Prion. Definisjon: Proteinrelatert infeksiøs partikkel som mangler nukleinsyre

Størrelse: px

Begynne med side:

Download "Prion. Definisjon: Proteinrelatert infeksiøs partikkel som mangler nukleinsyre"

Per Martinsen
7 år siden
Visninger:

1 Prion Definisjon: Proteinrelatert infeksiøs partikkel som mangler nukleinsyre

2 Prionsykdommer Omfatter flere overførbare, fatale, nevrogenerative lidelser hos mennesker og dyr Forårsakes av en type agens som representerer nye mikrobiologiske prinsipper Hvordan cellen mister kontroll med et av sine egne proteiner prionproteinet (PrP)? Forandring av PrP-proteinet fra funksjonelt, vannsløselig protein til en aggregerende patologisk form = kjernen i den molekylære patologi ved alle prionsykdommene

3 Prionsykdommer Hva skjer? i stor grad ukjent men: A) Patologisk variant av proteinet produserer kopier av seg selv via interaksjon med normale PrP B) Cellene klarer ikke å bryte ned denne farlige varianten av proteinet C) Dette hoper seg derfor opp dreper tilslutt nervecellene

4 Proteinfeil - sykdommer Flere sykdommer knyttes direkte til manglende eller feilaktig proteinfunksjon: Skjørbuk mangel på vitamin C: ufullstendig modning og alvorlig svekkelse av bindevevsproteinet kollagen Føllings sykdom - arvelige stoffskiftelidelser enzymdefekt resulterer i akkumulering av hjernetoksisk fenylpyruvat

5 Proteinfeil - sykdommer Sykdommer assosiert med utfelling av proteiner eller proteinfragmenter i ikkefunksjonelle, fibrillære strukturer

6 Protein kvalitetskontroll 3) 1) 2) 1) Ufullstendig foldete proteiner refoldes via chaperoner (hsp70, hsp60)- gjenkjennes ved usedvanlig eksponert hydrofobe områder på overflaten 2) Konkurrerer med et annet system gjenkjenner også unormalt eksponerte overflater fører slike proteiner til proteasomer for fullstendig degradering 3) Begge disse er nødvendig for å unngå massiv protein aggregering kan skje når mange hydrofobe proteinregioner klumper seg sammen hele massen felles ut av løsningen

7 Feil proteinfolding Protein-kvalitetskontroll mislykkes: store proteinaggregater kan akkumulerer i cellen Disse kan ved å absorbere andre makromolekyler forårsake store skader Proteinaggregater frigjort fra døde celler akkumulert i ekstracellulær matrix kan ødelegge vev Nervevev særlig utsatt pga høyst spesialiserte nerveceller: proteinaggregater forårsaker først og fremst nevrodegenerative sykdommer Parkinson Alzheimer (aldersrelatert demens in mer enn 20 mill mennesker)

8 Feil proteinfolding Skal et proteinaggregat overleve, vokse og ødelegge en organisme må det være høyst resistent mot proteolyse både inni og utenfor cellen Mange proteinaggregater som forårsaker problemer danner fibriller en serie polypeptidkjeder utenpå hverandre, som en kontinuerlig stabel av β-plater = kryss-beta filament

9 Proteiner - feilfolding Feilfoldete proteiner kan havne på feil plass i cellen kan være toksiske Vanligvis brytes de ned (kvalitetskontroll) Kontinuerlig omsetning av normale proteiner som har gjort sin jobb

10 Kryss-beta filament vanlig type protease-resistent proteinaggregat funnet i en rekke humane nevrologiske sykdommer pga H-bindingsinteraksjonene en β- plate danner mellom polypeptid-bakbein, kan en rekke unormalt foldete proteiner produsere denne strukturen

11 Fra α til β PrP c PrP sc

12 Proteinaggregater som forårsaker sykdom Proteinaggregatene produserer unormale farge-avleiringer: amyloider Proteaseresistens forklarer hvorfor denne struktur observeres i så mange nevrologiske sykdommer forårsaket av proteinaggregater

