معلومة

الفرق بين البريونات وبروتينات الأميلويد؟

الفرق بين البريونات وبروتينات الأميلويد؟



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

الأميلويد والبريونات عبارة عن بروتينات مشوهة ، ولكن ما الفرق بينهما ، إن وجد؟

هل الأميلويد نوع من البريون له بنية ليفية؟


الأميلويد هي ألياف ليفية غير قابلة للذوبان مقاومة للبروتياز تتكون بسبب (سوء) طي وتجميع البروتينات القابلة للذوبان (Rambaran and Serpell ، 2008 ، Sabate et al. ، 2015). تم تقديم التعريف الأول للبريون بواسطة Prusiner (1982):

لأن الخصائص الجديدة لعامل سكرابي تميزه عن الفيروسات والبلازميدات وأشباه الفيروسات ، تم اقتراح مصطلح جديد "بريون" للدلالة على جسيم معدٍ بروتيني صغير مقاوم للتثبيط من خلال معظم الإجراءات التي تعدل الأحماض النووية.

تتميز العديد من الأمراض البريونية بتكوين ليفي أميلويد ، وبالتالي فإن بعض الباحثين (إن لم يكن كثيرون) يعتبرون البريونات مجموعة فرعية من الأميلويد.

تعتبر البريونات فئة فرعية من الأميلويد حيث يصبح تراكم البروتين ذاتيًا معديًا.
(سبات وآخرون ، 2015)

ومع ذلك ، فإن تكوين بنية الأميلويد ليس ضروريًا سواء للتكاثر الذاتي أو تطور المرض (Moore et al. ، 2014).

عندما تُصاب الفئران البرية من النوع C57BL / 10 داخل الجمجمة بسلالة بريون الماوس RML ،الشوري يتراكم في رواسب nonamyloid المنتشرة وتتميز أمراض الدماغ عن طريق السمة المميزة لإسفنج المادة الرمادية التي سميت TSEs. على العكس من ذلك ، عندما تكون الفئران المعدلة وراثيا متماثلة اللواقح لـ PRPج تفتقر إلى مرساة GPI (الفئران Tg44 أو الفئران "غير المرساة") مصابة بنفس سلالة RML ، ووقت الحضانة أطول و PRPالشوري يتراكم في لويحات أميلويد كثيفة حول الأوعية مع القليل من المادة الرمادية أو معدومة الإسفنج.9−11 الأميلويد المماثل PrPالشوري لوحظ ترسب ومرض يؤديان إلى الوفاة في البشر مع كودون توقف شاذ في الجزء C- الطرف من تسلسل PrP ، مما أدى إلى توليد PrP الذي يفتقر إلى مجموعة تثبيت GPI وكذلك بعض بقايا الأحماض الأمينية.13−16 وبالتالي ، تثبيت GPI لـ PrPج يبدو أن غشاء البلازما هو العامل الأساسي في تحديد نوع PRPالشوري ترسب وتطور أمراض الدماغ.

يمكنك القول أن بروتين البريون PrPج يكون اميلويدوجينيك لكنه ليس مادة أميلويد.

هناك غير مسببة للأمراض (وفي الواقع مفيد البريونات) الموجودة في الفطريات. تشكل العديد من هذه البريونات المفيدة أيضًا بنية الأميلويد (مثل) ولكن يمكن تصنيفها حسب المرافقين (Wickner et al. ، 2018). مرة أخرى ، ليس من الضروري أن تشكل هذه البريونات المفيدة بنية أميلويد.

لا يلزم أن تكون البريونات (التي تُعرَّف على أنها "بروتينات معدية") أميلويد. يتكون البروتياز الفراغي B (Prb1p) من Saccharomyces cerevisiae على أنه سلائف غير نشطة يتم تقطيعها وتنشيطها عادةً بفعل البروتياز A (Pep4p) [32]. ومع ذلك ، في حالة عدم وجود Pep4p ، يمكن لـ Prb1p الناضج تنشيط سلائفه [33]. يمكن لهذا التنشيط الذاتي أن ينتشر ويمر من خلية إلى أخرى بطريقة معدية ، ويتصرف مثل البريون ، ويسمى [بيتا] [34]. في حالة عدم وجود Pep4p ، يكون [BETA] ضروريًا للانقسام الاختزالي وتكوين البوغ والبقاء في المرحلة الثابتة [34]. ومن ثم فهو بريون وظيفي.


[SMAUG+] مثال آخر على بريون الخميرة غير الأميلويد الذي له تأثيرات مفيدة (Chakravarthy et al.، 2019 and Itakura et al.، 2019؛ Jarosz group). على عكس Prb1p ، [SMAUG+] في الواقع تشكل مجاميع ذاتية التكاثر.

ملخصي

العديد من البريونات المعروفة هي أميلويدوجينيك ويمكن أن تتحول إلى شكل أميلويد. ومع ذلك ، وفقًا للتعريف ، فإن البريونات "معدية" أو بعبارة أخرى ، بروتينات ذاتية الانتشار. ما يعتبر بريون يعتمد على تعريفنا. إن طريقة عمل معظم البريونات المعروفة هي تحفيز التغيير في طية البروتين. Wickner et al (كما ورد أعلاه) السبب في أن التعريف الأصلي لا يتضمن صراحة طريقة العمل ، وبالتالي ينبغي أيضًا اعتبار البروتينات التي تنشط نفسها عبر تحلل البروتين بريونات. وقد عرضت مجموعة جاروش مثالاً على بريون غير أميلويد يشكل تجمعات ذاتية التكاثر. من المحتمل جدًا اكتشاف المزيد من هذه البروتينات في المستقبل القريب.

على أي حال ، فإن "الأميلويد" هي خاصية هيكلية بينما "البريون" هي خاصية وظيفية ولا يمكن اعتبارها مجموعة فرعية / شاملة لبعضها البعض ، حتى لو كانت مرتبطة ببعضها البعض.

الخلاصة هي:
الأميلويد هو شكل من أشكال بنية البروتين فوق الجزيئي والذي يتكون غالبًا من العديد من البروتينات البريونية. ومع ذلك ، ليست كل البروتينات المكونة للأميلويد هي بروتينية وليست كل البريونات بالضرورة تشكل الأميلويد.


