Что такое прион по своей химической структуре

Характерные прионы, строение, функции, заболевания

прионы это белки без генома или нуклеиновых кислот, которые действуют как инфекционные агенты. Термин «прион» означает белковые инфекционные частицы (от англ. Proteinaceous Infecious Particles), и был придуман неврологом и лауреатом Нобелевской премии Стэнли Б. Прусинером.

В 1982 году Прусинер и его коллеги идентифицировали инфекционную белковую частицу, изучая причины заболеваний Крейтцфельда-Якоба (у людей) и губчатой ​​энцефалопатии крупного рогатого скота..

Эти редкие инфекционные агенты обнаруживаются в мембране нормальных клеток только в виде неправильно свернутых белков и / или с аномальной трехмерной структурой. Эти белки ответственны за множественные дегенеративные заболевания и очень высокую смертность, которые влияют на нервные ткани и структуру мозга..

Общие характеристики

Прионы представляют собой белковые структуры, присутствующие в клеточных мембранах. Эти белки имеют измененную форму или конформацию [PrP (Sc)].

Что касается его умножения, это достигается путем преобразования форм, как в случае болезни скрепи. При этом заболевании прионы рекрутируют PrP (C) (прионные белки ненарушенной конформации), чтобы стимулировать превращение в изоформу PrP (Sc)..

Это вызывает цепную реакцию, которая размножает инфекционный материал и, следовательно, позволяет орошать болезнь. До сих пор неизвестно, как происходит этот процесс преобразования.

Эти необычные белки, способные размножаться, не представляют нуклеиновые кислоты. Доказательством этого является то, что они устойчивы к рентгеновскому излучению и ультрафиолетовому излучению. Эти агенты легко расщепляют нуклеиновые кислоты.

Прионные белки, из которых состоят прионы (PrP), встречаются по всему организму не только у людей, но и у других здоровых позвоночных. Эти белки обычно устойчивы к протеазам (ферментам, которые катализируют белки).

Очень мало известно о полезности прионных белков PrP (C), нормальной формы неинфекционного белка в организме человека..

Однако некоторые исследователи показали, что у мышей эти белки активируют восстановление миелина в клетках периферической нервной системы. Также было показано, что отсутствие этих факторов вызывает демиелинизацию таких нервных клеток..

сооружения

Наши знания о структуре прионов основаны главным образом на исследованиях, проведенных на бактерии. Кишечная палочка.

Проведенные исследования показывают, что полипептиды PrP (C) (нормальные) и PrP (Sc) (инфекционные) идентичны по аминокислотному составу, но различаются по 3D-конформации и складыванию этих.

PrP (C)

Эти неинфекционные прионы у человека содержат 209 аминокислот. У них дисульфидная связь. Его структура альфа-спиральная, что означает, что он имеет спиралевидные аминокислоты (альфа-спирали) и несколько плоских аминокислотных цепочек (бета-листы).

Этот белок не может быть отделен центрифугированием, что означает, что он не осаждается. Он легко переваривается сериновой протеазой широкого спектра, называемой протеиназой К.

PrP (Sc)

Это инфекционный белок, который превращает PrP (C) в инфекционные изоформы PrP (Sc) и имеет ненормальную конфигурацию или форму.

функции

Клеточные прионные белки [Prp (C)] расположены на клеточной поверхности широкого спектра органов и тканей. О физиологических функциях прионов в организме известно очень мало. Несмотря на это, опыт, полученный на мышах, указывает на возможные функции, такие как:

С метаботропными глутаматными рецепторами

Было показано, что PrP (C) действует с глутаматными рецепторами (ионотропными и метаботропными). PrP (C) участвует в качестве рецептора для синаптотоксических олигомеров пептида Aβ на поверхности клетки.

В эмбриональном развитии

У мышей семейства Murinae было обнаружено, что прионные белки PrP (C) экспрессируются через несколько дней после имплантации в эмбриональном развитии..