13 Cerebrale amyloidoser Parkinson Altzheimer Downs syndrom Cerebral amyloid angiopati Overførbare spongioforme encefalopatier (TSE) CJD Kuru Scrapie BSE Disse kan opptre sporadisk (spontant), som arvelige lidelser, og i enkelte tilfeller som smittsomme

14 Prionsykdommer UNIKT: SMITTSOMT!! Prionsykdommer kan spres fra organisme til organisme dersom mottakerorganismen spiser vev som inneholder protein-aggregatet Selv-infeksiøs protein-aggregering ved prionsykdommer

15 Prion protein - PrP PrP c PrP sc PrP c PrP sc Normalt lokalisert på ytre overflate av plasmamembranen særlig på nevroner Ukjent normalfunksjon Har evnen til å omdannes til en meget spesiell unormal konformasjon

16 Prion protein proteaseresistente kryss-β filamenter infeksiøs omdanner normalt foldete PrP molekyler til abnorm form av proteinet (PrP*) Danner en positiv feed-back loop som formerer PrP* - og tillater at denne spres fra celle til celle i hjernen forårsaker død Kan være farlig å spise vev fra dyr som inneholder PrP* (BSE) I fravær av PrP* er PrP ekstremt vanskelig å omdanne til unormal form Liknende transformasjon er oppdaget i gjærceller ( protein-only inheritance )

17 signalsekvens Varierende glykosylering både i PrP og PrPsc: utgjør viktig del av fysiokjemisk karakterisering av scrapie PrPc og PrPsc er identiske proteiner som er foldet forskjellig!!

18 Prionprotein normal og sykdomsform Viktigste forskjell er folding: 3D struktur. Feil-foldet protein aggregerer, og forårsaker at normale proteiner adapterer dens feilfoldete konformasjon og blir dermed infeksiøs Dette er ekvivalent med at prionet har replikert seg selv i verten Dersom spist av en annen mottakelig vert kan disse nylig feil-foldete prioner overføre infeksjonen

19 Prionsykommer Ervervede Scapie BSE nvcjd Kuru Sporadiske Sporadisk CJD Arvelige Arvelig CJD

20 Prionsykdommer Dødbringende forandringer i hjernen Kroppen for øvrig uaffisert? Kan disse sykdommene etablere seg uten at kroppen utøver noen form for motstand? Er akkumulering av feilfoldete proteiner i stabile fibrillære strukturer i seg selv en forsvarsmekanisme?

21 Prionsykdommer Mottakelighet vs resistens Scrapie, CJD: Variasjon (polymorfi) i bestemte kodon i PrP-genet Genetisk disposisjon for mottakelighet/resistens av Scrapie Artsbarriere Overførbarhet er i stor grad styrt av likhet i aa-sekvens mellom tilført PrPc og PrPsc Grunn til at det tross stor eksponering via fôr ikke er registrert TSE hos gris, hund og fjørfe i løpet av epidemien av BSE i Storbritannia

22 Karakterisering av prionprotein Bruk av transgene mus: Inkubasjonstid er proporsjonal med ekspresjonsnivå av PrP Overførbarhet er i stor grad styrt av likhet i aa-sekvens mellom tilført PrPsc og vertens PrPc (viktig del av artsbarrieren) Vertsdyret må produsere PrP for å utvikle sykdom PrP: normalt med GPI PrP-variant med TM finnes ved GSS: PrP s cellulære plassering er viktig i sykdomssammenheng!