بروتين البريون البروتاني

يمكن لبروتين البريون ، PrP ، أن يتبنى ما لا يقل عن 2 مطابقة ، التشكل الخلوي السائد بشكل كبير (PrP C) والتشكيل Scrapie (PrP Sc). يتميز PrP C بمجال C- طرفي كروي يحتوي على 3 α-helices ورقاقة قصيرة وذيل طويل مرن N- والذي لم يُعرف بعد تشكيله الدقيق في الجسم الحي وتم تحديد مجال فرعي قابل للاستقرار مع ميل β-strand داخل هو - هي. يعتبر شكل PRP Sc نادر جدًا وله خصائص الأميلويد. علاوة على ذلك ، PrP Sc هو بريون ، أي أنه معدي. يتضمن ذلك خطوتين: (1) يمكن لـ PrP Sc وضع قالب PrP C وإجباره على تبني تشكّل PrP Sc و (2) يمكن نقل PrP Sc بين الأفراد ، عن طريق الفم ، والحقن ، وطرق أخرى ، وبالتالي ينتشر كعامل معدي . ومع ذلك ، هذا تبسيط: من ناحية ، لا يعد PrP Sc تشكلاً منفردًا ، بل هو مجموعة من المطابقات البديلة المتشابهة ولكن المتميزة. علاوة على ذلك ، توجد مطابقة أميلويد أخرى لـ PrP بخصائص كيميائية حيوية وتكاثرية مختلفة. في هذا العدد من علم الأحياء بلوس، يصف Asante وزملاؤه النموذج الأول للفأر لمرض البريون البشري العائلي ويظهرون ظهور وانتشار 2 PrP amyloid. من بين هؤلاء ، يتسبب أحدهما في حدوث تنكس عصبي ، بينما لا يتسبب الآخر في ذلك. مع العديد من المطابقات ، يعد PRP بروتينًا بروتينيًا حقًا.

الاقتباس: Requena JR (2020) بروتين بريون البروتين. بلوس بيول 18 (6): e3000754. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000754

نشرت: 25 يونيو 2020

حقوق النشر: © 2020 خيسوس رريكينا. هذا مقال مفتوح الوصول يتم توزيعه بموجب شروط ترخيص Creative Commons Attribution License ، والذي يسمح بالاستخدام غير المقيد والتوزيع والاستنساخ في أي وسيط ، بشرط ذكر المؤلف والمصدر الأصليين.

التمويل: تم تمويل هذا العمل من قبل وزارة الصناعة والقدرة التنافسية الإسبانية (منحة BFU2017-86692-P) ، بدعم جزئي من أموال الاتحاد الأوروبي الفيدرالية. لم يكن للممولين دور في تصميم الدراسة أو جمع البيانات وتحليلها أو اتخاذ قرار النشر أو إعداد المخطوطة.

تضارب المصالح: أعلن المؤلف أنه لا توجد مصالح متنافسة.

الأصل: بتكليف من الخارج لاستعراض الأقران.

تم تعريف البريونات من قبل ستانلي بروسينر في عام 1982 على أنها "جزيئات بروتينية معدية" [1]. كان هذا على الأرجح تعبيرًا ملطفًا عن "البروتين المعدي" ، وهو تعريف كان من الممكن أن يكون واضحًا للغاية في ذلك الوقت. كان أول بريون تم اكتشافه هو PrP Sc ، والذي تم تحديده على أنه العامل المسبب لمرض سكرابي ، وهو مرض تنكس عصبي ينتقل من الأغنام [2]. في وقت لاحق ، تم العثور على سلائفها المطوية بشكل طبيعي ، PrP C. لذلك ، على الرغم من أن PrP يعني "بروتين بريون" ، فإن PrP C ليس بريون ، بل يمكن إعادة طيه إلى بريون. في الواقع ، تنتشر بريونات PrP Sc عن طريق تشكيل شكلها الغريب في PrP C. يحدث هذا من خلال عملية يكون فيها تكوين الروابط الهيدروجينية بين مجموعات الأمينية والكربونيل من البولي ببتيدات النمذجة والقوالب يلعب دورًا رئيسيًا [3،4] (الشكل 1). البريونات مُعدية لأنها يمكن أن تنتقل من فرد إلى آخر ، عادةً ولكن ليس دائمًا (الفيديو أدناه) عن طريق الفم (الشكل 1).

(1) تم اقتراح تكوين روابط هيدروجينية بين مجموعات الأمينية والكربونيل من البولي ببتيدات القوالب والقوالب كآلية رئيسية في انتشار البريون [3،4]. مجموعات Carbonyl و amino في حواف-strands من PrP Sc جاهزة لتشكيل روابط هيدروجينية مع بولي ببتيد PrP وارد مكشوف جزئيًا ، مما يجبرها على الانكسار لتشكيل خيوط جديدة. بهذه الطريقة يمكن أن ينتشر PrP Sc في جميع أنحاء الدماغ. (2) تأتي طبيعتها المعدية من حقيقة أن PrP Sc ، الذي يتم إدخاله في دماغ مختلف من خلال الفم أو الحقن أو وسائل أخرى ، يمكن أن ينتشر هناك. PRP ، بروتين بريون PrP Sc ، بروتين بريون مع شكل سكرابي.

على الرغم من أنه قد يبدو كذلك للوهلة الأولى ، إلا أن البريونات لا تتعارض مع مبدأ Anfinsen. بروتين البريون ، المشفر بواسطة Prnp (بشري: PRNP) يطوي الجين ، مرارًا وتكرارًا إلى شكل محدد تمامًا ، PrP C ، يتميز بمجال C- طرفي كروي يحتوي على 3 α-helices ، ورقة قصيرة (بقايا حوالي 125-231) ، وذيل N طويل مرن (بقايا 23-124) [2]. لم يُعرف بعد الشكل الدقيق للذيل في الجسم الحي. تم تحديد النطاق الفرعي غير المستقر مع ميل β-strand داخل منطقة 113-120 [5]. في ظل ظروف نادرة فقط ، يعيد PrP C إعادة تشكيله لاعتماد شكل البريون البديل ، PrP Sc (الشكل 2). غالبًا ما يكون PrP Sc من الأميلويد ، وبالتالي ، يجب أن يسمح شكله بالتكديس لتشكيل هذا النوع من البنية الليفية [3]. في الواقع ، إن تبني تشابه أميلويد بديل هو أمر يمكن لجميع البروتينات القيام به في ظل ظروف معينة ، كما أوضح دوبسون والمتعاونون معه [6]. أي بروتين ، بغض النظر عن مدى حسن سيره واستقراره ، إذا تم إخضاعه لظروف تجريبية معينة ، مثل انخفاض درجة الحموضة و / أو وجود مواد مغيرة للتشكيل ، فسوف يتبنى شكل أميلويد [6]. في الواقع ، يعتبر تشكّل الأميلويد هو الأكثر استقرارًا ، ويُعتقد أن جميع الطيات الأصلية الأخرى محصورة بحالات وسيطة حركيًا [6]. علاوة على ذلك ، تحفز جميع الأميلويد انتقال طياتها الطبيعية إلى طية الأميلويد ، وهي ظاهرة تُعرف باسم "البذر" [7]. باختصار ، البريونات هي مجرد نوع خاص من الأميلويد ، وجميع البروتينات يمكن أن تكون أميلويد ، لذا فإن البريونات ليست بهذا الغرابة.

