Хотя prion болезни у человека редки, доля "нового варианта" Creutzfeldt-Jakob заболевания быстро увеличивается. Принимая во внимание, что болезнь является скорее всего результатом инфекции телячьими prions, знание, как prions реплицируются - и как этому противодействовать - становятся необходимыми.
Prions являются инфекционными агентами, которые вызывают как коровью губкообразную энцефалопатию, так и болезнь Creutzfeldt-Jakob у людей. В обоих случаях, клинически обнаруживается дегенерация в ЦНС.
У дрожжей, prions выявляются как белки, которые м. сущестовать в двух конформациях, одна из которых м. индуцировать дальнейшее превращение молекулы приона из одной конформации в другую и таким образом она self-perpetuating и наследуема.
In vitro превращение эндогенного прионового белка млекопитающих - PrPC - дает в результате половинку, с физикохимическими свойствами PrpSc, балка, ассоциируемого с болезнью. Пока не доказано, что PrpSc является инфекционным (transmissable) агентом.
Цитотоксичность PrpSc для нейронов зависит от экспрессии клеточного PrPC клетками-мишенями. Имеющиеся доказательства указывают на то, что превращение PrPC в PrPSc является болезнетворным событием. PrpC м. принимать две ориентации в мембране, одна из которых, CtmPrP, хорошо коррелирует с нейродегенеративными изменениями.
Подобно вирусам, прионы м. проникать в ЦНС через иммунную систему, лимфоциты и фолликулярные дендритные клетки. Присутствие PrPC и терминально дифференцированных В клеток является обязательным для инвазии инфекционных прионов. Как прионы перемещаются из зародышевых центров в ЦНС неясно, но это м.б. связано с периферическими нервами и лимфоцитами.
Болезнь new variant (nv) CJD м.б. отличена от спорадической CJD тем, что она затрагивает в основном молодых людей, развивается более медленно и отличается широко распространенной вакуолизацией кортикальных нейрофилов (neurophil) и накоплением белковых бляшек в головном мозге.
Изучение паттерна нейрональной дегенерации у мышей, биохимических свойств прионов и эпидимиология подтверждают идею, что агент, вызывающий nvCJD идентичен тому, что вызывает BSE, если передается человеку.
Неясно существует ли субклиническjt состояние или статус носителей этой болезни. Чтобы исключить возможность заражения с приемом пищи, все попытки сейчас сконцентрированы на обработке продуктов крови. Установление молекулярной основы инвазии поможет идентифицировать возможные мишени для вмешательства.
Alberti, S. et al. A systematic survey identifies prions and illuminates sequence features of prionogenic proteins. Cell 137, 146–158 (2009) http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2009.02.044
Прионовые белки переключаются с нормальной конформации на агрегированную форму и они могут распространять это конформационное изменение и на др. молекулы того же самого белка. Хотя эта удивительная способность позволяет прионам передавать этот наследуемый фенотип на др. дрожжевые клетки не зависимо от ДНК, лишь немногие прионы идентифицированы. Недавнее исследование указывает на то, что прионы могут выполнять более широкую роль в биологии, чем это полагалось. Alberti et al. описывают свои систематические поиски в геноме Saccharomyces cerevisiae кандидатов на роль прионов. Они выявили новую аминокислотную основу для предсказания прионовых белков и новый прион-формирующий белок назвали Mot3.
Первоначальное биоинформационное сканирование идентифицировало около 200 белков, которые содержат candidate prion-forming domain (cPrD). Среди них, идентифицировано 19 новых прионовых кандидатов на базе их способности формировать amyloid (нерастворимые фиброзные белковые агрегаты)in vitro и in vivo, и реплицироваться бесконечно в клетках как бессменные эпигенетические элементы, что удовлетворяло основному критерию поведения прионов.
Затем были сравнены последовательности cPrDs. Неожиданно, хотя определенные PrDs характеризовались как богатые Asn и Gln, склонные к агрегации cPrDs оказались сильно обогащены Asn, тогда как не-агрегирующие cPrDs были богаты Gln, Pro и заряженными остатками. Расположение Pro и заряженных остатков также влияло на образование прионов. В противоположность предыдущим находкам, эти данные указывают на то, что не существует единственного аминокислотного состава, а также точной последовательности, которая бы детерминировала прионогенез.
Наконец. авт. тщательно оценили Mot3, глобально действующий транскрипционный фактор, который содержит cPrD, в отношении его способности оперировать как прион в физиологическом смысле. Данные показали. что Mot3 прионовый белок может передавать свой фенотип свободным от приона клеткам независимо от ДНК и что внутриклеточный Mot3 с готовностью участвует в само-возобновляющейся агрегации приона. Короче, авт. идентифицировали Mot3 как новый прион-образующий белок у дрожжей и они открыли новые последовательности, важные для прионогенеза, которые могут помочь охарактеризовать прионовые белки в будущем
.
Gousset, K. et al. Prions hijack tunnelling nanotubes for intercellular spread. Nature Cell Biol. 8 Feb 2009 (doi: 10.1038/ncb1841)
A tunnelling nanotube connects two CAD cells. Image courtesy of C. Zurzolo, The Pasteur Institute, France.
Исследователи уже давно пытаются понять, как прионы распространяются в и по ЦНС. Сообщение в Nature Cell Biology, Chiara Zurzolo и её коллег впервые показало, что прионы могут распространяться от клетки к клетке, используя туннельный переход из нанотрубочек.
В предыдущих исследованиях было установлено, что некоторые патогены, такие как HIV, сидят верхом на туннелях из нанотрубочек, тонких выростах, которые соединяют клетки вместе. Чтобы установить, могут ли прионы использовать эту самую систему, авт. использовали флюоресцентную краску для мечения нанотрубочек и прионов в CAD клетках, линия нервных клеток мышей, и обнаружили перемещение дикого типа прионового белка через туннельные нанотрубочки, которые соединяли клетки. Сходным образом флюоресцентно меченный PrPSc, неправильно упакованая форма прионового белка, которая вызывает болезнь, также путешествует по туннельным нанотрубочкам. Учитывая скорость и паттерн миграции прионов, авт. подозревают, что прионы перемещаются за счет везикулярного транспорта внутри этих трубочек.
Чтобы подтвердить, что PrPSc распространяется по туннельным нанотрубочкам, авт. инкубировали PrPSc-инфицированные CAD клетки с неинфицированными CAD клетками. После ночной ко-инкубации авт. установили, что PrPSc распространился с инфицированных CAD клеток на ранее неинфицированные CAD клетки, но только если они были соединены естественно возникшими нанотрубочками. Если клетки имели прямой физический контакт, но не были соединены нанотрубочками, то PrPSc не распространялся.
Наконец. авт. исследовали имеют ли значение туннельные нанотрубочки для распространения прионов в др. типах клеток. Они установили, что туннельные нанотрубочки могут быть важными для распространения прионов и между др. типами клеток. Они установили, что туннельные нанотрубочки способны эффективно переносить PrPSc с дендритных клеток на CAD клетки и на первичные нейроны после ночи культивирования. Отметим, что исследователи ещё раньше предполагали, что дендритные клетки могут играть важную роль в распространении прионов из кишечника в нервную систему.
Итак, эти находки указывают на то, что прионы получают доступ в и между нейронами за счет захвата туннельных нанотрубочек. Предыдущие исследования показали, что прионы могут распространяться с помощью др. механизмов, которые менее эффективны. Напр., транспортация с помощью экзосом нуждается в 5 днях ко-культивирования, по сравнению с 12 ч с помощью нанотрубочек.
