Віроїд сонячного опіку авокадо.

1.6. Пріони - як і деякі віруси є збудниками повільних летальних інфекцій, що викликають поразки центральної нервової системи людини і тварин, об'єднані в групу “підгострих трансмісивних губкоподібних енцефалопатій". Включають чотири хвороби людини (куру, Крейцфельда-Якоба, синдром Герстманна-Штрейснера, аміотрофічний лейкоспондіоз) і чотири захворювання тварин (скрейпі овець, губкоподібну енцефалопатію корів (“сказ" корів), трансмісивну енцефалопатію норок і хронічну виснажуючу хворобу лосів, що знаходяться в неволі, і чорнохвостого оленя).

Являють собою поліпротеіди з невеликою масою (20-30D) (рис. 2). Особливістю інфекційного процесу є відсутність асоційованих з пріонами нуклеїнових кислот. Мабуть, на відміну від інфекційних захворювань бактерійного або вірусного походження, у разі т.н. неканонічних вірусних інфекцій саме білки є безпосередніми збудниками захворювання і саме вони виявляються в уражених органах (передусім в ЦНС) у великих кількостях.

Згідно з гіпотезою лауреата Нобелівської премії 1997 року Стенлі Прузінера механізм запуску процесу патогенезу у разі неканонічних інфекцій пов'язаний з тим, що екзогенний білок (пріон) потрапляючи в клітину змінює конформацію клітинних білків (які в нормі вбудовуються в мембрану клітини) відповідно до власної структури і накопичуються в клітині у високих концентраціях, викликаючи безповоротні зміни клітин нервової тканини. Відрізняючись досить високою стійкістю до термічної обробки пріони можуть ініціювати патологічні процеси при вживанні м'ясних продуктів, що не пройшли достатньої обробки. Не можна виключити також гіпотезу про те, що пріони можуть бути продуктами дерепресії яких-небудь “сплячих" клітинних генів, що блокують нормальне функціювання клітинного геному.

Рис. 9. Білки - пріони

Фізико-хімічні властивості пріонових білків:

ü ультромікроскопічні розміри (здатні проникати через бактеріальні фільтри);

ü стійкі до великих доз УФ опромінення;

ü стійкі до нагрівання при 80^оС (неповна інактивація при 100^оС);

ü стійкі до 0,1 – 0,5 мМ NH₂OH;

ü повна інактивація при автоклавуванні при 136^оС протягом 18 хвилин;

ü інактивація сухим жаром 160^оС протягом 2-4 годин;

ü інактивуються 1N розчином питної соди протягом 1 години при 20^оС;

ü інактивуються 100% фенолом;

ü інактивуються 3 - 8 М розчином мочевини;

ü інактивуються 1 – 10% SDS;

ü інактивуються 2,5% розчином гіпохлорида натрію.

Біологічні властивості пріонових білків :

ü відсутність екліпс-фази;

ü тривалий інкубаційний період (від місяців до десятків років);

ü хронічна прогресуюча патологія (повільна інфекція);

ü відсутність запальних реакцій;

ü відсутність ремісій і одужання: неминуче летальна інфекція;

ü відсутність продукції інтерферону;

ü нечутливість до інтерферону;

ü відсутність антигенності, відсутність білків, відмінних від білків хазяїна;

ü не викликають імунної відповіді (як гуморальної, так і клітинної) ураженого організму;

ü відсутність патогенної дії на клітини in vitro;

ü різні чутливість, вірулентність і патогенез (ураження різних зон мозку у різних видів);

ü зміна круга хазяїв при пасивуванні;

ü реплікація до титрів 10⁵-10¹¹ в мозку;

ü відтворення як в клітині, так і в штучній, безклітинній системі автокаталітичним шляхом

Особливості патогенезу :

Спочатку репликується в селезінці і інших органах ретикуло-ендотеліальної системи, а потім в мозку;

адаптується до нового хазяїна (скорочення інкубаційного періоду);

присутня генетична регуляція чутливості у деяких видів (у овець і мишей для збудника скрейпи);

специфічний круг хазяїв у кожного штаму;

наявність штамів з різним кругом хазяїв і вірулентністю.

Особливістю іфекційного процесу, викликаного пріонами є відсутність асоційованих з пріонами нуклеїнових кислот. Мабуть, на відміну від інфекційних захворювань бактеріального або вірусного походження, у випадку т.з. неканонічних вірусних інфекцій саме білки є безпосередніми збудниками захворювання і саме вони виявляються в уражених органах (передусім в ЦНС) у великих кількостях.

Відповідно до гіпотези лауреата Нобелівської премії 1997 року Стенлі Прузинера механізм патогенезу, пов'язаний з формуванням в корі головного мозга структур, що на зрізі нагадують губку(рис. 8).

Рис. 10. Зріз кори головного мозку при губчастій енцефалопатії. Зліва – нормальна тканина, справа – ураження мозку при губчастій енцефалопатії

Звідси і назва: "губчаста хвороба мозку".