23 3D-modell av PrP Karbohydratgrupper (diglykosylert) Glykolipid (GPI)-anker

24 Scrapie Prototypen på prionsykdommene Sau (geit) - i over 250 år! Smittestoff England: tilfeller årlig Australia / New Zealand scrapie frie? Lymfoid vev hjernen Smitteoverføring Peroralt Perkutant via kontaminerte gjenstander

25 Scrapie Scrapie-agens taes trolig opp over det lymfatiske vevet i fordøyelsestraktus herfra spres det videre til CNS, der det forårsaker sykdom som uten unntak er fatal hos mottakelige individer Mottakelighet: Variasjon (polymorfi) i bestemte kodon i PrP-genet Genetisk disposisjon for mottakelighet/resistens av Scrapie

26 Begynnende plakkutvikling - Scrapie Bunter av amyloid (pil) Amyloidet gir tydelig positivt signal for PrP med immungull (pilhode)

27 Amaloid-plakk - Scrapie Hjernevev fra mus injisert med PrPsc PrP (mørke prikker) påvist ved immun-em med PrP-spesifikke gullmerkede mab

28 Bovin spongiform encefalopati (BSE) Registrert første gang i 1988 i Storbritannia Scrapie-liknende histopatologiske forandringer Epidemiologiske undersøkelser satte sjukdommen i sammenheng med endring av produksjonsmåten for kjøtt- og beinmel tilsatt kraftfôret. Innebar redusert varmebehandling og endret fettekstraksjon Forholdene lå dermed til rette for smitte og resirkulering av scarpie- eller storfe- TSEagens Storbritannia: tilfeller i 1992 (max) 1800 tilfeller i 1999 Totalt: (2000) Også registrert i andre land: import av dyr eller kraftfôr fra Storbritannia

29 Humane TSE-sykdommer Sporadisk CJD Vanligste kliniske form (85 % av tilfellene) årlig insidens på tilfeller pr. mill innbyggere Rammer eldre mennesker Gerstmann-Sträussler-Scheinkers syndrom (GSS), Fatal Familiær Insomnia (FFI) og arvelig CJD Andre kliniske varianter Familiær opptreden Skyldes mutasjoner i PrP-genet Autosomal dominant arvegang Iatrogen CJD Smittet som følge av medisinsk behandling Kuru Praktiserer kannibalisme av avdøde slektninger Begynte trolig med sporadisk CJD langt tilbake i tid Variant CJD (vcjd) Oppdaget i 1995 Rammer yngre mennesker Annerledes klinisk presentasjon og nevropatologiske forandringer

30 vcjd Sykdom skyldtes BSE-smitte gjennom kjøtt og kjøttprodukter fra storfe Januar 2000: 52 døde av vcjd i UK

31 Neural degenerasjon ved prioninfeksjon Væskefylte hull i hjernevev = områder med døde nevroner = spongioform encefalitt Snitt fra hjerne fra person som døde av kuru Kuru: human prionsykdom likner veldig på BSE Spredt fra person til person via kanibalisme

33 Templat-assistert dannelse av PrP sc PrP c = normalt forekommende vertsprotein PrP sc = Patogent infeksiøst prionprotein En post-translasjonell prosess (udefinert!), danner PrP sc fra den normale cellulære isoform av proteinet PrP c Prioninfeksjon resulterer i produksjon av flere kopier av prionproteinet dette proteinet må kodes fra nukleinsyrer! Både PrPsc og PrPc kodes av et enkeltkopi kromosomalt gen. Prioner ser ut til å forårsake at et normalt forekommende vertsgen (PrP c ) produserer flere kopier av det patogene proteinet.

Like dokumenter

Reproduksjon av dyrevirus. Adsorpsjon Penetrasjon og avkledning Replikasjon og transkripsjon Syntese og samling (assembly) av viruskapsid Frigjøring

Reproduksjon av dyrevirus. Adsorpsjon Penetrasjon og avkledning Replikasjon og transkripsjon Syntese og samling (assembly) av viruskapsid Frigjøring Reproduksjon av dyrevirus Adsorpsjon Penetrasjon og avkledning Replikasjon og transkripsjon Syntese og samling (assembly) av viruskapsid Frigjøring ATTACHMENT Click after each step to view process PENETRATION