ال Prpn/PRPN يتم نسخ الجين وترجمته إلى بولي ببتيد PrP ، والذي يعتمد بسهولة على شكل PrP C (1). يمكن إعادة طي PrP C لاعتماد واحد من العديد من مطابقة سلالة PrP Sc (2). يمكن أن تكون مسببة للأمراض (علامة الجمجمة والعظام) أو لا (علامة الوجه). تم تصوير PrP Sc على أنها أسطوانات مكدسة بافتراض أنها 4Rβ [4] ، على الرغم من أن طبيعتها لم يتم تسويتها دون شك بعد [25]. تظهر سلالات PrP Sc المختلفة درجات مختلفة من المقاومة لـ PK. يوجد PrP Sc الحساسة لـ PK (أسطوانات شفافة). يمكن أيضًا إعادة طوى PrP C في المختبر واعتماد شكل PIRIBS amyloid الذي يمكن أن ينتشر في الدماغ عند التلقيح ويمكن أن ينتقل عن طريق التلقيح كعامل معدي (3). يشير الظل الغامق إلى طرف C مقاوم لـ PK. خلال المقاطع المتتالية ، ينتج عن القوالب المشوهة تطور هذا المطابق إلى PrP Sc (4). الطفرات المختلفة في PRNP ينتج عنه PRP C (5) مع ميل أعلى لإعادة الطي في مجموعة متنوعة من المطابقات PRP التكاثرية التي تشكل مجاميع غير قابلة للذوبان. في الفئران tg 117V ، تشمل PrP Sc الحساسة للمرض والمرض (6) و PrP اميلويد قابل للانتقال وغير ممرض (7) بنمط مميز لمقاومة PK (نطاق 8 كيلو دالتون تقريبًا يقابل مقطعًا مختلفًا عن ذلك الذي شوهد في الأميلويد التكاثر الموصوف أعلاه والمشار إليه بواسطة التظليل الأغمق). وتجدر الإشارة ، مع ذلك ، إلى أن دراسة حديثة تشير إلى أن ما يقرب من 8 كيلو دالتون شظايا معدية وممرضة وأنها قد تظهر بنية الملف اللولبي من درجتين [17]. 145 وقف طفرة في PRNP ينتج عن PrP23-144 الذي يتحول إلى أميلويد PIRIBS التكاثر والممرض (8). أثناء المرور إلى الفئران من النوع البري ، يحدث قالب مشوه ، مما يؤدي إلى ظهور PrP Sc. PK ، بروتيناز K PIRIBS ، بالتوازي في سجل بيتا ستراند PrP ، بروتين بريون PrP C ، بروتين بريون مع بروتين بريون بتكوين خلوي PrP Sc بريون بتشكيل سكرابي.

البريونات لا تتعارض أيضًا مع العقيدة المركزية للبيولوجيا الجزيئية. من أجل التكاثر ، يحتاج التشكل البريوني PrP Sc إلى تجنيد وحدات PrP C جديدة وإجبارها على إعادة التشكيل. يتم ترميز وحدات PrP C هذه بواسطة DNA نسخها إلى RNA وترجمتها في الريبوسومات (الشكل 2). توقف عن العمل Prnp الجين وليس هناك انتقال للبريونات [2]. مرة أخرى ، البريونات ليست غير عادية ، من الناحية البيولوجية ، على عكس الهالة ، فهي بروتينات غامضة وغريبة ، تم الحصول عليها منذ 25 عامًا خلال مرض الاعتلال الدماغي الإسفنجي البقري (BSE).

بينما أكتب هذا التمهيدي في المنزل ، في اليوم 30 من حصر جائحة فيروس كورونا 2 (SARS-CoV-2) المتلازمة التنفسية الحادة الوخيمة ، مثل الملايين حول العالم ، من المحتم أن نتذكر كيف كان الجميع منذ حوالي 20 عامًا ينظرون بقلق عند منحنى الحالات الجديدة من متغير مرض كروتزفيلد جاكوب (vCJD) ، وهو مرض تنكس عصبي قاتل تسببه بريونات الأبقار التي تنتقل إلى البشر [8]. في ذلك الوقت ، لم يكن معروفًا ما إذا كانت بريونات الأبقار قابلة للانتقال إلى البشر أم لا. عمليا جميع البريطانيين (باستثناء عدد قليل من النباتيين) وعدد لا يحصى من الأوروبيين الآخرين قد تعرضوا للبريونات الأبقار ، وبالنظر إلى أن أمراض البريون قاتلة دائمًا ، فقد استحوذت المخاوف من كارثة ذات أبعاد مروعة على علماء الأوبئة وعامة الناس [8]. لحسن الحظ ، ثبت في النهاية أن بريونات الأبقار غير قابلة للانتقال إلى البشر بشكل سيئ للغاية ، وحدث ما يقرب من 200 حالة وفاة فقط ، مثل جميع الوفيات. لماذا يكون حاجز النقل بين بريونات الأبقار والبشر مرتفعًا جدًا؟ نحن لا نعلم. تحتوي تسلسلات PrPs البقري والبشري على بعض الاختلافات في الأحماض الأمينية ، ولكن كيف تؤثر هذه الاختلافات بالضبط في عملية النمذجة (الشكل 1) لإنشاء حاجز انتقال بين الأبقار PrP Sc من PrP C البشري لم يتم فهمه بوضوح بعد.

حواجز نقل البريون الناشئة عن الاختلافات في تسلسل PrP ليست هي الوحيدة الموجودة. أظهرت الدراسات الكلاسيكية التي أجراها Bessen و Marsh وجود نوعين مختلفين من البريونات في الهامستر السوري ، كلاهما لهما نفس التسلسل ، وينتقلان بشكل مختلف. وبالتالي ، يمكن أن تنتقل "سلالة" Hyper PrP Sc بين الهامستر عن طريق التلقيح داخل المخ وداخل الصفاق ، بينما يمكن أن تنتقل سلالة النعاس عن طريق التلقيح داخل المخ فقط [9]. علاوة على ذلك ، تظهر هاتان السلالتان خصائص بيوكيميائية وبيولوجية متميزة. في الواقع ، تشير أسمائهم إلى الخصائص المظهرية لفرط النشاط أو الخمول الذي تظهره الحيوانات المصابة. في دراسة أنيقة ، أظهر سافار وزملاؤه أن سلالات PrP Sc يجب أن تكون أشكالًا فرعية من PrP Sc ، اختلافات في موضوع هيكلي عام [10]. هذا يعني أنه لم يكن هناك فقط 2 من المطابقات PrP ، PrP C و PrP Sc: بدلاً من ذلك ، كان هناك PrP C والعديد من المطابقات PrP Sc المتشابهة نسبيًا ولكن المتميزة.