Это указывает на то, что они играют роль в развитии этих мелких млекопитающих. Роль, которая, по мнению исследователей, связана с регуляцией нейритогенеза (производство аксонов и дендритов нейронов).

Они также действуют на рост аксонов. Эти прионные белки даже участвуют в развитии цепи мозжечка. В связи с этим считается, что отсутствие этих прионов PrP (C) приводит к задержке моторного развития грызунов.

нейропротективная

В исследованиях по сверхэкспрессии PrP (C) путем ориентации генов было обнаружено, что отсутствие этих прионов вызывает проблемы с кровоснабжением некоторых частей мозга (острая церебральная ишемия).

Это означает, что прионные белки работают как нейропротекторы. Кроме того, было продемонстрировано, что сверхэкспрессия PrP (C) может уменьшать или улучшать поражения, вызванные ишемией.

Периферическая нервная система

Недавно была обнаружена физиологическая функция Prp (C) в поддержании периферического миелина..

Во время лабораторных исследований было обнаружено, что в отсутствие прионного белка у лабораторных мышей развивается нервная недостаточность, которая перемещает информацию из головного и спинного мозга, что называется периферической невропатией..

Клеточная смерть

Есть некоторые белки, которые похожи на прионы, и они расположены в других частях тела, чем мозг.

Функция таких белков состоит в том, чтобы инициировать, регулировать и / или контролировать гибель клеток, когда на организм нападают (например, вирионы), таким образом предотвращая распространение патогена.

Эта своеобразная функция этих белков заставляет исследователей задуматься о возможной важности неинфекционных прионов в борьбе с патогенами..

Долгосрочная память

Исследование, проведенное в Институте Стоуерс в Миссури, США. продемонстрировали, что прионы PrP могут играть роль в поддержании долговременной памяти.

Исследование показало, что некоторые прионные белки можно контролировать для работы в поддержании физиологических функций долговременной памяти.

Обновление стволовых клеток

Исследование прионных белков, которые экспрессируются в стволовых клетках ткани крови, выявило, что все эти стволовые клетки (гематопоэтические) экспрессируют прионные белки в своей клеточной мембране. Поэтому считается, что они участвуют в сложном и очень важном процессе обновления клеток.

Заболевания, вызванные прионами

Патологии прионного происхождения признаны прогрессирующими дегенеративными нарушениями головного мозга. Они могут атаковать крупного рогатого скота, оленей, карибу, овец и даже людей.

Эти заболевания вызваны изменением структуры белков PrP (C), специфические функции которых до сих пор не определены. Прионные патологии могут возникать без известной причины. Они могут иметь наследственное генетическое происхождение, а также могут передаваться инфекционно-заразным путем..

Прионы вызывают семейные, спорадические и заразные заболевания. Семейные прионные болезни являются наследственными. Спорадические патологии являются наиболее распространенными и возникают без известных причин.

Инфекционные заболевания считаются редкими, они передаются через человека от человека к животному, от человека к животному и наоборот. Причины этого многочисленны и варьируются от употребления загрязненного мяса, каннибализма, переливаний до манипуляций с загрязненным хирургическим оборудованием..

Наиболее распространенные прионные заболевания:

Болезнь Крейцфельдта-Якоба (CJD)

Считается наиболее распространенным прионным заболеванием среди людей, это космополитическая патология, то есть глобального распространения. Это может происходить наследственным (семейным), спорадическим или инфекционным путем.

Пациенты имеют такие симптомы, как деменция, подергивания или внезапные непроизвольные движения и недостатки центральной нервной системы..

Болезнь Герстманна-Стрюсслера-Шейнкера

Это заболевание, вызываемое прионами в наследственном или аутосомно-доминантном инфекционном энцефальном процессе. Заболевание проявляется у людей от 40 до 60 лет.

У этих людей возникают проблемы с выражением слов (дизартрия), рывками или внезапными непроизвольными движениями, частая агрессивность.

