PRIONI: RAKSTUROJUMS, STRUKTŪRA, FUNKCIJAS, SLIMĪBAS - BIOLOĢIJA - 2025

The prioni ir proteīni bez nukleīnskābes genomu vai kas darbojas kā infekciju izraisītājiem. Termins "prions" nozīmē olbaltumvielu infekciozo daļiņu (no angļu valodas Proteinaceous infekciozās daļiņas), un to izdomāja neirologs un Nobela prēmijas laureāts Stenlijs B. Prusiners.

1982. gadā Prusiners un viņa kolēģi identificēja infekciozas olbaltumvielu daļiņas, pētot Kreicfelda-Jakoba slimību (cilvēkiem) un liellopu sūkļveida encefalopātijas cēloņus.

Liellopu prionu olbaltumvielu atlikumi. Uzņemts un rediģēts no: 23-230 López-García, F., Zahn, R., Riek, R., Wuthrich, K. un RCSB, izmantojot Wikimedia Commons

Šie reti sastopamie infekcijas ierosinātāji ir sastopami normālu šūnu membrānās tikai kā nepareizi salikti proteīni un / vai ar patoloģisku trīsdimensiju struktūru. Šie proteīni ir atbildīgi par vairākām deģeneratīvām slimībām un ļoti augstu mirstību, kas ietekmē neironu audus un smadzeņu struktūru.

Tos sauc arī par prionu slimībām. Starp vissvarīgākajiem, kas ietekmē cilvēkus, mums ir kurmija, Gerstmann-Sträussler-Scheinker slimība, Kreicfelda-Jakob sindroms un letāls ģimenes bezmiegs.

Vispārīgais raksturojums

Prioni ir olbaltumvielu struktūras, kas atrodas šūnu membrānās. Šiem proteīniem ir mainīta forma vai uzbūve.

Kas attiecas uz tā pavairošanu, to panāk, pārveidojot formas, tāpat kā skrepi slimības gadījumā. Šajā slimībā prioni vervē PrP (C) (nemainīgas konformācijas prionu olbaltumvielas), lai stimulētu pārvēršanu PrP (Sc) izoformā.

Tas rada ķēdes reakciju, kas izplata infekciozo materiālu un tāpēc ļauj slimības apūdeņot. Joprojām nav zināms, kā notiek šis pārveidošanas process.

Šajās neparastajās olbaltumvielās, kuras spēj pavairot, nav nukleīnskābju. Pierādījums tam ir tas, ka tie ir izturīgi pret rentgenstariem un ultravioleto starojumu. Šie līdzekļi viegli noārda nukleīnskābes.

Prionu proteīni, no kuriem veidojas prioni (PrP), ir atrodami visā ķermenī, ne tikai cilvēkos, bet citos veselos mugurkaulniekos. Šie proteīni parasti ir izturīgi pret proteāzēm (fermentiem, kas katalizē olbaltumvielas).

Ļoti maz ir zināms par PrP (C) prionu olbaltumvielu, neinfekciozā olbaltumvielu normālas formas, lietderību cilvēka ķermenī.

Tomēr dažiem pētniekiem ir izdevies parādīt, ka pelēm šie proteīni aktivizē mielīna atjaunošanos perifērās nervu sistēmas šūnās. Pierādīts, ka to neesamība izraisa arī šādu nervu šūnu demielinizāciju.

Konstrukcijas

Zināšanas par prionu struktūru galvenokārt ir pētījumos, kas veikti baktērijā Escherichia coli.

Pētījumi parādīja, ka polipeptīdi ķēdē PrP (C) (normāli) un PrP (Sc) (infekciozi) aminoskābju sastāvā ir identiski, taču atšķiras pēc to 3D uzbūves un salocīšanas.

PrP (C)

Šajos neinfekciozajos prionos cilvēkiem ir 209 aminoskābes. Viņiem ir disulfīda saite. Tās struktūra ir alfa-spirālveida, kas nozīmē, ka tai ir spirāles formas aminoskābes (alfa helices) un maz plakanu aminoskābju virzienu (beta lapas).

Šo olbaltumvielu nevar atdalīt ar centrifugēšanu, kas nozīmē, ka tas nav sedimentējams. To viegli sagremo plaša spektra serīna proteāze, ko sauc par proteināzi K.

PrP (Sc)

Tas ir infekciozs proteīns, kas pārveido PrP (C) infekciozās PrP (Sc) izoformās un ar neparastu konfigurāciju vai formu.

