ПРИОНИ: ХАРАКТЕРИСТИКИ, СТРУКТУРА, ФУНКЦИИ, ЗАБОЛЯВАНИЯ - БИОЛОГИЯ - 2025

На прионите са протеини без геном нуклеинова киселина, или които действат като инфекциозни агенти. Терминът "прион" означава белтъчна инфекциозна частица (от английски Протеинови инфекциозни частици) и е измислен от невролога и носителя на Нобелова награда Стенли Б. Прусинер.

През 1982 г. Прусинер и неговите колеги идентифицират инфекциозна протеинова частица, докато изучават причините за болестите на Кройцфелд-Якоб (при хора) и спонгиформна енцефалопатия по говедата.

Остатъци от говежди прион протеин. Взето и редактирано от: 23-230 López-García, F., Zahn, R., Riek, R., Wuthrich, K. и RCSB, чрез Wikimedia Commons

Тези редки инфекциозни агенти се намират в мембраната на нормалните клетки, само като неправилно сгънати протеини и / или с ненормална триизмерна структура. Тези протеини са отговорни за множество дегенеративни заболявания и много висока смъртност, които засягат нервните тъкани и структурата на мозъка.

Наричат ​​се още прионови заболявания. Сред най-важните, които засягат хората, имаме куру, болест на Gerstmann-Sträussler-Scheinker, синдром на Creutzfeldt-Jakob и фатално фамилно безсъние.

Основни характеристики

Прионите са протеинови структури, присъстващи в клетъчните мембрани. Тези протеини имат променена форма или конформация.

По отношение на неговото размножаване се постига чрез преобразуване на формите, както в случая с болестта скрейпи. При това заболяване прионите набират PrP (C) (прионни протеини с непроменена конформация), за да стимулират превръщането в PrP (Sc) изоформата.

Това поражда верижна реакция, която разпространява инфекциозния материал и следователно позволява напояването на болестта. Как се осъществява този процес на преобразуване все още не е известно.

Тези необичайни протеини, способни да се размножават, нямат нуклеинови киселини. Доказателство за това е, че те са устойчиви на рентгенови лъчи и ултравиолетово лъчение. Тези агенти лесно разграждат нуклеиновите киселини.

Прионните протеини, от които са съставени приони (PrP), се намират в цялото тяло, не само в хората, но и в други здрави гръбначни животни. Тези протеини обикновено са устойчиви на протеази (ензими, които катализират протеините).

Много малко се знае за полезността на прионните протеини PrP (C), нормалната форма на неинфекциозния протеин в човешкото тяло.

Някои изследователи обаче успяват да покажат, че при мишки тези протеини активират възстановяването на миелина в клетките на периферната нервна система. Отсъствието на такива също е показано, че причинява демиелинизация на такива нервни клетки.

структури

Познанията за структурата на прионите се намират главно в изследванията, проведени в бактерията Escherichia coli.

Проучванията показват, че полипептидите във веригата PrP (C) (нормални) и PrP (Sc) (инфекциозни) са идентични в състава на аминокиселини, но се различават по своята 3D конформация и тяхното сгъване.

PrP (C)

Тези неинфекциозни приони имат 209 аминокиселини при хората. Те имат дисулфидна връзка. Структурата му е алфа-спирална, което означава, че има спираловидна аминокиселина (алфа спирали) и няколко плоски нишки аминокиселини (бета листове).

Този протеин не може да бъде отделен чрез центрофугиране, което означава, че той не е утаим. Тя се усвоява лесно от широкоспектърната серинова протеаза, наречена протеиназа К.

PrP (Sc)

Това е инфекциозен протеин, който трансформира PrP (C) в инфекциозни PrP (Sc) изоформи и с ненормална конфигурация или форма.

Много малко се знае за неговата 3D структура, но е известно, че тя има малко спирални форми и повече плоски кичури или бета листове. Преминаването към изоформата е това, което е известно като основно събитие на прионните заболявания.

Характеристика

Клетъчните прионни протеини са разположени на клетъчната повърхност на голямо разнообразие от органи и тъкани. Много малко се знае за физиологичните функции на прионите в тялото. Въпреки това експериментите, проведени с мишки, показват възможни функции, като например:

С метаботропни глутаматни рецептори

Доказано е, че PrP (C) действа с глутаматни рецептори (йонотропни и метаботропни). PrP (С) участва като рецептор за синаптотоксични олигомери на пептида на клетъчната повърхност Ар.

В ембрионалното развитие

При мишки от семейство Murinae е установено, че прионните протеини PrP (C) се експресират в рамките на няколко дни след имплантацията в ембрионално развитие.

Това показва, че те играят роля по време на развитието на тези малки бозайници. Роля, която според изследователите е свързана с регулирането на невритогенезата (производство на аксони и дендрити на неврони).