Мозжечковая дегенерация сопровождается нестабильной походкой. Также можно наблюдать гипорефлексию, глухоту, паралич взгляда, деменцию и другие симптомы. Продолжительность жизни примерно 5 лет или чуть дольше.

Прионопатия с переменной чувствительностью к протеазе

Это очень редкое заболевание, и его распространенность составляет от 2 до 3 случаев на 100 миллионов жителей. Патология схожа с болезнью Герстманна-Штрюсслера-Шайнкера.

Клинические проявления белка указывают на низкую устойчивость к протеазам, некоторые из них более чувствительны, а другие менее чувствительны к этим ферментам..

Симптомы, которые присутствуют у пациентов: проблемы с речью и когнитивными нарушениями, потеря нейронов в области, где мозг контролирует движения и выполняет координацию мышц.

Заболевание часто встречается у пациентов третьего возраста (70 лет), и предполагаемая продолжительность жизни после заражения составляет приблизительно 20 месяцев..

Смертельная бессонница

Это наследственное или семейное заболевание, оно также может возникать спорадически. Известно, что заболевание связано с наследственной или аутосомно-доминантной мутацией.

У пациентов присутствуют такие симптомы, как кумулятивные проблемы со сном и поддержанием сна, деменция, ухудшение когнитивных функций, даже проблемы гипертонии, тахикардии, гипергидроза и других..

Возраст, на который он влияет, довольно широк, так как колеблется от 23 до 73 лет, однако средний возраст составляет 40 лет. Время жизни после заражения составляет чуть более 6 лет.

Куру

Это прионное заболевание было обнаружено только у жителей Папуа-Новой Гвинеи. Это болезнь, связанная с каннибализмом и культурной традицией ритуала скорби по умершим, когда эти люди едят энцефалон или человеческую плоть.

Люди, которые переносят болезнь, в общем, проявляют неконтролируемые и непроизвольные движения в разных частях тела.

У них тремор, потеря контроля над движением и потеря мышечной координации. Продолжительность жизни у инфицированных людей составляет два года.

Болезни у животных

Среди патологий, вызываемых прионами у животных, находится губчатая энцефалопатия крупного рогатого скота. Эта болезнь вызвала хаос в Европе, здравоохранении, здоровье животных и экономике пострадавших стран.

Другими заболеваниями у животных являются скрепи, трансмиссивная энцефалопатия норок, хроническая истощающая болезнь (у оленей) и губчатая энцефалопатия кошек..

Эти заболевания, как и у людей, не имеют эффективного лечения, поэтому профилактика необходима, особенно после заражения людей, которое произошло в результате потребления мяса от зараженных коров..

лечение

На сегодняшний день нет известных лекарств от прионных заболеваний. Лечение симптоматическое. Пациентам рекомендуется планировать паллиативную помощь и генетический анализ, а членам семьи рекомендуется консультирование.

У пациентов с прионными заболеваниями были протестированы самые разнообразные лекарственные препараты, такие как противовирусные, противоопухолевые, лекарственные средства для лечения таких заболеваний, как болезнь Паркинсона, иммуносупрессия, антибиотики, противогрибковые препараты, даже антидепрессанты..

Однако в настоящее время нет данных, свидетельствующих о том, что некоторые из этих симптомов уменьшают или улучшают выживаемость пациентов..

профилактика

Прионы устойчивы к различным физическим и химическим изменениям. Тем не менее, различные методы используются для предотвращения загрязнения пациентов с загрязненными хирургическими инструментами.

Одним из наиболее часто используемых методов является стерилизация оборудования в автоклаве при 132 ° С в течение одного часа, а затем погружение инструментов в гидроксид натрия как минимум на один час..

С другой стороны, Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) разработала меры по предотвращению распространения прионных заболеваний. Эта организация устанавливает нормы для управления запрещенными или потенциально опасными тканями, такими как: глаза, мозг, кишечник, миндалины и спинной мозг..