Ļoti maz ir zināms par tās 3D struktūru, tomēr ir zināms, ka tai ir maz spirālveida formu un vairāk plakanu dzīslu vai beta loksnes. Pāreja uz izoformu ir tā sauktais prionu slimību centrālais notikums.

Iespējas

Šūnu prionu proteīni atrodas uz visdažādāko orgānu un audu šūnu virsmas. Ļoti maz ir zināms par prionu fizioloģiskajām funkcijām organismā. Pat eksperimenti ar pelēm norāda uz iespējamām funkcijām, piemēram:

Ar metabotropiem glutamāta receptoriem

Ir pierādīts, ka PrP (C) darbojas ar glutamāta receptoriem (jonotropiem un metabotropiem). PrP (C) piedalās kā šūnu virsmas Aβ peptīda sinaptotoksisko oligomēru receptors.

Embrionālās attīstības laikā

Ir konstatēts, ka Murinae ģimenes pelēm prionu proteīni PrP (C) embriju attīstībā izpaužas dažās dienās pēc implantācijas.

Tas norāda, ka viņiem ir nozīme šo mazo zīdītāju attīstībā. Loma, kas, pēc pētnieku domām, ir saistīta ar neiroģenēzes regulēšanu (neironu aksonu un dendrītu veidošanās).

Viņi arī iedarbojas uz aksonu augšanu. Šie prionu proteīni ir iesaistīti pat smadzeņu ķēdes attīstībā. Sakarā ar to tiek uzskatīts, ka šo PrP (C) prionu neesamība noved pie grauzēju motoriskās attīstības kavēšanās.

Neiroprotektīvi

Pētījumos par PrP (C) pārmērīgu ekspresiju pēc gēnu orientācijas tika atklāts, ka šo prionu neesamība rada problēmas ar asins piegādi dažām smadzeņu vietām (akūta smadzeņu išēmija).

Tas nozīmē, ka prionu proteīni darbojas kā neiroprotektori. Turklāt ir pierādīts, ka PrP (C) pārmērīga ekspresija var mazināt vai uzlabot išēmijas radītus ievainojumus.

Perifērā nervu sistēma

Nesen tika atklāta Prp (C) fizioloģiskā loma perifēro mielīna uzturēšanā.

Laboratorijas pētījuma laikā tika atklāts, ka bez priona olbaltumvielām laboratorijas pelēm izveidojās nepilnības nervos, kas pārvadā informāciju no smadzenēm un muguras smadzenēm, tā sauktajā perifērā neiropātijā.

Šūnu nāve

Ir daži proteīni, kas ir līdzīgi prioniem, un tie atrodas citās ķermeņa daļās, nevis smadzenēs.

Šādu olbaltumvielu funkcijas ir ierosināt, regulēt un / vai kontrolēt šūnu nāvi, kad uzbrūk organismam (piemēram, ar vironiem), tādējādi novēršot patogēna izplatīšanos.

Šī šo olbaltumvielu īpatnējā funkcija liek pētniekiem padomāt par neinfekciozo prionu iespējamo nozīmi cīņā pret patogēniem.

Ilgtermiņa atmiņa

Pētījums, kas veikts Stowers institūtā Misūri štatā, ASV, parādīja, ka PrP prioniem var būt nozīme ilgtermiņa atmiņas saglabāšanā.

Pētījums atklāja, ka dažus prionu proteīnus var kontrolēt, lai tie darbotos ilgtermiņa atmiņas fizioloģisko funkciju uzturēšanā.

Cilmes šūnu atjaunošana

Pētījumā ar prionu olbaltumvielām, kas tiek izteiktas asins audu cilmes šūnās, atklājās, ka visas šīs cilmes šūnas (hematopoētiskās) ekspresē prionu olbaltumvielas to šūnu membrānā. Tāpēc tiek uzskatīts, ka viņi piedalās sarežģītajā un ļoti svarīgajā šūnu atjaunošanas procesā.

Slimības, ko izraisa prioni

Prionu izcelsmes patoloģijas tiek atzītas par progresējošiem deģeneratīviem smadzeņu darbības traucējumiem. Viņi var uzbrukt liellopiem, briežiem, karibu, aitām un pat cilvēkiem.

Šīs slimības izraisa izmaiņas PrP (C) olbaltumvielu struktūrā un kuru īpašās funkcijas mūsdienās joprojām ir neskaidras. Prionu patoloģijas var rasties bez zināma iemesla. Viņiem var būt iedzimta ģenētiska izcelsme, un tos var pārnēsāt arī infekciozi-lipīgā veidā.

