Τι είναι τα Prions;

Το πριόν είναι μια πρωτεΐνη που αλλάζει το τρισδιάστατο σχήμα της, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει ασθένεια. Τα πριόν βρίσκονται στον εγκέφαλο και είναι ανθεκτικά στις πρωτεάσες. Η λειτουργία των πριόν δεν είναι πλήρως κατανοητή, αλλά πιστεύεται ότι παίζουν ρόλο στην ενδοκυτταρική σηματοδότηση και την κυτταρική προσκόλληση. Τα πριόν προσλαμβάνονται από τα κύτταρα μέσω υποδοχέων και η διαδικασία σχηματισμού δεν είναι πλήρως κατανοητή.

Κάθε φορά που σκεφτόμαστε ασθένειες ή τις αιτίες τους, το μυαλό μας συχνά βρίσκει απαντήσεις όπως βακτήρια και ιούς. Ωστόσο, τι θα γινόταν αν σας έλεγα ότι υπάρχει ένα συγκεκριμένο κακόβουλο που δεν έχει νουκλεϊκά οξέα ή κυτταρικά οργανίδια! Στην πραγματικότητα δεν είναι καν οργανισμός. Είναι ένα μόνο βιομόριο - Πρωτεΐνη! Φανταστείτε ότι, τίποτα άλλο από ένα μόνο μόριο πρωτεΐνης που αυξάνεται σε αριθμό και μπορεί να προκαλέσει ασθένεια! Πώς όμως μπορεί να αναπαραχθεί μια πρωτεΐνη; Ιδιαίτερα χωρίς ένζυμα ή κυτταρικά μηχανήματα! Λοιπόν, δεν επαναλαμβάνεται πραγματικά, αλλά αυξάνεται σε αριθμό! Ακούγεται τρελό, σωστά;

Αυτές οι τρελές πρωτεΐνες ονομάζονται Prions, ένας όρος που επινοήθηκε από τον Δρ. Στάνλεϊ Προύσινερ. Αυτός και η ομάδα του απομόνωσαν την ίδια την πρωτεΐνη. Ο Δρ Prusiner κέρδισε το βραβείο Νόμπελ Ιατρικής το 1997 για την έρευνά του στα πριόν. Για αρκετά χρόνια, τα πριόν δεν ήταν τίποτα λιγότερο από ένα μυστήριο για τους ερευνητές, καθώς ήταν πολύ δύσκολο να απομονωθούν. Οι λειτουργίες τους δεν είναι ακόμα πλήρως κατανοητές μέχρι σήμερα!

Τα πριόν υπάρχουν σε όλο το σώμα σας, ειδικά στον εγκέφαλο! Γιατί λοιπόν αυτές οι ίδιες πρωτεΐνες προκαλούν προβλήματα; Και αν υπάρχουν σε όλους, γιατί δεν επηρεαζόμαστε όλοι από τις αρνητικές τους επιπτώσεις; Σύντομη απάντηση? Η διαφορά είναι στη δομή τους! Η πρωτεΐνη πριόν στο σώμα μας και οι πρωτεΐνες πριόν που προκαλούν ασθένειες διαφέρουν ως προς τη δομή. Αναρωτιέστε τι σχέση έχει η δομή με τη λειτουργία; Ας ρίξουμε μια γρήγορη ματιά.