Источник

Прионы

Прио́ны (от англ. proteinaceous infectious particles — белковые заразные частицы) — особый класс инфекционных агентов, чисто белковых, не содержащих нуклеиновых кислот, вызывающих тяжёлые заболевания центральной нервной системы у человека и ряда высших животных (т. н. «медленные инфекции»).

Прионный белок, обладающий аномальной трёхмерной структурой, способен прямо катализировать структурное превращение гомологичного ему нормального клеточного белка в себе подобный (прионный), присоединяясь к белку-мишени и изменяя его конформацию. Как правило, прионное состояние белка характеризуется переходом α-спиралей белка в β-слои. Прионы — единственные инфекционные агенты, размножение которых происходит без участия нуклеиновых кислот.

Содержание

История

Во второй половине XX века врачи столкнулись с необычным заболеванием человека — постепенно прогрессирующим разрушением головного мозга, происходящим в результате гибели нервных клеток. Это заболевание получило название губчатой энцефалопатии. Похожие симптомы были известны давно, но наблюдались они не у человека, а у животных (скрейпи овец), и долгое время между ними не находили достаточной обоснованной связи.

Новый интерес к их изучению возник в 1996 г., когда в Великобритании появилась новая форма заболевания, обозначаемая как «новый вариант болезни Крейтцфельдта-Якоба (nvCJD)».

Важным событием было распространение «коровьего бешенства» в Великобритании, эпидемия которого была сначала в 1992—1993 гг, а потом и в 2001 г охватила несколько европейских государств, но тем не менее экспорт мяса во многие страны не был прекращён. Заболевание связывают с использованием «прионизированной» костной муки в кормах и премиксах, изготовленной из туш павших или заболевших животных, возможно, и не имевших явных признаков заболевания.

Пути переноса причинного фактора болезни, механизмы проникновения прионов в организм и патогенез заболевания изучены пока недостаточно.

В 1997 г. американскому врачу Стенли Прузинеру была присуждена Нобелевская премия за изучение прионов.

Свойства молекул

Прионовые белки млекопитающих не сходны с прионовыми белками дрожжей по аминокислотной последовательности. Несмотря на это, основные структурные особенности (формирование амилоидных волокон и высокая специфичность, препятствующая передаче прионов от одного вида организмов к другому) у них общие. Вместе с тем, прион, отвечающий за коровье бешенство, обладает способностью передаваться от вида к виду.

Молекулярные основы патогенеза

До конца механизм спонтанного возникновения прионных инфекций не ясен. Считается (но ещё не полностью доказано), что прионы образуются в результате ошибок в биосинтезе белков. Мутации генов, кодирующих прионный белок (PrP), ошибки трансляции, процессы протеолиза — считаются главными кандидатами на механизм возникновения прионов. Согласно недавно проведённым исследованиям прионы способны к дарвиновской эволюции за счёт действия естественного отбора. [3]

Есть данные, дающие основание считать, что прионы являются не только инфекционными агентами, но и имеют функции в нормальных биопроцессах. Так, например, существует гипотеза, что через прионы осуществляется механизм генетически обусловленного стохастического старения.

Классификация

Этиология

На практике доказана возможность прионов заражать организм мышей воздушно-капельным путем.

Пути заражения

Очень мало известно о молекулярном характере прионов, вызывающих заболевания. Заражение могут вызвать примерно 100 000 молекул, которые в большинстве случаев образуют большие скопления. Значение агрегации отдельных молекул в ассоциации для вирулентности прионов — устойчивость к действию ферментов, расщепляющих белки, ставшие ненужными. Нельзя исключить, что вирулентными являются и отдельные молекулы прионов. Из некоторых экспериментов следует, что для возникновения прионов в ткани достаточно лишь временного контакта ткани с материалом, содержащим прионы, и нет необходимости, чтобы прионы были навсегда внесены в организм. Этот риск является актуальным, например, в связи с использованием хирургических инструментов, заражённых прионами. Процесс трансформации «здоровых» прионовых белков в прионы может быть инициирован простым контактом здоровых тканей с прионами, зафиксированными на хирургическом инструменте.