Відрізняючись досить високою стійкістю до температурних дій, пріони можуть ініціювати патологічні процеси при вживанні м'ясних продуктів, що не пройшли достатню обробку.

Окрім потрапляння ззовні (наприклад, з їжею, переливанням крові і її продуктів, введенням гормональних препаратів), пріонова інфекція може бути "запущена" мутацією гена, що кодує в нормі синтез одного з мембранних білків, - PrP - c. Нормальний клітинний білок - PrP - c - кодується єдиним геном, розташованим у людини в 20 хромосомі. Складається приблизно з 254 амінокислотних залишків, включаючи 22-членний N -терминальный сигнальний пептид. Нормальна форма є мембранним білком нервових клітин, схильним до швидкого виведення і протеолітичного розщеплення на поверхні клітин.

Мутантна ізоформа пріонового білка PrP-c - інфекційний пріоновий білок PrP - Sc має молекулярну масу, аналогічну нормальній вазі пріон-протеїна і кодується тим же геном. Обидві форми стійкі до дії протеаз. Спектроскопічний аналіз показав, що PrP-c і PrP-Sc мають різну конформацію: в PrP - c домінує α-спіралізація і в дуже малих кількостях виявляються β-складчасті структури (3%), тоді як PrP - Sc має високий вміст β-структур (до 43%) (рис. 11)

Рис.11. Просторова структура нормального (ліворуч) і пріонового (праворуч) білків.

Малиновий колір – α -спиралі; зелений – β –складки.

Патогенна форма пріона має здатність дифундувати крізь клітинну мембрану і накопичуватися як усередині нервових клітин, так і поза ними. Патогенній формі пріонів властива здатність до утворення міжмолекулярних асоціатів, що обумовлюють, зокрема, утворення амілоїдів в уражених нервових тканинах.

PrP - c входить до складу зовнішніх клітинних мембран, пов'язаний із зовнішньою поверхнею клітин якорем гліколіпіду і бере участь в ендоцитозі і катаболізмі клітин. У нейронах пріон-протеїн потрібний для нормальної синаптичної функції. Припускається, що в нормі пріони беруть участь в міжклітинному пізнаванні і клітинній активації. Не дивлячись на те, що найвищий рівень концентрації PrP - c виявлений в нейронах, його можуть синтезувати і багато інших клітин організму. Патогенні пріон-протеїни, здатні до трансмісії, є мутантами клітинної ізоформи нормального пріон-протеїна. До 1991 року встановлено (Prusiner S.B.) 18 різних мутацій гена PrP людини, які пов'язані з різними пріоновими хворобами.

PrP - c здійснює в клітині циклічне пересування. Він синтезується в шорсткому ендоплазматичному ретикулуме, потрапляє в апарат Гольджи і переноситься за допомогою екзоцитозу на поверхню клітини прикріпляючись до клітинної мембрани за допомогою глікозил-фосфатідил-інозитольного (ГФІ) хвоста. Після цього він переноситься в клітину за допомогою ендоцитоза, а потім назад на поверхню. Цей цикл здійснюється за 60 хвилин. При цьому PrP - c може розрізатись в двох ділянках приблизно в середині молекули, а також на рівні ГФІ хвоста. Це може відбуватися, як в ендоцитозній бульбашці, так і на поверхні клітини.

Одна зі спроб пояснити механізм патогенезу пріонових інфекцій (Мотузок С. В., 1999) зв'язує патогенність пріонових білків з їх здатністю до проходження через клітинні мембрани і зв'язування з протеїназами. У результаті патогенний пріон перетворюється на транспортний білок, що доставляє протеїнази в міжклітинний простір. Наслідком цих подій, відповідно до гіпотези С. В. Вірьовки, є фізіологічно недоречна активація внутрішньоклітинних проферментів з наступним розвитком нейродегенеративних процесів, що ведуть до загибелі клітини.

Вважається що усі встановлені до теперішнього часу види трансмісивних спонгіоформних енцефалопатій людини і тварин пов'язані між собою єдиним збудником і розрізняються лише за механізмом передачі інфекціі та за реакцією макроорганізма на інфекційний агент.

Білок PrP^Sc, так само як і усі інші пріони утворює агрегати у виді високо впорядкованих волокнин, що також називається амілоїдами. Ця властивість украй зближує його з білками інших нейродегенеративных захворювань (амілоідозів), таких як хвороби Альцгеймера і Хантигтона. Для хвороби Альцгеймера характерне накопичення агрегатів білку beta -амілоіда в мозку. При хворобі Хантингтона відбувається ампліфікація триплета, що кодує глутамін, в гені білка Хантингтина і ця мутація викликає агрегацію білку.

Функціональна роль білка PrP доки не відома, проте нещодавно було показано, що PrPC може зв'язуватися з іонами міді. Передбачається що такий комплекс, за допомогою ендоцитоза потрапляючи в клітину потім дисоціює, і іон міді переноситься з ендоцитозної бульбашки всередину клітини в цитоплазму.