PRIONER: EGENSKABER, STRUKTUR, FUNKTIONER, SYGDOMME - BIOLOGI - 2025

De prioner er proteiner uden nukleinsyre genom eller som virker på infektiøse midler. Udtrykket "prion" betyder proteinholdig infektiøs partikel (fra engelske proteinrige infektiøse partikler) og blev opfundet af neurologen og Nobelprisvinderen, Stanley B. Prusiner.

I 1982 identificerede Prusiner og hans kolleger en infektiøs proteinpartikel, mens de studerede årsagerne til Creutzfeldt-Jakob-sygdomme (hos mennesker) og bovin spongiform encephalopati.

Rester af bovint prionprotein. Taget og redigeret fra: 23-230 López-García, F., Zahn, R., Riek, R., Wuthrich, K. og RCSB, via Wikimedia Commons

Disse sjældne infektionsmidler findes i membranen til normale celler, kun som sammenfoldede proteiner og / eller med en unormal tredimensionel struktur. Disse proteiner er ansvarlige for flere degenerative sygdomme og meget høj dødelighed, der påvirker neurale væv og strukturen i hjernen.

De kaldes også prionsygdomme. Blandt de vigtigste, der påvirker mennesker, er kuru, Gerstmann-Sträussler-Scheinker sygdom, Creutzfeldt-Jakobs syndrom og dødelig familiær søvnløshed.

Generelle karakteristika

Prioner er proteinstrukturer, der er til stede i cellemembraner. Disse proteiner har en ændret form eller konformation.

Med hensyn til dens multiplikation opnås det ved omdannelse af former, som i tilfælde af scrapiesygdom. I denne sygdom rekrutterer prioner PrP (C) (prionproteinerne i uændret konformation) for at stimulere omdannelse til PrP (Sc) isoformen.

Dette genererer en kædereaktion, der spreder det infektiøse materiale og derfor muliggør kunstvanding af sygdommen. Hvordan denne konverteringsproces forekommer er stadig ukendt.

Disse usædvanlige proteiner, der er i stand til formering, har ikke nukleinsyrer. Bevis for dette er, at de er resistente over for røntgenstråler og ultraviolet stråling. Disse midler nedbryder let nukleinsyrer.

Prionproteiner, hvoraf prioner (PrP) er sammensat, findes i hele kroppen, ikke kun hos mennesker, men i andre sunde hvirveldyr. Disse proteiner er generelt resistente over for proteaser (enzymer, der katalyserer proteiner).

Der vides meget lidt om nytten af ​​PrP (C) prionproteiner, den normale form af det ikke-infektiøse protein i den menneskelige krop.

Imidlertid er det lykkedes med nogle forskere at vise, at mus, disse proteiner aktiverer myelinreparation i celler i det perifere nervesystem. Fraværet af disse har også vist sig at forårsage demyelinering af sådanne nerveceller.

strukturer

Den viden, der er kendt om strukturen af ​​prioner, er hovedsageligt beliggende i de undersøgelser, der er udført i bakterien Escherichia coli.

Undersøgelser har vist, at polypeptiderne i kæden PrP (C) (normal) og PrP (Sc) (infektiøse) er identiske i sammensætningen af ​​aminosyrer, men adskiller sig i deres 3D-konformation og deres foldning.

PrP (C)

Disse ikke-infektiøse prioner har 209 aminosyrer hos mennesker. De har en disulfidbinding. Dens struktur er alfa-helisk, hvilket betyder, at den har spiralformede aminosyrer (alfa-helix) og få flade tråde af aminosyrer (beta-ark).

Dette protein kan ikke adskilles ved centrifugering, hvilket indebærer, at det ikke er sedimenterbart. Det fordøjes let med den bredspektrede serinprotease, der kaldes proteinase K.

PrP (Sc)

Det er et infektiøst protein, der omdanner PrP (C) til infektiøs PrP (Sc) isoformer og med en unormal konfiguration eller form.