Δομή πρωτεΐνης

Πριν βουτήξουμε στα πριόν, είναι απαραίτητο να κατανοήσουμε τη δομή μιας πρωτεΐνης και πώς σχετίζεται με τη λειτουργία της. Οι πρωτεΐνες έχουν στην πραγματικότητα 4 επίπεδα δομής! Οι πρωτεΐνες κατασκευάζονται από σειρές αμινοξέων και αυτές οι αλυσίδες (γνωστές και ως πολυπεπτίδια) σχηματίζουν την πρωταρχική τους δομή. Ανάλογα με αυτά τα αμινοξέα και την αλληλεπίδραση μέσω δεσμού υδρογόνου μεταξύ τους, μπορούν να σχηματιστούν δύο τύποι δευτερογενών δομών, δηλαδή άλφα-έλικα και βήτα φύλλα. Αυτές οι δομές στη συνέχεια διπλώνουν σε τρισδιάστατες δομές. Η αναδίπλωση οδηγείται από υδρόφοβες αλληλεπιδράσεις. Η δομή διατηρείται ανέπαφη μέσω γεφυρών αλατιού (συνδυασμοί δεσμών υδρογόνου και ιοντικών δεσμών) και δισουλφιδικών δεσμών. Τέλος, πολλές υπομονάδες ενώνονται και σχηματίζουν μια τεταρτοταγή δομή. Αυτή η δομή λειτουργεί ως ενιαία μονάδα και εκτελεί διάφορες λειτουργίες.

Αυτό σημαίνει ότι οι αλληλουχίες αμινοξέων καθορίζουν τη δομή της λειτουργικής πρωτεΐνης. Ακολουθεί η σύνδεση μεταξύ δομής και λειτουργίας! Οι πρωτεΐνες δεν δεσμεύονται τυχαία στους στόχους τους. Έχουν μια συγκεκριμένη ενεργή τοποθεσία που χρησιμοποιείται για τη δέσμευση και τη συνέχιση της εργασίας της. Έτσι, στο τέλος, εάν αλλάξει η δομή, θα άλλαζε το σχήμα της ενεργής τοποθεσίας. Αυτό θα εμπόδιζε την πρωτεΐνη από το να μπορεί να κάνει τη δουλειά της! Επίσης, σε ορισμένες περιπτώσεις, μια αλλαγή στη δομή θα άλλαζε τη λειτουργία και θα προκαλούσε προβλήματα, καθώς μπορεί να συνδεθεί με στόχους που δεν προορίζονται για τη συγκεκριμένη πρωτεΐνη!

Τώρα, ήρθε η ώρα να εμβαθύνουμε στα πριόν!

Δομή των Prions

Οι πρωτεΐνες Prion (PrP) που βρίσκονται στο σώμα μας και αυτές που προκαλούν ασθένειες είναι δομικά διαφορετικές. Μερικά από αυτά είναι ακόμη και ανθεκτικά στις πρωτεάσες (ένζυμα που αποδομούν την πρωτεΐνη). Θα εξετάσουμε και τις δύο ισομορφές.

• PrPC – Αυτές οι πρωτεΐνες βρίσκονται στις μεμβράνες των κυττάρων. Πιστεύεται ότι παίζουν σημαντικό ρόλο στην ενδοκυτταρική σηματοδότηση και την κυτταρική προσκόλληση. Ωστόσο, η έρευνα βρίσκεται σε εξέλιξη καθώς τα ζητήματα που σχετίζονται με τη λειτουργία του δεν έχουν επιλυθεί.
• PrPSc – Αυτό το πριόν που προκαλεί ασθένειες είναι ανθεκτικό στην πρωτεάση. Αλλάζει το PrPC επηρεάζοντας τη διαμόρφωσή του. Η αλλαγή στη δομή αλλάζει τον τρόπο αλληλεπίδρασης και διασύνδεσης με τις πρωτεΐνες! Η τρισδιάστατη δομή αυτών των πριόντων δεν είναι γνωστή, αλλά αυτό που γνωρίζουμε είναι ότι έχουν περισσότερα φύλλα βήτα από τη συνηθισμένη δομή άλφα-έλικας. Αυτό το πριόν σχηματίζει επίσης πολύ δομημένες αμυλοειδείς ίνες. Το άκρο της ίνας λειτουργεί ως πρότυπο για να προσκολληθούν άλλες ελεύθερες πρωτεΐνες. Μόνο παρόμοια πριόν με παρόμοια αμινοξέα μπορούν να δεσμευτούν! Η σύνδεση μεταξύ ειδών είναι πολύ σπάνια, αλλά είναι δυνατή.

Λειτουργίες

Η κατανόηση της λειτουργίας των πριόν δεν ήταν εύκολη υπόθεση. Παρά τις τεχνολογικές μας προόδους, δεν έχουμε καμία σαφή απόδειξη των λειτουργιών που έχει στο σώμα. Η προσέγγιση που ακολούθησαν οι επιστήμονές μας ήταν να συνδέσουν το γονίδιο από τα ποντίκια και να προσέξουν για αλλαγές. Βασικά, αυτό έγινε για να ελέγξουμε, αν αφαιρέσουμε το PrP, πάει κάτι στραβά ή όχι; Τέτοια πειράματα έδωσαν ασαφείς απαντήσεις και τα ποντίκια έδειξαν μόνο μικρές ανωμαλίες.

Μια μελέτη του 2004 έδειξε ότι η έλλειψη γονιδίων PrP σε ποντίκια άλλαξε τη μακροπρόθεσμη ενίσχυση στον ιππόκαμπο. Επίσης, ένα άλλο άρθρο του 2006 έδειξε ότι η έκφραση PrP σε βλαστοκύτταρα απαιτείται για την αυτοανανέωση του μυελού των οστών. Η έλλειψη PrP έκανε επίσης τα κύτταρα ευαίσθητα στην κυτταρική εξάντληση.

Πώς τα πριόν μολύνουν και αναπαράγονται;

Το θέμα της μόλυνσης και της αναπαραγωγής Prion ήταν το πιο αμφιλεγόμενο. Γιατί, αν το καλοσκεφτείς, πώς μπορεί ένα μόριο πρωτεΐνης να αυξηθεί σε αριθμό χωρίς να χρησιμοποιήσει τη Μεταγραφή ή τη Μετάφραση; Η έλλειψη κυψελοειδούς μηχανήματος θα πρέπει να καθιστά αδύνατη την αντιγραφή. Αλλά τα πριόν κάνουν ακριβώς αυτό!

Παρόμοια με τη λειτουργία, η εξακρίβωση του μηχανισμού αναπαραγωγής του δεν ήταν εύκολη υπόθεση. Η μόλυνση των κυττάρων in vitro ήταν δύσκολο και ως επί το πλείστον κατέληξε σε αποτυχία. Οι περισσότερες από τις κυτταρικές σειρές (που χρησιμοποιούμε για πειράματα) που εκφράζουν το κυτταρικό PrP είναι ανθεκτικές στη μόλυνση από πριόν. Ακόμα κι αν ορισμένες κυτταρικές σειρές είναι ευαίσθητες σε ένα στέλεχος PrP, πιθανότατα θα είναι ανθεκτικό στα άλλα στελέχη. Ένα άλλο πρόβλημα που αντιμετωπίζουν οι ερευνητές είναι η έλλειψη αντισωμάτων που μπορούν να ανιχνεύσουν πειστικά το PrP(Sc). Αυτά τα προβλήματα σε συνδυασμό έχουν καταστήσει την αντιγραφή των πριόν δύσκολη την κατανόηση.

Πρόσληψη Prions

Το αρχικό βήμα για την κατανόηση της όλης διαδικασίας μόλυνσης είναι να γνωρίζουμε πώς τα πριόν προσλαμβάνονται από το κύτταρο. Ο ρυθμός αποδοχής πριόντων από κυτταρικές σειρές εξαρτάται από τον τρόπο παρασκευής των σκευασμάτων (που περιέχουν πριόν) και από το εάν υποβλήθηκαν σε επεξεργασία από έναν παράγοντα/χημικό. Πολλές μελέτες έχουν δείξει ότι στελέχη που είναι γνωστό ότι είναι ανθεκτικά στα πριόν είχαν προσλάβει PrP(Sc). Αυτό τους έκανε να πιστεύουν ότι υποδοχείς για PrP(Sc) υπάρχουν ακόμη και στις ανθεκτικές κυτταρικές σειρές! Οι υποδοχείς που έχουν αποδειχθεί ότι επηρεάζουν την πρόσληψη πριόν στα κύτταρα είναι οι LRP/LR, HS και Πρωτεογλυκάνες. Όταν χρησιμοποιήθηκαν ποντίκια νοκ-άουτ που δεν είχαν υποδοχείς LRP/LR, παρατηρήθηκε πτώση στην πρόσληψη πριόν. Τέτοιες δοκιμές επιβεβαίωσαν το γεγονός ότι αυτοί οι υποδοχείς παίζουν ουσιαστικό ρόλο.