بمجرد أن تلاشى مرض جنون البقر الوبائي (لم تتحقق المخاوف من حدوث موجة ثانية من vCJD التي تؤثر على الأفراد الأكثر مقاومة مع فترات حضانة أطول) ، تم توجيه الانتباه إلى البريونات المتفرقة. يعيد PrP C أحيانًا إعادة طيه إلى PrP Sc تلقائيًا ، في غياب أي قالب PrP Sc موجود مسبقًا. إنه حدث نادر جدًا ، حيث يبلغ معدل حدوثه سنويًا 1-2 حالة / مليون شخص [2،8] ومعدلات مماثلة على الأرجح في أنواع الثدييات الأخرى. بمجرد تشكيل تجمع صغير ، تنتشر بريونات PrP Sc في جميع أنحاء الدماغ عن طريق القوالب. ومع ذلك ، فإن البريونات البشرية المتفرقة غير قادرة على إصابة دماغ آخر ، ما لم يتم نقلها إلى هناك من خلال أحداث محددة وغير شائعة نسبيًا. وتشمل هذه الطقوس أكل لحوم البشر (كما في حالة kuru [2،8]) ، وأكل لحوم البشر الصناعي (كما في حالة مرض جنون البقر [2،8]) ، وعلاجي المنشأ (كما هو الحال في العديد من حالات الانتقال من خلال الأدوات الجراحية أو العلاج بالدماغ - هرمون النمو المشتق والملوث بالبريون [2،8]). على النقيض من ذلك ، فإن بريونات سكراب الأغنام ومرض الهزال المزمن لعنق الرحم (CWD) PRP Sc prions يتم التخلص منها في البراز والبول وبالتالي تنتقل بسهولة بين الأغنام وعنق الرحم. في الواقع ، أصبح CWD والسكراب مستوطنة في مناطق جغرافية معينة [11]. لكن هذا يعكس فقط الاختلافات في علم وظائف الأعضاء ، وليس الاختلافات الجوهرية في البنية. في الواقع ، يمكن نقل البريونات البشرية المتفرقة والبريونات "المعدية" CWD و scrapie تجريبيًا عن طريق التلقيح بسهولة مماثلة إلى نماذج الفئران المعدلة وراثيًا (tg) المناسبة [2،8].

حتى وقت قريب ، لم يكن هذا هو الحال بالنسبة للبريونات العائلية. عدد من الطفرات في PRNP يؤدي الجين إلى أمراض تنكسية عصبية قاتلة تتداخل أنماطها الظاهرية مع تلك الخاصة بأمراض البريون المتفرقة [8]. في جميع الحالات العائلية ، تم العثور على رواسب من بروتين بي ار بي اميلويد بعد الوفاة في الدماغ. لذلك ، تم افتراض أن هذه الطفرات تهيئ للتغيير التوافقي في بروتين PrP المعبر عنه ، مما يؤدي إلى توليد مجموعات PrP المرتبطة بالأمراض والتي تنتشر عن طريق اختلال البروتين المصنف. لذلك يُعتقد أن تجمعات PrP التكاثرية ، ذات خصائص الأميلويد ، هي بريونات. ومع ذلك ، فإن الانتقال المعدي (أي الانتقال بين الأدمغة) من البريونات الممرضة العائلية لم يتحقق بشكل لا لبس فيه لفترة طويلة [8]. قد يبدو هذا غريبًا ، يهم المتخصصين الدائمين فقط. لكنها ليست كذلك. أولاً ، إذا لم تكن مجاميع الـ PRP الطافرة معدية ، فهل كانت بريونات؟ هل يمكن للمرء أن يكون على يقين من أنها على الأقل انتشرت في جميع أنحاء الدماغ المصاب عن طريق سوء تشكيل البذور ، أم أنها أخطأت في الطي والتكتل في الموقع؟ وإذا لم تكن معدية ، فهل ذلك لأنها تعرض تشابهًا إضافيًا ليس PrP C ولا أيًا من الأنواع الفرعية PrP Sc؟

لكن الصورة كانت أكثر تعقيدًا. يمكن أن تنتقل مجاميع PrP المتحولة بالفعل عن طريق التلقيح داخل المخ. وقد ثبت أنها تتكاثر في دماغ الحيوانات المتلقية ، والتي تراكمت فيها رواسب بروتين بي آر بي أميلويد. تم عرض المقطع التسلسلي أيضًا. ومع ذلك ، فإن هذه الحيوانات لم تظهر عليها علامات مرض التنكس العصبي [12 ، 13]. يشير هذا إلى أن البريونات الحسنة النية (أي المعدية) يمكن أن تكون غير ضارة. ولكن بعد ذلك ، ما الذي يسبب تلف الدماغ الذي يظهر في أمراض البريون العائلية؟ بعد آخر متوافق مع PrP؟ بعض تجمع غير معروف من PRP Sc؟

نجح Asante وزملاؤه أخيرًا في نقل مرض عائلي بشري بشكل تجريبي. أظهروا أن مجاميع PrP مع طفرة A117V ، الموجودة في دماغ الأفراد الذين يعانون من مرض غيرستمان-ستراوسلر-شينكر (GSS) ، يمكن أن تنتقل إلى الفئران tg التي تعبر عن بروتين PrP البشري على خلفية خالية من PrP ، وعلى طول لهم ، المرض [14]. هذا إلى حد كبير تبسيط الأشياء. ومع ذلك ، من أجل تقليل حاجز النقل المرتبط بطفرة A117V ، وبالتالي تسهيل النقل ، تم تصميم الفئران المستقبلة tg لتحمل طفرة A117V. اللافت للنظر أن هذه الفئران لم تتطور بشكل عفوي إلى مرض البريون العائلي. كان هذا مناسبًا للغاية: لو أصيبوا بالمرض ، لكان من المستحيل تقييم قابلية انتقال مجاميع HuPrP (A117V) الموجودة في اللقاح. لكن لماذا لم يمرضوا بشكل عفوي؟ ألم ينتجوا البريونات في أدمغتهم؟

في هذا العدد من علم الأحياء بلوس، أغلق Asante وزملاؤه الدائرة بشكل نهائي من خلال إظهار أن بعض الفئران tg التي تعبر عن PRP البشري 117V تولد تلقائيًا بريونات مسببة للأمراض بحسن نية [15]. أدى تلقيح مجموعات غير طبيعية من PRP 117V الموجودة في أدمغتهم إلى فئران أخرى بقوة 117 فولت tg ، في بعض الحالات ، إلى مرض تنكسي عصبي قاتل. وبالتالي ، فإن حقيقة أن الفئران غير الملقحة لا تصاب بالمرض هي مجرد مسألة توقيت: طول عمر الفئران قصير ، والبريونات المسببة للأمراض التي تتراكم في أدمغتها ليس لديها وقت للتسبب في المرض في جميع الحالات. يمكن اعتبار الفئران tg HuPrP117V نموذجًا نهائيًا للماوس لمرض البريون البشري العائلي.