Der kendes meget lidt om dens 3D-struktur, men det vides, at det har få skruelinier og flere flade tråde eller beta-ark. Skiftet til isoformen er det, der er kendt som den vigtigste begivenhed af prionsygdomme.

Funktioner

Cellulære prionproteiner er placeret på celleoverfladen i en lang række organer og væv. Der kendes meget lidt om de fysiologiske funktioner af prioner i kroppen. Alligevel angiver eksperimenter, der er udført i mus, mulige funktioner, såsom:

Med metabotropiske glutamatreceptorer

Det er vist, at PrP (C) virker med glutamatreceptorer (ionotrop og metabotrop). PrP (C) deltager som en receptor for synaptotoksiske oligomerer af celleoverfladens Ap-peptid.

I embryonal udvikling

Hos mus fra Murinae-familien har prionproteiner PrP (C) vist sig at blive udtrykt inden for et par dage efter implantation i embryonisk udvikling.

Dette indikerer, at de spiller en rolle under udviklingen af ​​disse små pattedyr. Roll, som ifølge forskerne er relateret til regulering af neuritogenese (produktion af aksoner og dendriter af neuroner).

De virker også på aksonal vækst. Disse prionproteiner er endda involveret i udviklingen af ​​det cerebellare kredsløb. På grund af dette antages det, at fraværet af disse PrP (C) -prioner fører til en forsinkelse i den motoriske udvikling af gnavere.

neuroprotektiv

I studier på overekspression af PrP (C) ved genorientering viste det sig, at fraværet af disse prioner medfører problemer med blodforsyningen nogle steder i hjernen (akut cerebral iskæmi).

Dette betyder, at prionproteiner fungerer som neuroprotectors. Derudover er det vist, at PrP (C) overekspression kan reducere eller forbedre skader forårsaget af iskæmi.

Perifere nervesystem

For nylig blev den fysiologiske rolle af Prp (C) i opretholdelsen af ​​perifer myelin opdaget.

Under en laboratorieundersøgelse blev det opdaget, at i mangel af prionprotein udviklede laboratoriemus mangler i nerverne, der bærer information fra hjernen og rygmarven, i det, der kaldes en perifer neuropati.

Celledød

Der er nogle proteiner, der ligner prioner, og disse findes i andre dele af kroppen end hjernen.

Funktionerne af sådanne proteiner er at initiere, regulere og / eller kontrollere celledød, når kroppen bliver angrebet (for eksempel af vironer), og således forhindre spredning af patogenet.

Denne særegne funktion af disse proteiner får forskere til at tænke over den mulige betydning af ikke-infektiøse prioner i kampen mod patogener.

Langtidshukommelse

En undersøgelse udført på Stowers Institute i Missouri, USA, viste, at PrP-prioner kan spille en rolle i at bevare langtidshukommelsen.

Undersøgelsen afslørede, at visse prionproteiner kan kontrolleres til at fungere til at opretholde de fysiologiske funktioner i langtidshukommelsen.

Fornyelse af stamceller

En undersøgelse af prionproteiner, der udtrykkes i blodvævets stamceller, afslørede, at alle disse stamceller (hæmatopoietiske) udtrykker prionproteiner i deres cellemembran. Så det antages, at de deltager i den komplekse og meget vigtige proces med cellefornyelse.

Sygdomme forårsaget af prioner

Patologierne med prionoprindelse anerkendes som progressive degenerative hjerneforstyrrelser. De kan angribe kvæg, hjorte, karibuer, får og endda mennesker.

Disse sygdomme er forårsaget af en ændring i strukturen af ​​PrP (C) proteinerne, og hvis specifikke funktioner stadig er usikre i dag. Prion-patologier kan opstå uden en kendt årsag. De kan have en arvelig genetisk oprindelse og kan også overføres på en smitsom-smitsom måde.