Μια άλλη μέθοδος για την πρόσληψη των πριόντων είναι η μακροπινοκυττάρωση. Διεξήχθη μια δοκιμή όπου χρησιμοποιήθηκε αναστολέας μακροπινοκυττάρωσης για να μπλοκάρει τη διαδικασία και πάλι, παρατηρήθηκε πτώση της πρόσληψης. Αυτοί είναι μόνο μερικοί από τους γνωστούς τρόπους με τους οποίους λαμβάνει χώρα η πρόσληψη.

Σχηματισμός Prions

Η διαδικασία σχηματισμού δεν είναι πλήρως κατανοητή, αλλά οι ερευνητές εξέτασαν διάφορους παράγοντες που επηρεάζουν το σχηματισμό της και, επομένως, θα μπορούσαν να διαδραματίσουν κάποιο ρόλο στον σχηματισμό. Μελέτες έχουν δείξει ότι είναι μια γρήγορη διαδικασία και ξεκινά μέσα σε λίγα λεπτά έως μερικές ώρες. Η παραγωγή PrP(Sc) ήταν συχνά παροδική και δεν κατέληγε ως μόλυνση. Ένα από τα πράγματα που είναι σημαντικά για το σχηματισμό των πριόν είναι η λιπιδική σχεδία. Παρατηρήθηκε ότι μετά τη θεραπεία από το φάρμακο φιλιππινέζων, ο σχηματισμός πριόν σταμάτησε. Το φάρμακο των Φιλιππίνων καταστρέφει τη χοληστερόλη και διαταράσσει τις λιπιδικές σχεδίες.

Το PrP(Sc) εμφανίζεται κυρίως στην εσωτερική πλευρά με μόνο μια μικρή ποσότητα από αυτά να βρίσκεται στην επιφάνεια του κυττάρου. Για να μετατραπεί το PrP(C) σε PrP(Sc), θα πρέπει να σταλεί στην πλασματική μεμβράνη. Κατά την αφαίρεση του PrP(C), παρατηρήθηκε ότι η συσσώρευση PrP(Sc) μειώθηκε στο κύτταρο και σε ένα άλλο πείραμα, η εξασθενημένη μεταφορά του PrP(C) στην κυτταρική μεμβράνη θεράπευσε αποτελεσματικά το κύτταρο, καθώς εμπόδιζε το PrP(Sc). ) σχηματισμός. Ακόμη και κύτταρα που δεν είχαν το ήμισυ GPI (γλυκοσυλφωσφατιδυλινοσιτόλη) δεν ήταν σε θέση να διατηρήσουν το σχηματισμό PrP(Sc) στο κύτταρο.

Prion Replication (Προστασία φωτογραφίας:Joannamasel / Wikimedia Commons)

Πώς εξαπλώνονται τα πριόν από κύτταρο σε κύτταρο;

Υπάρχουν δύο κύριοι τρόποι διάδοσης των πριόντων στα κύτταρα. Ο πρώτος τρόπος είναι μέσω της απελευθέρωσης του PrP(Sc) στο μέσο κυτταρικής καλλιέργειας και ο δεύτερος τρόπος είναι η απελευθέρωσή τους με εξωσώματα. Μια μελέτη από τον Kanu και τους συνεργάτες του έδειξε ότι η μόλυνση από κύτταρο σε κύτταρο εξαρτιόταν από την εγγύτητα των κυττάρων ή την άμεση επαφή. Σε ορισμένες μελέτες, το PrP(Sc) απελευθερώθηκε στην καλλιέργεια, αλλά προτιμήθηκε η μετάδοση σε κοντινά κύτταρα. Η ακριβής μέθοδος μόλυνσης από κύτταρο σε κύτταρο δεν είναι καλά κατανοητή, αλλά πρόσφατες μελέτες λένε ότι εμπλέκονται κυτταροπλασματικές γέφυρες. Αυτές οι γέφυρες είναι γνωστές ως σωλήνες σήραγγας, που σχηματίζονται από ακτίνη, που βοηθούν στη διακυτταρική επικοινωνία.