على الرغم من أن الدراستين اللتين أجراهما Asante وزملاؤه يبسطون فهمنا لتكاثر البريون ، من خلال السماح بالتعميمات ، إلا أنهم يجلبون أيضًا أسئلة جديدة. تظهر مجاميع طافرة PRP 117V التي شوهدت في الأدمغة المصابة نمطًا غريبًا جدًا لمقاومة بروتين K (PK). تم استخدام PK لسنوات عديدة كأداة مهمة لوصف الجوائز. عادةً ما يكون PrP Sc مقاومًا جزئيًا لـ PK ، والذي يقوم بتشذيب ذيله N-terminal الذي يفترض أنه مرن ، مما يولد ثلاثة أضعاف مميزة من الأجزاء المقاومة المتغيرة للجليكوزيلات تسمى PrP27-30. شوهدت كميات صغيرة من هذا الثلاثي في ​​عينات الدماغ المعدية من الفئران PRP 117V tg ، ولكن فقط في ظل ظروف معينة ، مما يشير إلى أن PrP Sc موجود في هذه الأدمغة ولكنه يُظهر مقاومة منخفضة بشكل غير عادي لـ PK [15] (الشكل 2). إن وجود PrP Sc الحساسة للـ PK معروف منذ فترة طويلة. حاليًا ، ليس من الواضح تمامًا ما إذا كانت الحساسية لـ PK هي ميزة تعتمد على البنية الثلاثية أو الرباعية لسلالة معينة من PrP Sc.

اللافت للنظر أن هذه العينات تحتوي أيضًا على شظايا تقريبية غير متقنة مقاومة للـ PK 8-kDa ناتجة عن اقتطاع مزدوج N- و C. تم اكتشاف شظايا مماثلة في أدمغة العديد من الأمراض البريونية التي يطلق عليها "غير النمطية" [16]. قد يكون التفسير الأكثر شحًا لهذه الأجزاء هو أنها مشتقة من أداة مطابقة PrP Sc واحدة. ومع ذلك ، فإن تفسير Asante وزملاؤه هو أنهم في نموذجهم الخاص ، يأتون من اثنين من المطابقات PRP 117V مختلفة [14 ، 15]. من بين اعتبارات أخرى ، فإن عدم وجود علاقة بين تراكم لويحات الأميلويد في الدماغ وظهور المرض يعمل لصالح هذا التفسير. وبالتالي ، يُقترح أن يُشتق الجزء المقطوع بشكل مضاعف من مُطابِق PrP amyloid القابل للانتقال ولكن ليس معديًا (الشكل 2). ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أنه في دراسة نُشرت في وقت واحد تقريبًا للدراسة التي أجراها Asante وزملاؤه ، قام Vanni وزملاؤه بتلقيح GSS A117V في دماغ متجانسة مع فولات البنك (Myodes glareolus، وهو من القوارض شديدة التأثر بالعدوى البريونية) ، مما يؤدي إلى انتشار مرض بريون فيها [17]. احتوت أدمغة هذه الحيوانات أيضًا على مجاميع والتي عند العلاج باستخدام PK أسفرت عن جزء مبتور مضاعف من N و C. بعد ذلك ، عزل فاني وزملاؤه جزئيًا المادة المقاومة لـ PK وأظهروا أنها تحتوي على كل العدوى الكامنة في هذه الأدمغة [17]. تشير هذه النتائج بقوة إلى أن العدوى في نموذجها مرتبطة بمطابقة PrP التي تنتج ما يقرب من 8 كيلو دالتون الفرقة المقاومة للبكتيريا المقطوعة بشكل مضاعف. على الرغم من أنه يبدو أن هناك تناقضًا بين التفسيرات المقدمة من هاتين المجموعتين ، إلا أنه يجب ملاحظة أن النماذج مختلفة. وتجدر الإشارة بشكل خاص إلى أن فئران البنك المصابة لا تتراكم رواسب أميلويد كبيرة كما يفعل tgHuPrP117V. في الواقع ، أظهرت صور المجهر الإلكتروني لمادة PrP المعدية شبه المصفرة والمعالجة بـ PK أنها ليست ليفية ، وتتكون من مجاميع غير متبلورة [17]. ستكون هناك حاجة إلى مزيد من الدراسات لمواءمة هذه النتائج الرائعة.

وصف باسكاكوف وزملاؤه شكل إسوي بروتين بي آر بي أميلويد منتشر ولكنه غير معدي [18]. ومع ذلك ، فإن مثل هذا الأميلويد ينتج شظايا مقاومة للـ PK C- الطرفية ، لذلك فهي ليست متطابقة من الناحية الهيكلية مع تلك التي تنتشر بين الفئران 117V tg. علاوة على ذلك ، في المقاطع المتتالية ، إلى جانب بروتين PrP amyloid ، شوهد أن PrP حسن النية يظهر مع ثلاثي مميز مقاوم للـ PK ، وفي النهاية ، ظهر المرض السريري (الشكل 2). هذا هو عكس النتائج التي وصفها Asante وزملاؤه والتي تلاشى فيها في النهاية تكاثر PrP Sc الحساس للـ PK على طول أميلويد PrP غير الممرض [15]. صاغ باسكاكوف وزملاؤه مصطلح "القوالب المشوهة" للإشارة إلى الظاهرة التي يؤدي من خلالها الأميلويد التكاثري إلى ظهور PrP Sc [18].

لذلك تم توسيع كتالوج محولات PrP بشكل كبير الآن (الشكل 2): هناك إصدارات (سلالات) مختلفة من PrP C من PrP Sc ، بعضها مقاوم ، في حين أن البعض الآخر حساس للغاية لـ PK و 2 على الأقل من الأميلويد PrP التكاثري المتميز التي يمكن أن تنتقل بشكل تسلسلي بين الحيوانات عن طريق التلقيح ، وهي ليست مسببة للأمراض ، وتولد أنماطًا مميزة من شظايا مقاومة للـ PK. هل هذه بريونات الأميلويد PrP القابلة للانتقال؟ وفقًا للتعريف الأصلي [1] ، نعم ، لكنها بالكاد معدية على الإطلاق: يجب على المرء أن يتم تلقيحها داخل المخ لتكاثرها من دماغ إلى دماغ.