Prioni izraisa ģimenes, sporādiskas un lipīgas slimības. Ģimenes prionu slimības ir tās, kuras ir pārmantojamas. Sporādiskas patoloģijas ir visizplatītākās un rodas bez zināmiem cēloņiem.

Infekcijas slimības tiek uzskatītas par retām, tās var pārnest no cilvēka uz cilvēku, no viena dzīvnieka uz otru, no viena cilvēka uz otru un otrādi. Cēloņi ir dažādi, sākot no inficētas gaļas patēriņa, kanibālisma, asins pārliešanas līdz pat piesārņota ķirurģiskā aprīkojuma apstrādei.

Visizplatītākās prionu slimības ir:

Kreicfelda-Jakoba slimība (CJD)

Uzskata par visizplatītāko prionu slimību starp cilvēkiem, tā ir kosmopolītiska slimība, tas ir, tai ir izplatība visā pasaulē. Tas var būt iedzimts (ģimenes), sporādisks vai infekciozs.

Pacientiem ir tādi simptomi kā demence, saraustījumi vai pēkšņas patvaļīgas kustības un centrālās nervu sistēmas deficīts.

Atkarībā no slimības ārstēšanas un formas nāve var notikt no 4 mēnešiem līdz 2 gadiem pēc slimības iegūšanas. Diagnozi ir grūti noteikt, to parasti veic pēcnāves laikā autopsijas laikā.

Smadzeņu audu gaismas mikrogrāfs, kas atklāj tipisku amiloīda plāksnīšu klātbūtni Kreicfelda-Jakoba slimības varianta gadījumā. Nofotografēts un rediģēts no: Satura nodrošinātāji: CDC / Terēza Hammeta Foto Kredīts: Šerifs Zaki; MD; Doktora grāds; Wun-Ju Shieh; MD; Doktora grāds; MPH, izmantojot Wikimedia Commons

Gerstmann-Sträussler-Scheinker slimība

Tā ir slimība, ko izraisa prioni iedzimtā vai autosomāli dominējošā infekcijas smadzeņu procesā. Slimība izpaužas cilvēkiem vecumā no 40 līdz 60 gadiem.

Šiem cilvēkiem ir problēmas izteikt vārdus (dizartrija), grūdienus vai pēkšņas piespiedu kustības, bieži agresivitāti.

Viņi novēro smadzenīšu deģenerāciju, kam pievienota nestabila gaita. Starp citiem simptomiem ir iespējams novērot arī hiporefleksiju, kurlumu, skatiena paralīzi, demenci. Dzīves ilgums ir apmēram 5 gadi vai nedaudz ilgāks.

Prionopātija ar mainīgu jutību pret proteāzi

Tā ir ļoti reti sastopama slimība, kas norāda uz 2 līdz 3 gadījumiem uz 100 miljoniem iedzīvotāju. Patoloģija ir līdzīga Gerstmann-Sträussler-Scheinker slimībai.

Olbaltumvielu klīniskās izpausmes norāda uz zemu rezistenci pret proteāzēm, daži ir vairāk un citi mazāk jutīgi pret šiem fermentiem.

Simptomi, ko pacienti uzrāda, ir: problēmas ar runu un kognitīvajiem traucējumiem, neironu zaudēšana vietā, kur smadzenes kontrolē kustības un veic muskuļu koordināciju.

Slimība ir izplatīta gados vecākiem pacientiem (70 gadi), un paredzamais dzīves ilgums pēc inficēšanās ir aptuveni 20 mēneši.

Letāla bezmiegs

Tā ir iedzimta vai ģimenes slimība, tā var rasties arī sporādiski. Ir zināms, ka slimība rodas iedzimtas vai autosomāli dominējošas mutācijas dēļ.

Pacienti uzrāda tādus simptomus kā kumulatīvas miega un miega uzturēšanas problēmas, demence, kognitīvie traucējumi, pat hipertensijas, tahikardijas, hiperhidrozes un citi traucējumi.

Vecums, kuru tas ietekmē, ir diezgan plašs - no 23 līdz 73 gadiem, tomēr vidējais vecums ir 40 gadi. Dzīves ilgums pēc inficēšanās ir nedaudz vairāk par 6 gadiem.