Ασθένειες Prions

Οι ασθένειες Prion (συλλογικά γνωστές ως μεταδοτικές σπογγώδεις εγκεφαλοπάθειες) περιλαμβάνουν πολλαπλές καταστάσεις που μπορούν να επηρεάσουν τόσο τον άνθρωπο όσο και άλλα ζώα. Η πιο συχνά γνωστή ασθένεια πριόν που προσβάλλει τον άνθρωπο είναι η νόσος Creutzfeldt-Jakob (CJD) και οι παραλλαγές της. Μερικές άλλες γνωστές ασθένειες είναι η τρομώδης νόσος (πρόβατα) και οι σπογγώδεις εγκεφαλοπάθειες των βοοειδών (κοινώς γνωστές ως νόσος των τρελών αγελάδων).

Εγκεφαλικός ιστός – παραλλαγή Νόσος Creutzfeldt-Jakob. (Φωτογραφία:Sherif Zaki; MD; PhD; Wun-Ju Shieh; MD; PhD; MPH / Wikimedia Commons)

Τα πριόν προκαλούν νευροεκφυλιστική βλάβη με τη συσσώρευση έξω από τα κύτταρα στον εξωκυτταρικό χώρο. Αυτό συμβαίνει στο κεντρικό νευρικό σύστημα. Επιπλέον, ενώνονται για να σχηματίσουν αμυλοειδείς ίνες, οι οποίες είναι τοξικές για τους νευρώνες και προκαλούν το θάνατό τους, αφήνοντας τρύπες στον ιστό, δίνοντάς του μια σπογγώδη όψη.

Μελέτες έχουν δείξει ότι το σώμα μας έχει δύο τρόπους υποβάθμισης των πριόν. Το πρώτο είναι η λυσοσωμική αποικοδόμηση και το δεύτερο η αυτοφαγία. Λοιπόν, γιατί τα πριόν εξακολουθούν να μας επηρεάζουν; Γιατί τα πριόν είναι έξυπνα και βγάζουν αυτούς τους μηχανισμούς για να μπορούν να πολλαπλασιαστούν! Για παράδειγμα, το Rab7 είναι μια πρωτεΐνη που εμπλέκεται στη λυσοσωμική ωρίμανση, αλλά παρατηρείται ότι το Rab7 υπάρχει σε μειωμένα επίπεδα σε κύτταρα που έχουν προσβληθεί από πριόν. Εάν τα επίπεδα του Rab7 πέσουν, θα επηρεάσει την ωρίμανση των λυσοσωμάτων. Αυτό σημαίνει ότι θα υπάρχουν λιγότερα λυσοσώματα για την αποικοδόμηση των πριόντων! Τα πριόν επηρεάζουν επίσης την αυτοφαγία, η οποία τα βοηθά περαιτέρω να προχωρήσουν και να επηρεάσουν τους νευρώνες. Αυτά τα αποτελέσματα, με τη σειρά τους, επηρεάζουν τα κύτταρά μας και βοηθούν τα πριόν να προκαλέσουν κυτταρικό θάνατο. Αυτή η επαγωγή κυτταρικού θανάτου έχει ως αποτέλεσμα την εκπόλωση της μιτοχονδριακής μεμβράνης, η οποία επιταχύνει τη διαδικασία!

Συνολικά, τα πριόν είναι μακράν οι πιο μυστηριώδεις παράγοντες που προκαλούν ασθένειες. Με πολλά ακόμα άγνωστα (π.χ. λειτουργίες, παθοφυσιολογία και πολλά άλλα), θα είναι συναρπαστικό να περιμένουμε και να δούμε τι αποκαλύπτει περαιτέρω έρευνα.