Прионные белки: общие сведения
Прионы - это инфекционные агенты белковой природы, которые вызывают Трансмиссивные губкообразные энцефалопатии (ТГЭ) человека и животных [ Prusiner, ea 1991 ]. Уникальная особенность этих заболеваний заключается в том, что они могут возникать не только в результате инфекции, но и спорадически. Далее независимо от происхождения болезни, она передается инфекционным путем. Эти факты, а также чрезвычайная устойчивость прионов к ультрафиолетовому свету впервые позволили предположить, что инфекционной частицей может быть белок. Самой удивительной особенностью прионов является их способность "наследоваться". Прион, попадая в клетку, вызывает изменение конформации своего клеточного аналога, который сам становится прионом. Таким образом, происходит распространение ("наследование") приона при делении клеток. Прионы фактически являются генетическим детерминантом белковой природы.
Основной компонент прионов - аномальная изоформа прионного белка - одного из белков ЦНС. Проникновение прионов в клетку приводит к нарушению конформации синтезируемого клеткой прионного белка , нарушению функции клетки и дальнейшему накоплению прионов. Прионы вызывают такие дегенеративные заболевания ЦНС, как болезнь Крейтцфельдта-Якоба , куру и болезнь Герстмана-Штросслера . Предполагают также участие прионов в передаче человеку губчатой энцефалопатии крупного рогатого скота .
Данные о прионных белках разных организмов представлены в таблице 1 pr .
У млекопитающих прионный белок получил название PrPSc (от болезни scrapie). Он представляет собой особую изоформу нормального клеточного белка PrPC (от cellular), которая отличается плохой растворимостью в детергентах, устойчивостью к действию протеаз, а также склонностью к агрегации [ Тер-Аванесян ea 1999 ]. Из-за сложности работы с прионами млекопитающих строгое доказательство того, что белок PrP является прионом, затруднено, но все имеющиеся факты говорят в пользу этой гипотезы.
В 90-х гг были обнаружены белковые нехромосомно-наследуемые детерминанты у дрожжей, [ Psi+ ] и [ URE3 ] (см. табл. 1 ), для которых практически доказано, что, действительно, носителем наследуемой информации является белок, а вернее его необычное состояние, обладающее свойствами приона. В отличие от других автономных детерминантов дрожжей (плазмид или вирусов), где носителем генетической информации является РНК или ДНК, [Psi+] и [URE3] не удалось связать с какой-либо нуклеиновой кислотой. Они оказлись сходны по ряду принципиальных свйств с прионом млекопитающих.
Эти детерминанты обладают белковой природой, способностью передавать свои свойства нормальной клеточной форме белка, возникать самопроизвольно из клеточной формы, а также обладают устойчивостью к различным агентам, как-то к протеазам, УФ и ионизирующему излучению. Все это не характерно для нормальной конформации этих белков. Надо отметить, что существуют различные штаммы прионов, которые различаются своей конформацией и свойствами. Такие различающиеся штаммы могут находиться одновременно в одной клетке. Существуют "слабые" и "сильные" штаммы. Они отличаются устойчивостью к излечивающим агентам и, вероятно, скоростью распространения прионной конформации [ Тер-Аванесян ea 1999 , Kushnirov ea 2000 ].
Что же происходит, когда такой аномальный, прионный белок попадает в клетку или в систему, где есть нормальный клеточный белок - аналог приона? Структурно прионный белок отличается от клеточного только тем, что он обладает другой конформацией, т.е. измененной вторичной и третичной структурой. Для полной конверсии клеточного белка достаточно следового количества прионного белка (далее такое малое количество материала прионного белка будет называться "семенами"). На сегодняшний день практически установлено, что белок в прионной конформации представляет собой агрегат в виде высокоупорядоченных фибрилл, к концам которых может присоединяться нормальный клеточный растворимый белок, и само это связывание, по-видимому, и является тем фактором, который вызывает изменение конформации. При этом белок, находящийся в агрегированном состоянии, не способен далее осуществлять свою нормальную клеточную функцию, в результате чего и возникает [Psi+] или [URE3] фенотип. На дрожжах in vitro было показано, что при добавлении к лизату клеток семян происходит быстрая конверсия - образование агрегатов из всей клеточной формы этого белка. Если же затем взять семена этого агрегата и поместить их в следующую порцию нормального лизата, то опять произойдет конверсия и образование агрегатов. Эту процедуру можно осуществить неограниченное число раз [ Paushkin ea 1997 ].
Однако, на сегодняшний день ясно, что прионные белки являются необходимым, но недостаточным элементом в феномене прионообразования, также важную роль играют и другие белки. Также, по-видимому, необходим целый комплекс факторов, регулирующих образование прионных агрегатов. Существование прионного феномена можно считать практически доказанным, хотя периодически появляются работы, связывающие прионы с вирусами [ Тер-Аванесян ea 1998 ].
Смотрите также:
