АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

К акариотам относятся прионы и вирусы.

АКАРИОТЫ

Прионы

К акариотам относятся прионы и вирусы.

Общая характеристка прионов. Прионы (proteinaceous infections particle) — белковые инфекционные частицы.

Теорию прионных инфекций и термин «прион» (prion — proteinacious infectious particle — белковая инфекционная частица) предложил американский вирусолог Стенли Прузинер в 1982 г. С. Прузинер с соавторами выделили и очистили агент, вызывающий скрэйпи овец, из мозга больных животных и описали его свойства. В 1997 г. С. Прузинер был награжден Нобелевской премией за открытие прионов.

Прионные болезни, например скрэйпи овец, были известны уже в середине XVIII века. Прионные болезни – это губчатые энцефалопатии млекопитающих, такие как бычья губчатая энцефалопатия или коровье бешенство, скрэйпи овец и некоторые нейродегенеративные заболевания человека – болезни Крейцфельда-Якоба и Герстмана-Штраусслера-Шейнкера, семейная фатальная бессонница и куру. Но природа этих заболеваний была не ясна. Предполагали, что их причиной могут быть вирусы.

Все прионные заболевания на сегодняшний день являются смертельными. Они могут быть наследственными (примерно 15 % случаев), приобретенными (< 1 % случаев) и спорадическими (85 % случаев), но независимо от этиологии заболевания оно может быть передано инфекционным путем. Заражение прионами человека и животных обычно происходит при употреблении в пищу мяса и особенно мозга больного или ятрогенным путем, то есть через недостаточно стерилизованные нейрохирургические инструменты. Экспериментально заражение производится путем введения гомогената мозга больного животного здоровому – интраперитонеально или интрацеребрально.

Прионы классифицированы в пределах царства Vira в виде неопределенного таксона Prione.

Прионы представлены белковыми структурами, лишенными нуклеиновых кислот (ДНК, РНК). Прионы устойчивы к кипячению, к действию паров этанола, формальдегида. Сохраняют активность после обработки агентами, повреждающими ДНК – нуклеазами. Прионы чувствительны к ионизирующей радиации в присутствии кислорода, то есть проявляет свойства, характерные для гидрофобных белков, связанных с липидами.

Прионный белок был назван PrP (Prion Protein). На основании определения первичной структуры белка PrP был идентифицирован кодирующий его ген, названный Prnp. Ген Prnp присутствует в геноме всех млекопитающих, а также у птиц и рыб. PrP является мембранным белком, который в основном экспрессируется в клетках центральной нервной системы и лимфоретикулярной ткани. Нормальная форма белка PrP обозначается PrP^C. Патологическая форма этого белка, обуславливающая инфекционность, была названа PrP^Sc (форма PrP, связанная со scrapie - скрэйпи овец ). PrP^Sc неотличим от PrP^C по аминокислотной последовательности, но имеет другую конформацию. PrP^C содержит 42 % α-спиралей и 3 % β-структур, тогда как PrP^Sc содержит 30 % α-спиралей и 43 % β-структур. Вследствие этого предположили, что приобретение инфекционных свойств белком PrP связано с конформационным переходом, при котором происходит образование β−складчатого слоя. В отличие от нормальной формы PrP, его патологическая форма устойчива к протеиназе К.

Нормальный прионный белок PrP^C обнаружен у многих видов позвоночных, беспозвоночных животных и даже микроорганизмов, не накапливается в клетках и не образует каких-либо структур. Предполагается, что он участвует в процессе клеточного распознавания или передачи нервного импульса через рецепторы, в поддержании суточных ритмов, регулируя циклы активности и покоя в клетках, органах и в организме в целом. PrP синтезируется в шероховатом эндоплазмэтическом ретикулюме, а затем транспортируется на поверхность клетки. Его концентрация в норме достигает 1 мкг/г ткани мозга.

Аномальная изоформа прионного белка PrP^Sc — принципиально измененная форма хозяин-кодированных амилогенных белков — накапливается в клетках и образует амилоидные бляшки - белковые агрегаты фибриллярной структуры. Этот белок имеет молекулярную массу 30 – 35 кД и содержит 253 - 264 аминокислоты. В очищенных препаратах он представляет собой палочковидные частицы (миофибриллы), состоящие примерно из 1000 молекул прионного белка, диаметром 10 - 20 нм и длиной 100 - 200 нм. Инфекционная форма приона также, как и нормальный прионный белок, обнаруживается на поверхности нервных клеток, но в гораздо больших концентрациях — более 10 мкг/г ткани мозга. [При обработке PrP^Sc протеиназой К образуется протеазоустойчивый фрагмент с молекулярной массой 27–30 кД. Выявление протеазоустойчивого фрагмента PrP^Sc с молекулярной массой 27–30 кДа после обработки протеиназой К соскоба ткани миндалевидных желез до сих пор используется при диагностике прионных заболеваний]. Этот белок гидрофобен и склонен к образованию как in vitro, так и в мозговой ткани агрегатов в виде нерегулярных стержнеподобных фибрилл неправильной формы, сходных с фибриллами амилоида. Процесс агрегации происходит спонтанно и может приобретать характер цепной реакции. Образование на поверхности нейрона агрегатов миелоидоподобных фибрилл и бляшек приводит на ранних стадиях инфекции к слиянию и гибели отдельных клеток, а позже — к очаговому дегенеративному перерождению серого вещества мозга. У больных губчатообразной энцефалопатией в головном мозге образуются полости. Мозг становится похожим на губку. Предполагается, что накопление в нервной ткани прионовых белков может привести к нарушению метаболизма меди вследствие его повышенного связывания. Снижение уровня меди может приводить к дисфункции ЦНС.

Репликация прионов. Инфекционный агент PrP^Sc может реплицировать себя в отсутствие нуклеиновой кислоты. Превращение белка из нормальной формы (PrP^C) в инфекционную (PrP^Sc) происходит путем конформационного перехода. Белок PrP^Sc является конформационным изомером нормального прионового белка PrP^C. Конформационный переход PrP^C в PrP^Sc может происходить спонтанно, приводя к спорадическим формам прионных болезней. Он может быть вызван поступлением в организм патологической формы PrP^Sc извне (приобретенные формы прионных заболеваний). Кроме того, переход может произойти из-за мутаций в гене Prnp, способствующих образованию PrP^Sc из PrP^C (наследственные формы прионных заболеваний). Изменение конформации происходит при непосредственном взаимодействии нормального и прионового белка. Идентифицировано два участка белковой молекулы, с помощью которых происходит взаимодействие. Эти участки соответствуют аминокислотам в положении 95-170 и 180-205. Молекулярно-генетические исследования с использованием трансгенов показали, что PrP^C действует в качестве матрицы для рефолдинга (изменения конформационной структуры) PrP^C в PrP^Sc. В этом процессе принимает участие дополнительный белок (X-фактор), который, по всей вероятности, является шапероном (вспомогательным белком, поддерживающим конформационное состояние белка). В ходе превращения нормального клеточного прионового белка в PrP^Sc, часть его α-спиральных и неупорядоченных участков переходит в форму β-структуры. При этом аминокислотная последовательность остается соответствующей нормальному белку.

Уникальной особенностью прионовых заболеваний является то, что они могут возникать двумя путями. Известны две формы прионовых болезней — наследственная и инфекционная. Вне зависимости от возникновения заболевания, оно может быть передано далее инфекционным путем.

Наследственная форма прионовых заболеваний проявляется редко, предполагается, что у людей наследственная форма прионового заболевания возникает с частотой 1 случай в год на 1 млн. человек. Эта форма заболевания является результатом точковых мутаций в гене PrP, определяющих изменение первичной структуры белка и обеспечивающих его превращение в инфекционный прион, который индуцирует превращение всех вновь синтезированных молекул в конформационно измененную форму.

Инфекционная форма заболевания распространена гораздо шире. Примером могут служить болезни куру, скрепи, губчатый энцефалит крупного рогатого скота, болезнь Крейцфельдта-Якоба. Однако до 15 % случаев заболевания имеют наследственную природу. Инфекционная форма заболевания возникает вследствие попадания в организм измененной формы прионового белка с последующим превращением нормальных белковых молекул в патогенную форму приона.

Пути заражения прионами. Основной путь передачи инфекционных прионов - алиментарный, осуществляемый в процессе питания. Инфицирование патогенными прионами здоровых лиц может происходить при попадании в организм ксеногенных образцов тканей, и в первую очередь — мозговых тканей, а также в результате использования недостаточно стерилизованного инструментария (парентерально). Так, распространение первого из описанных хронических нейродегенеративных заболеваний человека — куру (дрожание, тряска), поражавших аборигенов Новой Гвинеи, было связано с ритуальным каннибализмом. Источником заболеваний крупного рогатого скота губчатообразной энцефалопатией, приобретавших характер эпизоотии, явилось добавление в рацион их питания мясокостной муки, получаемой из туш овец, среди которых были животные, больные скрепи. Возможность осуществления пищевого пути передачи прионных инфекций связана с особенностями свойств прионного белка, его уникальной устойчивостью к воздействию физико-химических факторов, в частности к высокой температуре.

Развитие прионной инфекции. Инфекционные прионы, попав в организм тем или иным путем, аккумулируются в клетках органов иммунной системы (миндалинах, тимусе, лимфатических узлах, особенно в селезенке). Прионы обнаруживаются в В-лимфоцитах, разносятся током крови по организму. Предполагается, что из клеток иммунной системы инфекционные прионы или их производные могут каким-то образом передаваться на мембрану нервных клеток и транспортироваться вдоль аксонов в разные участки головного мозга. Здесь они служат причиной конформационных перестроек нормального клеточного белка и образования агрегатов кристаллической формы, состоящих из конформационно модифицированного приона.

Распространенность прионов в природе. Феномен прионов распространен в природе более широко, чем представлялось ранее. Нормальный прионный белок обнаружен у многих видов позвоночных и беспозвоночных животных, не накапливается в клетках и не образует каких-либо структур. Белки с прионоподобными свойствами обнаружены у низших эукариот — у дрожжей Saccharomyces и гриба Podospora. Аномальная изоформа прионного белка накапливается в клетках и образует амилоидные бляшки. Считается, что чем ближе гомология прионного белка к белкам хозяина, тем скорее развивается прионная инфекция. Круг хозяев прионных инфекций постоянно растет - в настоящее время это крупный и мелкий рогатый скот, бизоны, олени, представители семейства кошачьих, пушные звери, грызуны, обезьяны, зоопарковые животные и человек. Прионные инфекции следует рассматривать как зоонозы и зооантропонозы.

Совсем недавно было обнаружено, что PrP, по всей видимости, не единственный белок высших эукариот, обладающий прионными свойствами. Так, были продемонстрированы прионоподобные свойства нейрональной изоформы белка CPEB (cytoplasmic polyadenilation element binding protein) улитки Aplysia californica. CPEB – это трансляционный регулятор, стимулирующий полиаденилирование цитоплазматических м-РНК и, таким образом, активирующий их трансляцию. Первоначально прионы были открыты как инфекционные агенты нового типа. Сейчас уже нет сомнений в том, что прионы представляют собой феномен общебиологического значения и, скорее всего, являются носителями биологической информации нового типа, информации, хранимой в конформации белка.

Перспективы лечения прионных заболеваний. В настоящее время прионные болезни считаются неизлечимыми, однако подходы к их лечению активно разрабатываются. Губчатые энцефалопатии характеризуются отсутствием иммунного ответа на прионную инфекцию. Это связано с тем, что нормальная форма PrP всегда присутствует в организме, и в том числе в T и B лимфоцитах. Однако in vitro было показано, что антитела против нескольких эпитопов PrP ингибируют размножение PrP^Sc. Вакцинация рекомбинантным PrP перед или сразу после инфекции и пассивная иммунизация антителами против некоторых эпитопов PrP приводили к ингибированию репликации приона и отсрочке заболевания. Эти эксперименты подтвердили эффективность вмешательства в иммунную систему при лечении прионных заболеваний. Размножение PrPSc может быть остановлено с помощью «блокаторов β-структур» – пептидов, обогащенных пролином и имеющих гомологию с PrP^C.

Дата добавления: 2015-11-28 | Просмотры: 1944 | Нарушение авторских прав