Особенности строения прионов

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА I. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРИОНОВЫХ БЕЛКАХ
1.1.История открытия
1.2.Развитие представлений о прионах
1.3.Место распространения прионовой инфекции
1.4. Структура молекул
ГЛАВА II. ПРИОНОВЫЙ БЕЛОК И ЭУКАРИОТЫ
2.1.Классификация
2.2.Пути заражения
2.3.Пути проникновения
2.4.Механизм размножения прионовых белков
2.5.Необычное поведение прионовых белков при попадании
в организм
2.6.Некоторые болезни, вызываемые прионовой инфекцией у млекопитающих
Глава III. ПРИОНОВЫЙ БЕЛОК И ПРОКАРИОТЫ
3.1.Классификация
3.2.Сходство прионовых белков млекопитающих и дрожжей
3.3.Ген Sup35/[Psi+] дрожжей
3.4.Sup35–прионовый белок дрожжей
3.5.Hsp104 – шаперон дрожжей
3.6.Размножение прионовых белков дрожжей
3.7.Гипотеза конформационных матриц
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.1.История открытия

Прионы — новый класс возбудителей болезней, открытый и классифицируемый не так уж давно, хотя некоторые заболевания, вызывaемые этими возбудителями, были известны уже около столетия. Термин «прион» образован как анаграмма английских слов «белковая инфекционная (частица)» — "proteinaceous infectious (particles)". Прионы определяют как «малую белковую инфекционную частицу, устойчивую к инактивирующим воздействиям, которые модифицируют нуклеиновые кислоты», или другими словами прионы — это обычные белки организма, которые по неизвестным (пока) причинам начинают вести себя «неправильно».
Открытие прионов тесно связано с историей открытия и становления учения о медленных инфекциях. В 1954 г. Б. Сигурдссон (Швеция) изложил результаты своих многолетних исследований массовых заболеваний среди овец, завезенных в 1933 г. из Германии на о. Исландия для развития каракулеводства.
...

1.2. Развитие представлений о прионах

В 1960-х годах в Лондоне два исследователя, радиобиолог Тивах Альпер и математик Джон Стенли Гриффит, выдвинули гипотезу, что некоторые трансмиссивные губчатые энцефалопатии вызываются патогенами, состоящими исключительно из белков. Таким образом Альпер и Гриффит попытались объяснить тот факт, что неизвестный инфекционный агент, вызывающий почесуху овец и болезнь Крейтцфельдта — Якоба, очень устойчив к ионизирующему излучению. Доза радиации, необходимая для уничтожения половины частиц инфекционного агента, зависит от их размера: чем меньше такая частица, тем меньше вероятность попадания в неё заряженной частицы. Так было установлено, что прион слишком мал для вируса.

Фрэнсис Крик признал важность белковой гипотезы Гриффита для объяснения распространения почесухи овец во втором издании «Центральной догмы молекулярной биологии» (1970).
...

1.4. Структура молекул

Во всех частят у здоровых людей и животных, можно найти белок из которого впоследствии образуется прион (PrP). Однако в поражённых тканях присутствует PrP, имеющий аномальную структуру и устойчивый к протеазам. При определённых условиях можно достичь сворачивания более или менее структурированных изоформ PrP in vitro, которые способны к заражению здоровых организмов, хотя и с меньшей степенью эффективности, чем выделенный из больных организмов
Изоформы
PrPC — нормальный мембранный белок млекопитающих, который у человека кодируется геном PRNP.  мРНК PRNP человека кодирует полипептид длиной 253 аминокислотных остатка, который в процессе созревания укорачивается клеточными ферментами. Зрелая форма PrP состоит из 208 аминокислотных остатков и имеет молекулярную массу 35—36 кДа.
В пространственной структуре PrP выделяют неструктурированный N-концевой участок (а. о. 23—125 у человека) и глобулярный домен (а. о.
...

Глава II. ПРИОНОВЫЙ БЕЛОК И ЭУКАРИОТЫ

Таблица 2.1.
Прионы млекопитающих — возбудители губчатой энцефалопатии[10]
Прионы млекопитающих — возбудители губчатой энцефалопатии
ICTVdb Code
Заболевание
Носитель
Название приона
PrP изоформа
90.001.0.01.001.
Скрейпи
Овцы и козы
Прион скрейпи
OvPrPSc
90.001.0.01.002.
Трансмиссивная энцефаломиопатия норок (ТЭН)
Норки
Прион ТЭН
MkPrPSc
90.001.0.01.003.
Chronic wasting disease (CWD)
Олени и лоси
CWD прион
MDePrPSc
90.001.0.01.004.
Губчатая энцефалопатия крупного рогатого скота (ГЭКРС)
Коровы
Прион ГЭКРС
BovPrPSc
90.001.0.01.005.
Губчатая энцефалопатия кошачьих (ГЭК)
Кошки
Прион ГЭК
FePrPSc
90.001.0.01.006.
Губчатая энцефалопатия экзотических копытных (EUE)
Антилопы и большой куду
EUE прион
NyaPrPSc
90.001.0.01.007.
Куру
Люди
Прион куру
HuPrPSc
90.001.0.01.008.
Болезнь Крейцфельда-Якоба (БКЯ)
Люди
Прион БКЯ
HuPrPSc

(New) Variant Creutzfeldt-Jakob disease (vCJD, nvCJD)
Люди
vCJD прион
HuPrPSc
90.001.0.01.009.
...

2.3.Механизм размножения прионовых белков

Наибольшее признание среди специалистов получили две модели — гетеродимерная модель Прузинера и полимеризационная модель.
Согласно гетеродимерной модели Прузинера, патогенный белок, проникая в клетку, образует комплекс со своим нормальным клеточным собратом. Далее, конформация нормального белка меняется и он приобретает свойства прионовых белков. Агрегация в модели Прузинера рассматривается как вторичный процесс, не имеющий существенного значения для прионообразования.
В полимеризационной модели, наоборот, ведущая роль отводится агрегации белков. В этой модели прион — упорядоченный полимер PrP служит затравкой для образования полимерных агрегатов. И присоединение очередной белковой молекулы сопровождается изменением ее конформации.
...

2.4.Необычное поведение прионовых белков при попадании в организм

Отметим необычное поведение прионовой инфекции при попадание в организм. Вначале они обязательно появляются в клетках лимфо-ретикулярной системы миндалин, тимуса, лимфатических узлов и селезенки, сосредотачиваясь в основном в В-клеточных зонах лимфоидных тканей. Затем, в лимфатических органах, возможна и частичная репликация прионов. Дальнейшая нейроинвазия прионов происходит с участием дифференцированных В-лимфоцитов
Затем, они по нервам, устремляются к ближайшим аксонам. И там число прионов увеличивается до некого критического уровня. После чего они начинают передвигаться по направлению к спинному, а затем головному мозгу.
Инфицированность органов иммуногенеза подразумевает перенос инфекционного агента с кровью. Но, даже в самый разгар болезни, не говоря уже об инкубационном периоде и доклинической стадии, никаких сдвигов в периферической крови не наблюдается [5].
2.5.
...

Глава III. ПРИОНОВЫЙ БЕЛОК И ПРОКАРИОТЫ

3.1.Классификация
Таблица 3.1.1.
Классификация прионовых белков прокариот [11]
Прионы грибов
Белок
Хозяин
Нормальная функция
Прионная форма
Прионный фенотип
Год открытия
Ure2p
Saccharomyces cerevisiae
Репрессор усвоения азота
[URE3]
Способность усваивать уреидосукцинат в качестве источника азота[12]
1994
Sup35p
S. cerevisiae
Фактор терминации трансляции
[PSI+]
Повышение частоты прочитывания стоп-кодонов
1994
HET-S
Podospora anserina
Фактор цитоплазматической несовместимости[12]
[Het-s]
Образование гетерокариона только между совместимыми штаммами
1997
Вакуолярная протеаза B
S. cerevisiae
уменьшение продолжительности жизни клеток, нарушения мейоза
[β]
Нарушения деградации клеточных белков в условиях голода
2003
MAP-киназы
Podospora anserina
Усиление пигментации, медленный рост
[C]

2006
Rnq1p
S. cerevisiae
Фактор, усиливающий образование прионов
[RNQ+], [PIN+]
Способствует аггрегации других белков

Mca1*
S.
...

3.2.Сходство прионовых белков млекопитающих и дрожжей Таблица 3.2.2.
Сходство прионовой инфекции прокариот и эукариот[2]


Особое внимание следует уделить чертам сходства структуры этих двух в целом разных белков - РгР млекопитающих и фактора терминации eRF3 дрожжей. В обоих случаях в начальной N-терминальной части полипептид есть характерные аминокислотные повторы, обогащенные глицином (G), глутамином (Q) и ароматическими аминокислотами (W, Y). Такие структуры склонны к образованию b-слоев, которыми и обогащены белки-прионы в отличие от своих клеточных предшественников. Этот участок дрожжевого белка оказался принципиально важным для прионизации. Если этот участок убрать, делегировать из хромосомы соответствующий участок гена, не удастся ни индуцировать прион, ни "размножать его", если он уже есть в клетке. Тогда он просто теряется. Но полностью этот ген убрать невозможно. Ген SUP35, кодирующий фактор терминации синтеза белка у дрожжей, незаменим.
...