Ход болезни и распространение прионов по организму зависит от типа приона. Прионы отличаются составом аминокислот, характерных для данного вида, определяемых видовым геном прионового белка, а также так называемыми посттрансляционными модификациями или степенью гликозилирования базовой белковой цепочки. Посттрансляционная модификация значительно влияет на характеристики прионов и именно ей приписывают разницу между так называемыми прионовыми родами. В случае нового варианта (nvCJD) был пока что описан лишь один вид приона, сходный с прионами скота, заражённого бычьей губчатой энцефалопатией. Поэтому течение заболевания у человека и животных, заражённых новым вариантам, практически одинаково. У прочих видов живых существ, однако, известно много прионовых родов. У овец были описаны примерно два десятка таких родов, которые не вирулентны для человека. Течение овечьего прионового заболевания в зависимости от рода прионов значительно отличается — от очень быстрого, с практически внезапной гибелью, до медленного, затяжного.

У пациентов, больных болезнью Крейтцфельдта-Якоба, прионы распространяются в нервной системе, тканях глаза и лимфатических тканях, включая миндалины, селезенку, а также в слепой кишке. Наибольшее количество прионов находится в нервной системе, а наименьшее — в лимфатической ткани.

Пока что не был зарегистрирован ни один случай переноса нового варианта болезни Крейтцфельдта-Якоба (nvCJD) при медицинском вмешательстве, что является, разумеется, хорошей новостью. С другой стороны, специалисты предупреждают о преувеличенном оптимизме, прежде всего в условиях Великобритании, так как инкубационный период может быть достаточно долгим (от 5-8 месяцев до 10-15 лет). [источник не указан 1113 дней]

Прионы и медицинские инструменты

Прионы очень стойки к обычным методам дезинфекции. Ионизирующее, ультрафиолетовое или микроволновое излучение на них практически не действует. Дезинфекционные средства, обычно используемые в медицинской практике, действуют на них лишь в очень ограниченной мере. Надёжно их ликвидируют дезинфицирующие реактивы — сильные окислители, разрушающе действующие на белки. [источник не указан 1113 дней]

Другое затруднение представляет собой стойкость прионов к высоким температурам. Даже при автоклавировании при 134 °C в течение 18 минут невозможно достичь полного разрушения прионов, и прионы «выживают» в форме, способной вызвать заражение. Стойкость к высоким температурам ещё более возрастает, если прионы засохнут на поверхности металла или стекла или если образцы перед автоклавированием были подвергнуты действию формальдегида. [источник не указан 1113 дней]

В Великобритании, где новый вариант является очень серьёзной проблемой, по этим причинам уже используются одноразовые хирургические инструменты для тонзиллэктомии. В будущем напрашивается альтернативное решение: создания новых инструментов, с учётом повышенных требований к очистке и обеззараживанию. Одноразовое использование инструментов согласно принципам ВОЗ требуется в случае стоматологического обслуживания пациентов с диагностированным прионным заболеванием или в случае подозрения на него.

Намного более сложным решением этой проблемы является лечение пациентов группы риска. К ним относятся пациенты, которые подверглись операциям, при которых была использована потенциально заражённая твёрдая мозговая оболочка, или пациенты из семей с наследственной формой болезни Крейтцфельдта-Якоба. ВОЗ в этом случае не требует никаких специальных мер. Британский Консультационный научный комитет по губчатой энцефалопатии в своём решении в 1998 г. счёл возможным ограничиться более тщательной очисткой и обеззараживанием инструментов, в сочетании с более длительным автоклавированием.

Прионные заболевания человека

Наиболее известные прионные инфекции человека, связанные с поражением головного мозга:

Потенциальная опасность для человека

Несмотря на незначительное количество явных случаев прионных заболеваний у людей, многие специалисты считают, что имеется высокая степень опасности «медленных» инфекций для человека.