Prioner forårsager familiære, sporadiske og smitsomme sygdomme. Familieprionsygdomme er de, der er arvelige. Sporadiske patologier er de mest almindelige og forekommer uden kendte årsager.

Smitsomme sygdomme betragtes som sjældne, de kan overføres fra person til person, dyr til dyr, person til dyr og vice versa. Årsagerne er flere og spænder fra forbrug af forurenet kød, kannibalisme, transfusioner til håndtering af forurenet kirurgisk udstyr.

De mest almindelige prionsygdomme er:

Creutzfeldt-Jakob sygdom (CJD)

Det betragtes som den mest almindelige prionsygdom blandt mennesker, det er en kosmopolitisk sygdom, dvs. at den har en verdensomspændende distribution. Det kan være arvelig (familiær), sporadisk eller infektiøs.

Patienter med symptomer som demens, rykker eller pludselige ufrivillige bevægelser og underskud i det centrale nervesystem.

Afhængigt af sygdommens behandling og form kan døden forekomme mellem 4 måneder og 2 år efter erhvervelsen af ​​sygdommen. Diagnosen er vanskelig at stille, den stilles normalt post mortem under obduktionen.

Lys mikrofotografering af hjernevæv, der afslører tilstedeværelsen af ​​typiske amyloidplaques, der findes i en variant af Creutzfeldt-Jakob-sygdommen. Taget og redigeret fra: Indholdsudbydere (r): CDC / Teresa Hammett Fotokredit: Sherif Zaki; MD; ph.d.; Wun-Ju Shieh; MD; ph.d.; MPH, via Wikimedia Commons

Gerstmann-Sträussler-Scheinker sygdom

Det er en sygdom forårsaget af prioner i en arvelig eller autosomal dominerende smitsom hjerneproces. Sygdommen manifesterer sig hos mennesker i alderen 40 til 60 år.

Disse mennesker viser problemer med at artikulere ord (dysartri), rykker eller pludselige ufrivillige bevægelser, idet aggressivitet ofte er.

De præsenterer med cerebellær degeneration ledsaget af en ustabil gang. Det er også muligt at observere hyporeflexi, døvhed, lammelse af blikket, demens, blandt andre symptomer. Levealderen er ca. 5 år eller lidt længere.

Prionopati med variabel følsomhed over for protease

Det er en meget sjælden sygdom, til det punkt, at dens forekomst er mellem 2 og 3 tilfælde pr. 100 millioner indbyggere. Patologien ligner Gerstmann-Sträussler-Scheinker sygdom.

De kliniske manifestationer af proteinet indikerer lav resistens over for proteaser, nogle er mere og andre mindre følsomme over for disse enzymer.

De symptomer, som patienterne er, er: problemer med tale og kognitiv svækkelse, tab af neuroner i det område, hvor hjernen kontrollerer bevægelser og udfører muskelkoordination.

Sygdommen er almindelig hos ældre patienter (70 år), og den estimerede levetid, når den først er inficeret, er ca. 20 måneder.

Dødelig søvnløshed

Det er en arvelig eller familiær sygdom, den kan også forekomme sporadisk. Det er kendt, at sygdommen skyldes en arvelig eller autosomal dominerende mutation.

Patienter med symptomer såsom kumulative søvnproblemer og vedligeholdelse af søvn, demens, kognitiv svækkelse, endda problemer med hypertension, takykardi, hyperhidrose og andre.

Den alder, det påvirker, er ret bred og spænder mellem 23 og 73 år, men gennemsnitsalderen er 40 år. Når den inficerede levetid er lidt over 6 år.

Kuru

Denne prionsygdom er kun blevet påvist hos indbyggerne i Papua Ny Guinea. Det er en sygdom, der er relateret til kannibalisme og den traditionelle tradition for at sørge for de døde, hvor disse mennesker spiser hjerne eller menneskeligt kød.