Те действат и върху аксоновия растеж. Тези прионни протеини дори участват в развитието на мозъчната верига. Поради това се смята, че отсъствието на тези PrP (C) приони води до забавяне на двигателното развитие на гризачите.

Неврозащитна

При проучвания за свръхекспресията на PrP (C) по генна ориентация е установено, че отсъствието на тези приони причинява проблеми с кръвоснабдяването на някои места в мозъка (остра церебрална исхемия).

Това означава, че прионните протеини функционират като невропротектори. Освен това е доказано, че PrP (C) свръхекспресията може да намали или подобри нараняванията, причинени от исхемия.

Периферна нервна система

Наскоро беше открита физиологичната роля на Prp (C) в поддържането на периферния миелин.

По време на лабораторно изследване беше установено, че при липса на прионния протеин, лабораторните мишки развиват дефицит в нервите, които носят информация от мозъка и гръбначния мозък, в това, което се нарича периферна невропатия.

Клетъчна смърт

Има някои протеини, които са подобни на прионите и те са разположени в други части на тялото, освен в мозъка.

Функциите на такива протеини са да инициират, регулират и / или контролират клетъчната смърт, когато организмът е атакуван (например от вируси), като по този начин предотвратява разпространението на патогена.

Тази особена функция на тези протеини кара изследователите да се замислят за възможното значение на неинфекциозните приони в борбата с патогените.

Дългосрочна памет

Проучване, проведено в Института Stowers в Мисури, САЩ, показа, че PrP prions може да играе роля за поддържане на дългосрочна памет.

Проучването разкри, че определени прионни протеини могат да бъдат контролирани, за да работят в поддържането на физиологичните функции на дългосрочната памет.

Обновяване на стволови клетки

Изследване на прионни протеини, които се експресират в стволови клетки на кръвната тъкан, разкри, че всички тези стволови клетки (хематопоетични) експресират прионни протеини в тяхната клетъчна мембрана. Затова се смята, че те участват в сложния и много важен процес на обновяване на клетките.

Болести, причинени от приони

Патологиите с прионов произход се разпознават като прогресиращи дегенеративни мозъчни нарушения. Те могат да нападат говеда, елени, карибу, овце и дори хора.

Тези заболявания са причинени от промяна в структурата на PrP (C) протеините и чиито специфични функции и до днес са несигурни. Прионните патологии могат да възникнат без известна причина. Те могат да имат наследствен генетичен произход и също могат да се предават по инфекциозно-заразен начин.

Прионите причиняват семейни, спорадични и заразни заболявания. Фамилните прионни заболявания са тези, които са наследствени. Спорадичните патологии са най-честите и протичат без известни причини.

Заразната болест се счита за рядка, те се предават от човек на човек, животно на животно, човек на животно и обратно. Причините са многобройни и варират от консумация на замърсено месо, канибализъм, преливане, до боравене със замърсено хирургично оборудване.

Най-често срещаните прионни заболявания са:

Болест на Кройцфелт-Якоб (CJD)

Смятан за най-често срещаната прионна болест сред хората, тя е космополитна болест, тоест има световно разпространение. Тя може да бъде наследствена (фамилна), спорадична или инфекциозна.

Пациентите присъстват със симптоми като деменция, ритници или внезапни неволни движения и дефицит в централната нервна система.

В зависимост от лечението и формата на заболяването смъртта може да настъпи между 4 месеца до 2 години след придобиването на болестта. Диагнозата е трудна за поставяне, обикновено се поставя след смъртта, по време на аутопсията.

Лек фотомикрограф на мозъчната тъкан, разкриващ наличието на типични амилоидни плаки, открити във вариант на случай на болест на Кройцфелт-Якоб. Взето и редактирано от: Доставчици на съдържание: CDC / Тереза ​​Хамет Кредит за снимка: Шериф Заки; MD; Доцент доктор; Вун-Джу Шие; MD; Доцент доктор; MPH, чрез Wikimedia Commons

Болест на Gerstmann-Sträussler-Scheinker

Това е заболяване, причинено от приони при наследствен или автозомно доминиращ инфекциозен мозъчен процес. Заболяването се проявява при хора на възраст от 40 до 60 години.

Тези хора проявяват проблеми с артикулацията на думите (дизартрия), ритници или резки неволни движения, като агресивността е честа.

Те представят мозъчна дегенерация, придружена от нестабилна походка. Възможно е също да се наблюдават хипорефлексия, глухота, парализа на погледите, деменция, наред с други симптоми. Продължителността на живота е около 5 години или малко повече.