Имеются данные, что источником распространения могут быть стоматологические процедуры, связанные с попаданием прионов в кровяное русло.

Под подозрение попал также лецитин животного происхождения, что вызвало сокращение применения его в фармакологической промышленности, и вытеснение растительным (в основном, соевым) лецитином.

Исследования прионов дрожжей и других микромицетов

Известно, что в лабораторных и природных популяциях дрожжей и других микромицетов встречаются фенотипы, которые обусловлены не генетическими изменениями, а альтернативным состоянием одного из нормальных белков, которое обуславливает то или иное клеточное проявление. Исследования прионных фенотипов дрожжей подтвердили гипотезу о том, что эти проявления обусловлены только состоянием белка. Было показано, что прионы, экстрагированные из клеток, могут служить «семенами» образования прионов в пробирке. Один из наиболее хорошо изученных белков, склонных к образованию прионов у дрожжей — фактор терминации трансляции Sup35 (гомолог eRF3).

Кроме Sup35 известны также другие прионные белки Saccharomyces cerevisiae — Rnq1, Swi1, Ure3, Oct1, Cyc8.

Критика

Mark Purdy и David R. Brown предположили, что металлоионы, взаимодействуя с прионовыми белками, могут быть причиной развития прион-индуцированных (prion-mediated) заболеваний. [5]

Purdy провёл кластерное эпидемиологическое исследование при прионных заболеваниях в районах с низкой концентрацией меди в почвах. [источник не указан 1113 дней]

См. также

Примечания

Литература

Источники

Ссылки

На английском языке

На русском языке

Полезное

Смотреть что такое «Прионы» в других словарях:

Прионы — инфекц. агенты, вызывающие у человека и животных медленные инфекции (см.). Имеют форму белковых фибрилл длиной 50 500 нм, толщиной 4 6 нм. М.м. около 30 кД. Не содержат НК, устойчивы к протеазам. Прикреплены к клеточным мембранам. Предполагают,… … Словарь микробиологии

ПРИОНЫ — ночные насекомые отряда жесткокрылых, сем. прионеев, водятся в жарких странах, в дуплах деревьев. Словарь иностранных слов, вошедших в состав русского языка. Чудинов А.Н., 1910 … Словарь иностранных слов русского языка

прионы — Возбудители некоторых нейродегенеративных заболеваний человека и животных (например, scrapie, prion diseases), состоящие преимущественно или исключительно из аномальной изоформы гликопротеина (PrPSc>, где Sc = scrapie), которая не отличима по… … Справочник технического переводчика

Прионы — * прыёны * prions (от англ. proteinaceous infectious particles белковые заразные частицы) особый класс чистобелковых инфекционных агентов, вызывающих тяжелые заболевания центральной нервной системы у человека и ряда высших животных (т. н.… … Генетика. Энциклопедический словарь

), состоящие преимущественно или исключительно из аномальной изоформы гликопротеина (PrPSc, где Sc =… … Молекулярная биология и генетика. Толковый словарь.

Прионы — (Prionini) подсемейство жуков семейства усачей (Cerambycidae), отличающееся присутствием короткого отростка переднегруди, ясно выраженной боковой каемкой на щите переднеспинки, плоским и широким телом, отсутствием косой борозды на передних… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона

прионы — инфекционные агенты белковой природы, вызывающие поражения головного мозга (энцефалопатии) человека и животных, в том числе скрэйпи овец, губчатую энцефалопатию крупного рогатого скота … Энциклопедический словарь

ПРИОНЫ — (сокр. от англ. proteinaceous infectious particle), инфекционные агенты белковой природы, вызывающие поражения головного мозга (энцефалопатии) человека и животных, в т. ч. скрэйпи овец, губчатую энцефалопатию крупного рогатого скота … Естествознание. Энциклопедический словарь

прионы — при оны, ов, ед. ч. при он, а … Русский орфографический словарь

Источник