هيكل PrP C معروف جدًا [2]. لكن ماذا عن المقربين الآخرين؟ كلهم من الأميلويد ، لكنهم يظهرون خصائص بيوكيميائية وبيولوجية مختلفة جدًا. السمة الهيكلية المميزة للأميلويد هي أن خيوط مكدسة بشكل عمودي على المحور الطويل للأميلويد. يتم تثبيت خيوط هذه معًا بواسطة مجموعة من الروابط الهيدروجينية المحاذاة مع هذا المحور. حاليًا ، لا يوجد سوى نموذجين أميلويد هيكليين مرتبطين بـ PrP التكاثري: الموازي في بنية خيوط بيتا المسجلة (PIRIBS) والملف اللولبي ذو 4 درجات (4RβS). في بنية PIRIBS ، يكون كل جزيء PrP عبارة عن بنية مسطحة تشبه الثعبان. تتراكم جزيئات PrP المختلفة فوق بعضها البعض "في السجل" ، وهذا يعني أن كل بقايا من الأحماض الأمينية تكون بالضبط أعلى البقايا المكافئة في مونومر PrP السابق [19]. تشير بيانات التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي للرنين المغناطيسي للحالة الصلبة وبيانات التحليل الطيفي للرنين المغناطيسي (EPR) بقوة إلى أن الأميلويد غير الممرض والتكاثر الذي وصفه باسكاكوف والمتعاونون به يتميز بهندسة PIRIBS [20]. من المعروف أيضًا أن شظايا PrP الأصغر يمكن طيها في هياكل PIRIBS [21]. وصف Surewicz وزملاؤه [22] تكاثرًا آخر (ولكن هذه المرة مُمْرِض) أميلويد PIRIBS الذي يشتمل على وحدات فرعية PrP23-144. يجب اعتباره بريون PIRIBS PrP حسن النية ، ولكن نظرًا لأنه يشتمل على نسخة مبتورة من PrP ، يجب استبعاده من كتالوج مطابقات PrP كاملة الطول. ومع ذلك ، تم ذكره هنا لسببين: من ناحية ، توجد طفرة كهرمانية في PrP (PrP145Stop) تؤدي إلى التعبير عن PrP23-144 المبتور وتؤدي إلى مرض بريون عائلي. من ناحية أخرى ، تتضمن الخاصية N- و C-truncated ، الناتجة عن معالجة PK لـ A117 التكاثري ، غير الممرض PrP amyloid ، اقتطاعًا C مماثلًا ، لذلك من المغري التكهن بأن كلا الأميلويد يشتركان في بنية مماثلة (الشكل 2) . وتجدر الإشارة إلى أنه خلال المرور المتتالي للبريونات PrP23-144 في الفئران من النوع البري ، تظهر أيضًا PrP Sc الكلاسيكية ، كما في الحالات التي وصفها Baskakov وزملاؤه. [18]. ليس من الواضح إلى أي مدى يساهم كل مطابق لـ PrP في التسبب في المرض. في هذه المرحلة ، من الجدير بالذكر أن بعض المؤلفين قد اقترحوا أنه حتى في الحالات الأبسط من مرض البريون مثل الحالات المتفرقة ، فإن PrP Sc ليس المطابق الممرض: بدلاً من ذلك ، يوجد نوع "سام" مشتق من PrP Sc [23] . مع ذلك ، مُطابِق آخر محتمل ، تقع مناقشته خارج نطاق هذا التمهيدي.


تملي سلالات بريون الثدييات النتائج المرضية التفاضلية

مثل الأمراض التنكسية العصبية البشرية المميتة الأخرى ، فإن اعتلال الدماغ الإسفنجي القابل للانتقال (TSEs) ، أو أمراض البريون ، لها حالات تظهر بشكل متقطع (مرض كروتزفيلد جاكوب [CJD]) أو موروثة (أرق عائلي مميت ومتلازمة جيرستمان-Str & # x000e4ussler-Scheinker) [ 1]. بشكل ملحوظ ، يمكن أيضًا الإصابة بأمراض البريون عن طريق العدوى (على سبيل المثال ، كورو في البشر). تصيب TSEs مجموعة واسعة من أنواع الثدييات (على سبيل المثال ، سكرابى في الأغنام ، ومرض الهزال المزمن في عنق الرحم ، والاعتلال الدماغي الإسفنجي البقري [جنون البقر] في الماشية). تحدث هذه الاضطرابات بسبب تحويل البروتين الطبيعي المشفر ، PrP C ، إلى شكل معدي غير طبيعي يسمى PrP Sc والذي يعتمد بشكل عام على بنية تشبه الأميلويد. تشير فرضية البريون المقبولة على نطاق واسع إلى أن PrP Sc هو العامل الوحيد القابل للانتقال لأمراض البريون ، مما يجعله متميزًا عن مسببات الأمراض التقليدية التي تحتوي على مكون حمض نووي. ومع ذلك ، كان من غير الواضح منذ فترة طويلة كيف يمكن لعامل معدي قائم على البروتين أن يفسر وجود سلالات البريون.

حتى الملاحظات المبكرة لأمراض البريون تصف تنوعًا كبيرًا في أعراض المرض مع عزلات مختلفة من PRP Sc [2]. يظهر هذا عادةً كتباين في فترة الحضانة (الوقت من الإصابة إلى ظهور الأعراض) أو أنماط توزيع PrP Sc أو علم الأمراض الإسفنجي في الدماغ. بالإضافة إلى ذلك ، تُظهر عزلات البريون درجات مختلفة من قابلية الانتقال بين الأنواع ، وهي ظاهرة تسمى حاجز & # x0201cspecies ، & # x0201d حيث يكون الانتقال بين الأنواع المختلفة أقل كفاءة بشكل عام من الانتقال داخل نفس النوع. تم لفت انتباه الجمهور إلى هذا في منتصف التسعينيات مع تفشي مرض جنون البقر (يشار إليه عمومًا باسم & # x0201cmad مرض البقر & # x0201d) وانتقاله لاحقًا إلى البشر ، مما تسبب في مرض جديد يسمى CJD المتغير [2]. جادل البعض بأن الاختلاف في علم الأمراض وقابلية الانتقال المتعلقة بسلالات البريون يشير إلى أن العامل المعدي يجب أن يحتوي على مكون حمض نووي أو يتم ترميزه عن طريق التغييرات في تسلسل PrP بطريقة مماثلة مثل تعدد الأشكال الوراثي الذي يميز سلالات مختلفة من العدوى الفيروسية أو البكتيرية. ومع ذلك ، تم عزل سلالات البريون المتميزة التي لها بنية أولية متطابقة ، مما يشير إلى أن الأساس المادي لسلالات البريون لم يتم تحديده ببساطة من خلال اختلاف التسلسل. في الواقع ، أظهرت هذه الدراسات المبكرة أن سلالتين مختلفتين من اعتلال دماغ المنك القابل للانتقال أظهرتا مقاومة مختلفة للبروتياز ، مما يشير إلى أن سلالات البريون تمثل تكوينات مجمعة متميزة من نفس البروتين [3].


دليل على انتقال مجاميع Aβ من إنسان إلى آخر

بين عامي 1958 و 1985 ، تم علاج عدة آلاف من الأشخاص في المملكة المتحدة وفرنسا والولايات المتحدة من قصر القامة بحقن هرمون النمو البشري المستخرج من أدمغة الجثث. توقف هذا العلاج في عام 1985 بعد أن تبين أن بعض المرضى قد أصيبوا بمرض البريون البشري ، مرض كروتزفيلد جاكوب ، من مادة محقونة ملوثة بمجموعات PrP المعدية [6]. يجب أن تحتوي الجثث التي تم استخراج هرمون النمو الملوث منها على مجاميع غير مكتشفة من مادة PrP داخل أدمغتها. في دراسة حديثة نُشرت في مجلة Nature ، أجرى باحثون من جامعة كوليدج لندن عمليات تشريح لجثث 8 أفراد ، تتراوح أعمارهم بين 36 و 51 عامًا ، ماتوا بسبب مرض البريون المكتسب [6،7،8]. وجد الباحثون مجاميع PRP في أدمغة جميع المرضى الثمانية ، كما هو متوقع ، لكنهم فوجئوا أيضًا بالعثور على كتل Aβ واسعة النطاق داخل أدمغة 4 من المرضى ، وتكتل خفيف Aβ في 3 مرضى آخرين. على الرغم من أنه لم يتم تشخيص أي من هؤلاء المرضى بمرض الزهايمر ، فمن النادر للغاية العثور على هذا النوع من تراكم Aβ في هذه الفئة العمرية ، خاصة بالنظر إلى أن الباحثين وجدوا أنه لم يكن لدى أي من هؤلاء المرضى أي طفرات جينية معروفة بأنها تزيد من احتمالية الإصابة المبكرة. بداية مرض الزهايمر. تسببت هذه النتيجة في تساؤل الباحثين: هل يمكن أن تنتقل تجمعات Aβ أيضًا من أدمغة الجثث؟

للإجابة على هذا السؤال بثقة ، احتاج الباحثون إلى اختبار فرضيتين. أولاً ، هل وجود تكتلات PrP يزيد من احتمالية أن يُظهر دماغ الشخص أيضًا تراكم Aβ؟ لاستبعاد هذا الاحتمال ، بحث الباحثون عن تجميع Aβ في 116 مريضًا آخر ماتوا من أمراض بريون متفرقة أو وراثية (أي غير معدية). هؤلاء ال 116 مريضا لم يكتسبوا مرض البريون من هرمون النمو البشري المصاب. وجدوا أنه لم يكن لدى أي من المرضى في هذه المجموعة الضابطة تجميع مماثل لـ Aβ. They next asked whether Aβ aggregates could be found in the region of the brain where human growth hormone had been extracted from the cadavers. They examined the brains of an additional 49 patients who had died from Alzheimer’s, and indeed found Aβ aggregates in this particular brain region in 7 of these patients.

Based on their comprehensive findings (summarized in Figure 3), the researchers concluded that the extensive Aβ aggregates in these patients were likely triggered by small Aβ clumps contained in the cadaver-extracted human growth hormone. These cadaver Aβ clumps had very likely led to the misfolding and aggregation of normal Aβ protein in these patients’ brains. This finding represents the first observation of human-to-human Aβ transmission and perhaps the first indication that Alzheimer’s disease may be transmitted among humans in a similar fashion as prions.

الشكل 3: Summary of new findings. Autopsies of 8 patients who died from human growth hormone-acquired prion disease revealed that Aβ aggregates may be transmitted from human to human.


Prions, Nearly Indestructible and Universally Lethal, Seed the Eyes of Victims

It was probably only a matter of time until someone connected the dots.

Prions &ndash infectious proteins -- had turned up in the eyes of victims of prion diseases.

Infected donor corneas had transmitted prion disease to recipients on at least a few occasions.

And often, patients who later turn out to be infected with prions have eye trouble for which they seek medical attention and testing before they are aware they are infected.

The possibility was horrifying. But it demanded investigation.

Prions are proteins, and, as every biology student knows, proteins are dependent on DNA and RNA for their existence. Yet prions have stumbled upon a way to be self-replicating nonetheless. Their diseased shape induces proteins of similar sequence but healthy shape &ndash found abundantly in all nervous tissue -- to misfold when they collide with a prion. Now they are infectious too, part of a relentless and lethal domino effect.

The diseases they cause are grim. Mad Cow Disease is the most famous, but kuru also possesses a certain notoriety thanks to its unorthodox mode of transmission. Although uncommon, prion diseases are incurable and bring dementia swiftly followed by death. In the case of spontaneous Creutzfeldt-Jakob Disease (sCJD), the most common prion disease, half of patients are dead within six months of symptom onset. That figure reaches 95% within a year. In a particularly vexing twist, prions are also nearly impervious to destruction, even when attacked using a strenuous combination of disinfectants, heat, and pressure.

As you can imagine, this makes prions difficult to eliminate from infected tissues and equipment. In addition to corneal transplants, sCJD has also been transmitted by transplants of brain tissue called dura mater, growth hormone from cadavers, and perhaps most worryingly, neurosurgical instruments. So any method that might throw prions into the path of uninfected people deserves scrutiny.

Enter the study published in November in the journal مبيو by a team of American scientists that found the eyes of human prion victims are loaded with infectious particles even before they have begun to exhibit symptoms. Further, these particles are present on the surface of their corneas, the covering of the eye. 100% of the eyes of 11 sCJD victims who donated their bodies for study were seeded throughout with prions. 100% of their corneas contained prion seeding of a &ldquolow to moderate&rdquo degree. Because the cornea is enervated, the prions, which prey on proteins found in neurons, may be reaching the surface via these tiny neural conduits.

The retina &ndash the light sensing layer at the back of the eye -- was most densely packed with prions in the inner and outer plexiform layers. They were easily visible in tissue stains.

Normal retina (left) and diseased retina (right). Prions visible as a brownish stain in the inner and outer plexiform layers. Credit: Orrù et al. 2018

In half of the 11 cases, the concentration of prions in the retina approached levels found in the brain, the epicenter of prion activity.

On the plus side, this finding, combined with the relative ease of assessing the retina, suggests a new target for traditionally tricky CJD diagnosis by non-invasive methods as electroretinograms.

On the other hand, all remaining implications are disturbing. It&rsquos unknown how early in the disease process prions appear in the eyes of humans, but in rodents, they are present prior to the onset of disease. About 40% of sCJD patients develop eye-related symptoms serious enough to warrant a consultation with an ophthalmologist. Somwhere between a quarter and a half go blind.

Undiagnosed CJD patients may seek testing. And the diagnostic equipment used to test them may then become contaminated, the authors write. They recommend single-use instruments or the adoption of new decontamination procedures for opthalmological equipment with better effectiveness on prions.

Meanwhile, corneal transplants are becoming increasingly popular worldwide. According to the authors, 185,576 were performed in 116 countries in 2012, a new high. The United States leads the world per capita, with 64,000 performed each year. The authors further recommend speeding and perfecting the development of synthetic corneas to reduce the need for donor corneas.

But there are yet more worrying implications of these findings.

As I wrote about at this blog earlier this year, there is a growing uneasiness that the clumping proteins associated with some of the most common and deadly neurodegenerative diseases behave in ways that are uncomfortably similar to prions.

One question suggested by this research is whether the eyes of Alzheimer&rsquos and Parkinson&rsquos patients are likewise filled with amyloid-beta, alpha-synuclein, and tau, and if that is the case, if the accumulation of those proteins in eyes might be exploited to aid diagnosis, a notoriously tricky proposition for these diseases.