Kuru

Šī prionu slimība ir atklāta tikai Papua-Jaungvinejas iedzīvotājiem. Tā ir slimība, kas saistīta ar kanibālismu un mirušo sēru rituāla kultūras tradīcijām, kurās šie cilvēki ēd smadzenes vai cilvēka miesu.

Cilvēkiem, kuri pārnēsā šo slimību, parasti ir nekontrolējamas un piespiedu kustības dažādās ķermeņa daļās.

Tie rada trīci, kustību kontroles zaudēšanu un muskuļu koordinācijas zudumu. Dzīves ilgums inficētiem cilvēkiem ir divi gadi.

Slimības dzīvniekiem

Starp patoloģijām, kuras dzīvniekiem rada prioni, ir liellopu sūkļveida encefalopātija. Šī slimība izraisīja postu Eiropā, sabiedrības, dzīvnieku un skarto valstu ekonomikā.

Pie citām dzīvnieku slimībām pieder skrepi slimība, transmisīvā ūdeļu encefalopātija, hroniska novājēšanas slimība (briežiem) un kaķu sūkļveida encefalopātija.

Šīm slimībām, tāpat kā cilvēkiem sastopamajām, trūkst efektīvas ārstēšanas, tāpēc profilakse ir būtiska, jo īpaši pēc infekcijām cilvēkiem, kas radušās inficētu govju gaļas patēriņa rezultātā.

Procedūras

Līdz šim nav zināma prionu slimību izārstēšana. Ārstēšana ir simptomātiska. Pacientiem ieteicams plānot paliatīvo aprūpi, kā arī ieteicams veikt ģenētisko testēšanu un konsultēt ģimenes locekļus.

Pacientiem ar prionu slimībām ir pārbaudīts plašs medikamentu klāsts, piemēram, pretvīrusu līdzekļi, pretaudzēju līdzekļi, tādas slimības kā Parkinsona zāles, imūnsupresijas ārstēšanas līdzekļi, antibiotikas, pretsēnīšu līdzekļi, pat antidepresanti.

Tomēr pašlaik nav pierādījumu, kas norādītu, ka daži no tiem mazina simptomus vai uzlabo pacientu izdzīvošanu.

Profilakse

Prioni ir izturīgi pret dažādām fizikālām un ķīmiskām izmaiņām. Tomēr, lai izvairītos no pacientu inficēšanās ar inficētiem ķirurģiskiem instrumentiem, tiek izmantotas dažādas metodes.

Starp visbiežāk izmantotajām metodēm ir sterilizēt aprīkojumu vienu stundu autoklāvā 132 ° C temperatūrā un pēc tam instrumentus vismaz vismaz vienu stundu iegremdēt nātrija hidroksīdā.

No otras puses, pasaules veselības organizācija (PVO) ir izstrādājusi pasākumus prionu slimību izplatības novēršanai. Šī organizācija nosaka normas apiešanai ar aizliegtajiem vai potenciāli riskantiem audiem, piemēram, acīm, smadzenēm, zarnām, mandeles un muguras smadzenēm.

Atsauces

1. Prions, infekcijas izraisītājs. Atgūts no britannica.com.
2. Kas ir prions? Atgūts no Scientificamerican.com.
3. PC Kalikiri, RG Sachan. 2003. Prioni - olbaltumvielu infekcijas daļiņas. Vēstnesis, Indijas klīniskās medicīnas akadēmija.
4. Prions. Atgūts no vietnes 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). Alfa-heliku pārvēršana beta-lokšņu īpašībās skrepi slimības priona olbaltumvielu veidošanā. Amerikas Savienoto Valstu Nacionālās zinātņu akadēmijas raksti.
6. M.-A. Vulfs, A. Senatore un A. Aguzzic (2017). Šūnu prionu olbaltumvielu bioloģiskā funkcija: atjauninājums. BCM Bioloģija.
7. CC Zhang, AD Steele, S. Lindquist, HF Lodish (2006). Prionu olbaltumvielas tiek ekspresētas ilgstoši atjaunojošās asinsrades cilmes šūnās, un tas ir svarīgi to pašatjaunošanai. Amerikas Savienoto Valstu Nacionālās zinātņu akadēmijas raksti.
8. Pārskats par prionu slimībām (transmisīvajām sūkļveida encefalopātijām), kas iegūtas vietnē msdmanuals.com.
9. E. Arranz-Martínez, G. Trillo-Sánchez-Redondo, A. Ruiz-García, S. Ares-Blanco (2010). Prionātijas: prionu encefalopātijas. Ģimenes zāles. SEMERGEN.