Прионопатия с променлива чувствителност към протеаза

Това е много рядко заболяване до степен, че обхватът му на поява е 2 до 3 случая на 100 милиона жители. Патологията е подобна на болестта на Gerstmann-Sträussler-Scheinker.

Клиничните прояви на протеина показват ниска устойчивост към протеази, някои са повече, а други по-малко чувствителни към тези ензими.

Симптомите, които пациентите присъстват, са: проблеми с речта и когнитивните увреждания, загуба на неврони в областта, където мозъкът контролира движенията и осъществява мускулна координация.

Заболяването е често при пациенти в напреднала възраст (70 години) и приблизителната продължителност на живота веднъж заразена е приблизително 20 месеца.

Смъртоносно безсъние

Това е наследствено или фамилно заболяване, може да се проявява и спорадично. Известно е, че заболяването се дължи на наследствена или автозомно доминантна мутация.

Пациентите представят симптоми като кумулативни проблеми със съня и поддържане на съня, деменция, когнитивно увреждане, дори проблеми с хипертония, тахикардия, хиперхидроза и други.

Възрастта, която засяга е доста широка, варира между 23 и 73 години, но средната възраст е 40 години. Продължителността на живота веднъж заразена е малко над 6 години.

Куру

Това прионно заболяване е открито само при жителите на Папуа Нова Гвинея. Това е заболяване, свързано с канибализъм и културната традиция на обредът на траур на мъртвите, при който тези хора ядат мозък или човешка плът.

Хората, които пренасят болестта, обикновено имат неконтролируеми и неволни движения в различни части на тялото.

Те представят тремор, загуба на контрол върху движенията и загуба на мускулна координация. Продължителността на живота при заразените хора е две години.

Болести при животни

Сред патологиите, произвеждани от приони при животни, е спонгиформна енцефалопатия по говедата. Тази болест предизвика хаос в Европа, в общественото здравеопазване, на животните и в икономиката на засегнатите страни.

Други заболявания при животни включват скрейпи, трансмисивна енцефалопатия на норката, хронична загуба на болестта (при елените) и котешка спонгиформна енцефалопатия.

Тези заболявания, като тези, представени при хора, нямат ефективно лечение, така че профилактиката е от съществено значение след инфекции при хора, възникнали в резултат на консумацията на месо от заразени крави.

лечение

Към днешна дата няма известен лек за прионови заболявания. Лечението е симптоматично. На пациентите се препоръчва да планират палиативни грижи и се препоръчва генетично изследване и консултиране за членовете на семейството.

Голямо разнообразие от лекарства е тествано при пациенти с прионови заболявания, като антивирусни, противотуморни, лекарства за заболявания като Паркинсон, лечения за имуносупресия, антибиотици, противогъбични средства, дори антидепресанти.

Понастоящем обаче няма доказателства, които да сочат, че някои от тях намаляват симптомите или подобряват преживяемостта на пациентите.

Предотвратяване

Прионите са устойчиви на различни физически и химични промени. Използват се обаче различни техники, за да се избегне заразяване на пациенти със замърсени хирургически инструменти.

Сред най-използваните техники е да се стерилизира оборудването в автоклав при 132 ° С в продължение на един час и след това да се потопят инструментите в натриев хидроксид поне още един час.

От друга страна, световната здравна организация (СЗО) разработи мерки за предотвратяване на разпространението на прионни заболявания. Тази организация установява норми за работа с забранени или потенциално рискови тъкани като: очи, мозък, черва, сливици и гръбначен мозък.

Препратки

1. Прион, инфекциозен агент. Възстановени от britannica.com.
2. Какво е Прион? Възстановено от scienceamerican.com.
3. PC Kalikiri, RG Sachan. 2003. Приони - протеинови инфекциозни частици. Journal, Индийска академия по клинична медицина.
4. Prion. Възстановено от 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). Превръщането на алфа-спирали в бета-листове се отличава с образуването на прионите протеини на скрайпи. Сборник на Националната академия на науките на Съединените американски щати.
6. M.-A. Wulf, A. Senatore & A. Aguzzic (2017). Биологичната функция на клетъчния прионов протеин: актуализация. BCM Биология.
7. CC Zhang, AD Steele, S. Lindquist, HF Lodish (2006). Прионният протеин се експресира върху дългосрочно репопулиране на хемопоетични стволови клетки и е важен за самовъзстановяването им. Сборник на Националната академия на науките на Съединените американски щати.
8. Преглед на прионовите заболявания (трансмисивни спонгиформни енцефалопатии), извлечено от msdmanuals.com.
9. Е. Аранц-Мартинес, Г. Трило-Санчес-Редондо, А. Руиз-Гарсия, С. Арес-Бланко (2010). Прионпатии: прионни енцефалопатии. Семейна медицина. SEMERGEN.