prion-like’ spreading.


Слика 4

Figure 4. Cosedimentation of PrP and its fragments with Aβ1–42 fibrils. (A) Schematic diagram of PrP fragments used. Full-length PrP or its fragments (2 μM) were preincubated in the absence (B) or presence of Aβ1–42 fibrils (20 μM) (C). Samples were then centrifuged, and pellets and supernatants were analyzed by SDS-PAGE. Symbols P and S refer to pellet and supernatant, respectively. (D) Percent fraction of PrP cosedimented with fibrils was determined by densitometric analysis of the gels.

PrP Induces Lateral Association of Preformed Aβ Fibrils


What is the structural basis of variant phenomena?

The structure of infectious PrP is not yet known, but infectious amyloids of the prion domains of Ure2p, Sup35p and Rnq1p each have an in-register parallel β-sheet structure (see, for example, [10]). Thus, each residue of the last monomer to join the filament contacts the same residue of the preceding monomer (Figure 1c). The register is maintained by hydrogen bonds between Gln or Asn (the so-called β-zipper) and possibly between Ser and Thr residues. A line of hydrophobic residues down the fiber will likewise have positive interactions, helping to keep the β-sheet in register. The location of turns, the contacts between β-sheets and the extent of β-sheet are thus transmitted to the newly joined monomer. Combined with chain breakage to make new seeds, this templating action can explain the heritability of prion strains/variants [11]. A weakly homologous or non-homologous (but still Q/N rich) monomer might interact with part of the monomer on the end of the filament, so that only part of its conformation was fixed. The remainder may form by some stochastic interaction with another monomer identical to itself (shown schematically in Figure 1c). This could explain yeast prion cross-seeding and the 'mutation' phenomena using the known structural information.


General Model

How may all these phenomena be brought together? The recent experimental evidence for these emerging concepts now allows a general model for mammalian prions to be proposed (table S1), which accommodates the known phenomena of exponential propagation of infectivity, strain diversity and mutation, transmission barriers, and the uncoupling of infectivity from neurotoxicity, while remaining within the constraint of requiring only a single polypeptide to constitute all strains of infective and toxic species.

Essentially, the phenomena of prion disease pathogenesis can be explained in terms of the kinetics of prion propagation, determined by interplay between prion strain type (dominant PrP Sc polymer and its ensemble) and tissue/host environment (PrP sequence and expression level, modifier genes, and clearance mechanisms) selection of preferred conformers determines transmission barriers. Neurotoxicity is mediated by a PrP species, PrP L , distinct from PrP Sc but catalyzed by it, and occurs when PrP L concentration passes a local toxic threshold. Rapid propagation (with a host-adapted strain and normal or high levels of host PrP C expression) results in severe neurotoxicity and death at strain-specific incubation periods. Slow propagation (after infection across a transmission barrier or with low host PrP C expression) results in low neurotoxicity and prolonged and more variable incubation periods or a persistent carrier state.

The concept of prion strain originated from biological experiments, but at a molecular level there may be quite distinct infectious PrP polymers (PrP Sc types) that cannot be distinguished by transmission studies in inbred laboratory mouse lines. Although in practice, the converse situation of biologically distinct prion strains associated with PrP Sc that cannot be biochemically differentiated by current methods will also be observed, under this general protein-only model such biochemical or biophysical differences in PrP Sc must exist, and the model would predict that differences would be observed with more discriminating molecular methods, challenging the historical primacy of biological classification of prion strains.


ДИСКУСИЈА

AmyPro is a novel, carefully curated database of amyloid precursor proteins and their amyloidogenic sequence regions that aims to provide an up-to-date view of the entire amylome. It contains significantly more amyloid-forming proteins than any of its peers, mainly due to incorporating validated functional amyloids and prion proteins from all kingdoms of life for the first time. AmyPro will be regularly updated, relying not only on data submissions from the research community but also on regular internal updates based on scanning newly published amyloid literature. By storing the most comprehensive list of amyloid fibril-forming proteins published so far in combination with a useful set of features facilitating their efficient analysis, we anticipate AmyPro to become central to amyloid research, and to have major impact on its progress. To achieve this goal we are dedicated to ensure the long-term availability of the database.

In particular, AmyPro has huge potential in helping to elucidate the sequential determinants of amyloid fibril formation. Furthermore, the provided functional classifications might enable refining these sequential determinants according to the biological functions of amyloid fibrils and understanding the functional relevance of their differences. Better definition of the sequence determinants of amyloid fibril formation will also help in understanding and predicting the effects of mutations within amyloidogenic sequence fragments and relate them to the underlying molecular mechanisms, which in turn may enable the development of novel methods for more accurate computational identification of amyloidogenic regions within proteins.


Погледајте видео: Три стадии не путать со степенями! дисциркуляторной энцефалопатии (Август 2022).