3.4.Белок Sup35-прионовый белок дрожжей

Делеционный анализ показал, что белок Sup35 состоит из трех функционально различных доменов: N- концевой домен необходим для возникновения прионной конформации и фенотипа [Psi+], но не важен для терминации трансляции; С-концевой домен эволюционно консервативен, необходим для жизнедеятельности клетки и осуществляет функцию терминации трансляции; домен М не имеет никакой незаменимой функции.Белок Sup35 связывается с Sup45 в двух участках, один из которых расположен в С домене, а второй в N и М доменах. Белки Sup35 и Sup45 взаимодействуют друг с другом, образуя комплексы, причем на Sup35 обнаружено два сайта связывания с Sup45.
Было показано, что агрегация белка Sup35 в клетках [Psi+] ингибирует его активность как фактора терминациии трансляции и приводит к нонсенс супрессорному фенотипу [4]. Так как Sup45 связывается с Sup35, то при [Psi+] фенотипе этот белок тоже встраивается в агрегат и его функция тоже ингибируется.
...

3.6.Размножение прионовых белков дрожжей
В течение весны и лета 1997 г. в двух американских лабораториях были получены сенсационные результаты. Было показано, что дрожжевые прионы в клетках образуют такие же белковые агрегаты, как и прионы млекопитающих в тканях мозга. Так же, ученые смогли доказать, что образование дрожжевого приона может происходить вне клетки - в бесклеточном растворе. Причем для этого достаточно только фрагмента белка, содержащего прионизирующие повторы.
Самые интересные результаты по эффективному размножению приона в бесклеточной системе получила группа М.Д. Тер-Аванесяна. Если в экстракт из клеток, не содержащих [РSI]-фактор, добавить очень небольшое количество экстракта из клеток, содержащих этот дрожжевой прион, то количество белка-приона быстро нарастает. Теперь в качестве затравки можно взять немного материала из этой смеси и вновь добавить его в экстракт из клеток без [PSI]-фактора. Результат будет тем же самым. И это можно повторять бесконечно [3].
3.7.
...

3.7.Гипотеза конформационных матриц
Открытым остается вопрос о механизмах возникновения новой конформации белка приона и последующего воспроизведения этой конформации. Очевидно, что спонтанно возникший или привнесенный в клетку прион далее превращает все вновь синтезируемые полипептиды с идентичной или очень близкой ему первичной структурой в свое подобие. Напрашивается гипотеза о существовании своеобразного механизма копирования конформации, или гипотеза конформационных матриц.
В клетке, видимо, существуют две категории матричных процессов: копирование последовательностей ДНК и РНК, и копирование конформации, характерное по крайней мере для некоторых белков. Своего рода матричное воспроизведение конформации имеет место в таких процессах, как образование структур цитоскелета при росте актиновых и тубулиновых волокон, воспроизведение ядерной мембраны, копирование внешнего кортекса у простейших.
...

ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе данной работы был проведен сбор информации о строении, составе, свойствах и заболеваниях, вызываемых прионовой инфекции. Открытие прионов тесно связано с историей открытия и становления учения о медленных инфекциях. В 1954 г. шведский ученый изложил результаты своих многолетних исследований массовых заболеваний среди овец, завезенных в 1933 г. из Германии на о. Исландия для развития каракулеводства. Несмотря на явные клинические различия и неодинаковую локализацию повреждений органов и тканей, известный ученый, сумел обнаружить среди изученных им заболеваний принципиальное сходство, которое в современном виде может быть суммировано в виде четырех главных признаков, отличающих медленные инфекции:
1) необычно продолжительный (месяцы и годы) инкубационный период
2)медленно прогрессирующий характер течения;
3)необычность поражения органов и тканей;
4) неизбежность смертельного исхода.
...

1. Зуев В.А. Медленные вирусные инфекции человеки животных.М., 1988
2. Инге-Вечтомов С.Г. «Вестник Российской академии наук»-2000. - №4 – Том 70. - С.299-306.
3. Тер-Аванесян М.Д., В.В. Кушниров «Прионы: инфекционные белки с генетическими свойствами» Биохимия. – 1999- том 64, вып. 12 - С. 1638- 1647.
4. Тер-Аванесян М.Д., С.В. Паушкин, В.В. Кушниров, Н.В. Кочнева- Первухова «Молекулярные механизмы "белковой" наследственности: прионы дрожжей» Молекулярная Биология. – 1998.- том 32, * 1. – С. 32-42.
5. Paushkin SV, Kushnirov VV, Smirnov VN, Ter-Avanesyan MD. In vitro propagation of the prion-like state of yeast Sup35 protein. Science.
6. http://vmede.ru
7. http://www.chernetskaya.ru
8. http://megabook.ru
9. http://www.antibiotic.ru
10. https://ru.wikipedia
11. http://www.morphology