Mennesker, der bærer sygdommen, har normalt ukontrollerbare og ufrivillige bevægelser i forskellige dele af kroppen.

De præsenterer rysten, tab af kontrol med bevægelser og tab af muskulær koordination. Levealderen hos smittede mennesker er to år.

Sygdomme hos dyr

Blandt patologier produceret af prioner hos dyr er bovin spongiform encephalopati. Denne sygdom forårsagede kaos i Europa, folkesundheden, dyrenes og økonomien i de berørte lande.

Andre sygdomme hos dyr inkluderer scrapie, transmissibel mink encephalopati, kronisk spildssygdom (i hjorte) og kattespongiform encephalopati.

Disse sygdomme, ligesom dem, der er præsenteret hos mennesker, mangler en effektiv behandling, så forebyggelse er vigtig, især efter infektioner hos mennesker, der er forekommet som et resultat af forbrug af kød fra inficerede køer.

Behandlinger

Indtil videre er der ingen kendt kur mod prionsygdomme. Behandling er symptomatisk. Patienter rådes til at planlægge for palliativ pleje, og genetisk testning og rådgivning til familiemedlemmer anbefales.

En lang række medikamenter er blevet testet hos patienter med prionsygdomme, såsom antivirale midler, antitumorer, lægemidler mod sygdomme såsom Parkinson, behandlinger af immunsuppression, antibiotika, antifungale midler, endda antidepressiva.

Imidlertid er der i øjeblikket ingen bevis for, at nogle af disse reducerer symptomer eller forbedrer overlevelse hos patienter.

Forebyggelse

Prioner er resistente over for en række fysiske og kemiske ændringer. Imidlertid anvendes forskellige teknikker til at undgå kontaminering af patienter med kontaminerede kirurgiske instrumenter.

Blandt de mest almindeligt anvendte teknikker er at sterilisere udstyret i en autoklav ved 132 ° C i en time og derefter neddyppe instrumenterne i natriumhydroxid i mindst en time mere.

På den anden side har verdenssundhedsorganisationen (WHO) udviklet foranstaltninger til at forhindre spredning af prionsygdomme. Denne organisation fastlægger normer for håndtering af forbudt eller potentielt risikabelt væv, såsom: øjne, hjerne, tarm, mandler og rygmarv.

Referencer

1. Prion, smitsom agent. Gendannes fra britannica.com.
2. Hvad er en Prion? Gendannet fra scientamerican.com.
3. PC Kalikiri, RG Sachan. 2003. Prioner - proteinholdige infektiøse partikler. Tidsskrift, Indian Academy of Clinical Medicine.
4. Prion. Gendannet fra en.wikipedia.org
5. KM Pan, M. Baldwin, J. Nguyen, M. Gasset, A. Serban, D. Groth, I. Mehlhorn, Z. Huang, RJ Fletterick, FE Cohen (1993). Konvertering af alfa-helixer til beta-ark funktioner i dannelsen af ​​scrapie-prion-proteiner. Forløb fra Det Nationale Akademi for Videnskaber i Amerikas Forenede Stater.
6. M.-A. Wulf, A. Senatore & A. Aguzzic (2017). Den biologiske funktion af det cellulære prionprotein: en opdatering. BCM Biologi.
7. CC Zhang, AD Steele, S. Lindquist, HF Lodish (2006). Prionprotein udtrykkes på langvarigt repopulerende hæmatopoietiske stamceller og er vigtigt for deres selvfornyelse. Forløb fra Det Nationale Akademi for Videnskaber i Amerikas Forenede Stater.
8. Gennemgang af Prion-sygdomme (Transmissible Spongiform Encephalopathies) Hentet fra msdmanuals.com.
9. E. Arranz-Martínez, G. Trillo-Sánchez-Redondo, A. Ruiz-García, S. Ares-Blanco (2010). Prionpathies: prion encephalopathies. Familiemedicin. SEMERGEN.