Another is &ndash and I am entering deep speculative territory here, as in, no one actually qualified to render an opinion on this has said it, I&rsquom just putting two and two together in my head -- whether ophthalmological equipment could act as a vector for those diseases, as surgical equipment has already been hypothesized to do.

Don&rsquot skip your eye exam. But given the seriousness of the stakes, I hope that someone out there is investigating these hypotheses. Yes, the odds are low. But the stakes are very, very high.

Orrù, Christina D., Katrin Soldau, Christian Cordano, Jorge Llibre-Guerra, Ari J. Green, Henry Sanchez, Bradley R. Groveman et al. "Prion Seeds Distribute throughout the Eyes of Sporadic Creutzfeldt-Jakob Disease Patients." مبيو 9 ، لا. 6 (2018): e02095-18.

الآراء المعبر عنها هي آراء المؤلف (المؤلفين) وليست بالضرورة آراء Scientific American.

عن المؤلفين)

Jennifer Frazer, an AAAS Science Journalism Award–winning science writer, authored The Artful Amoeba blog for Scientific American. She has degrees in biology, plant pathology and science writing.


Role of cellular prion protein in interneuronal amyloid transmission

Several studies have indicated that certain misfolded amyloids composed of tau, β-amyloid or α-synuclein can be transferred from cell to cell, suggesting the contribution of mechanisms reminiscent of those by which infective prions spread through the brain. This process of a 'prion-like' spreading between cells is also relevant as a novel putative therapeutic target that could block the spreading of proteinaceous aggregates throughout the brain which may underlie the progressive nature of neurodegenerative diseases. The relevance of β-amyloid oligomers and cellular prion protein (PrP C ) binding has been a focus of interest in Alzheimer's disease (AD). At the molecular level, β-amyloid/PrP C interaction takes place in two differently charged clusters of PrP C . In addition to β-amyloid, participation of PrP C in α-synuclein binding and brain spreading also appears to be relevant in α-synucleopathies. This review summarizes current knowledge about PrP C as a putative receptor for amyloid proteins and the physiological consequences of these interactions.

الكلمات الدالة: Amyloid Cellular prion protein Neurodegeneration Proteinaceous species Spreading ‘Prion-like’ spreading.


الشكل 4

Figure 4. Cosedimentation of PrP and its fragments with Aβ1–42 fibrils. (A) Schematic diagram of PrP fragments used. Full-length PrP or its fragments (2 μM) were preincubated in the absence (B) or presence of Aβ1–42 fibrils (20 μM) (C). Samples were then centrifuged, and pellets and supernatants were analyzed by SDS-PAGE. Symbols P and S refer to pellet and supernatant, respectively. (D) Percent fraction of PrP cosedimented with fibrils was determined by densitometric analysis of the gels.

PrP Induces Lateral Association of Preformed Aβ Fibrils


What is the structural basis of variant phenomena?

The structure of infectious PrP is not yet known, but infectious amyloids of the prion domains of Ure2p, Sup35p and Rnq1p each have an in-register parallel β-sheet structure (see, for example, [10]). Thus, each residue of the last monomer to join the filament contacts the same residue of the preceding monomer (Figure 1c). The register is maintained by hydrogen bonds between Gln or Asn (the so-called β-zipper) and possibly between Ser and Thr residues. A line of hydrophobic residues down the fiber will likewise have positive interactions, helping to keep the β-sheet in register. The location of turns, the contacts between β-sheets and the extent of β-sheet are thus transmitted to the newly joined monomer. Combined with chain breakage to make new seeds, this templating action can explain the heritability of prion strains/variants [11]. A weakly homologous or non-homologous (but still Q/N rich) monomer might interact with part of the monomer on the end of the filament, so that only part of its conformation was fixed. The remainder may form by some stochastic interaction with another monomer identical to itself (shown schematically in Figure 1c). This could explain yeast prion cross-seeding and the 'mutation' phenomena using the known structural information.


General Model

How may all these phenomena be brought together? The recent experimental evidence for these emerging concepts now allows a general model for mammalian prions to be proposed (table S1), which accommodates the known phenomena of exponential propagation of infectivity, strain diversity and mutation, transmission barriers, and the uncoupling of infectivity from neurotoxicity, while remaining within the constraint of requiring only a single polypeptide to constitute all strains of infective and toxic species.

Essentially, the phenomena of prion disease pathogenesis can be explained in terms of the kinetics of prion propagation, determined by interplay between prion strain type (dominant PrP Sc polymer and its ensemble) and tissue/host environment (PrP sequence and expression level, modifier genes, and clearance mechanisms) selection of preferred conformers determines transmission barriers. Neurotoxicity is mediated by a PrP species, PrP L , distinct from PrP Sc but catalyzed by it, and occurs when PrP L concentration passes a local toxic threshold. Rapid propagation (with a host-adapted strain and normal or high levels of host PrP C expression) results in severe neurotoxicity and death at strain-specific incubation periods. Slow propagation (after infection across a transmission barrier or with low host PrP C expression) results in low neurotoxicity and prolonged and more variable incubation periods or a persistent carrier state.

The concept of prion strain originated from biological experiments, but at a molecular level there may be quite distinct infectious PrP polymers (PrP Sc types) that cannot be distinguished by transmission studies in inbred laboratory mouse lines. Although in practice, the converse situation of biologically distinct prion strains associated with PrP Sc that cannot be biochemically differentiated by current methods will also be observed, under this general protein-only model such biochemical or biophysical differences in PrP Sc must exist, and the model would predict that differences would be observed with more discriminating molecular methods, challenging the historical primacy of biological classification of prion strains.


نقاش

AmyPro is a novel, carefully curated database of amyloid precursor proteins and their amyloidogenic sequence regions that aims to provide an up-to-date view of the entire amylome. It contains significantly more amyloid-forming proteins than any of its peers, mainly due to incorporating validated functional amyloids and prion proteins from all kingdoms of life for the first time. AmyPro will be regularly updated, relying not only on data submissions from the research community but also on regular internal updates based on scanning newly published amyloid literature. By storing the most comprehensive list of amyloid fibril-forming proteins published so far in combination with a useful set of features facilitating their efficient analysis, we anticipate AmyPro to become central to amyloid research, and to have major impact on its progress. To achieve this goal we are dedicated to ensure the long-term availability of the database.

In particular, AmyPro has huge potential in helping to elucidate the sequential determinants of amyloid fibril formation. Furthermore, the provided functional classifications might enable refining these sequential determinants according to the biological functions of amyloid fibrils and understanding the functional relevance of their differences. Better definition of the sequence determinants of amyloid fibril formation will also help in understanding and predicting the effects of mutations within amyloidogenic sequence fragments and relate them to the underlying molecular mechanisms, which in turn may enable the development of novel methods for more accurate computational identification of amyloidogenic regions within proteins.


شاهد الفيديو: Prion disease animation (أغسطس 2022).