PRIONEN: EIGENSCHAFTEN, STRUKTUR, FUNKTIONEN, KRANKHEITEN - BIOLOGIE - 2025

Die Prionen sind Proteine ​​ohne Nukleinsäuregenom oder die als Infektionserreger wirken. Der Begriff "Prion" bedeutet proteinhaltige infektiöse Partikel (aus dem Englischen proteinhaltige infektiöse Partikel) und wurde vom Neurologen und Nobelpreisträger Stanley B. Prusiner geprägt.

1982 identifizierten Prusiner und seine Kollegen ein infektiöses Proteinpartikel, während sie die Ursachen von Creutzfeldt-Jakob-Erkrankungen (beim Menschen) und der spongiformen Rinderenzephalopathie untersuchten.

Rückstände von Rinderprionprotein. Entnommen und bearbeitet von: 23-230 López-García, F., Zahn, R., Riek, R., Wuthrich, K. und RCSB, über Wikimedia Commons

Diese seltenen Infektionserreger kommen in der Membran normaler Zellen nur als fehlgefaltete Proteine ​​und / oder mit einer abnormalen dreidimensionalen Struktur vor. Diese Proteine ​​sind für multiple degenerative Erkrankungen und eine sehr hohe Mortalität verantwortlich, die das Nervengewebe und die Struktur des Gehirns beeinflussen.

Sie werden auch Prionkrankheiten genannt. Zu den wichtigsten Erkrankungen des Menschen zählen Kuru, die Gerstmann-Sträussler-Scheinker-Krankheit, das Creutzfeldt-Jakob-Syndrom und tödliche familiäre Schlaflosigkeit.

Allgemeine Charakteristiken

Prionen sind Proteinstrukturen, die in Zellmembranen vorhanden sind. Diese Proteine ​​haben eine veränderte Form oder Konformation.

In Bezug auf seine Vermehrung wird es durch die Umwandlung von Formen erreicht, wie im Fall der Scrapie-Krankheit. Bei dieser Krankheit rekrutieren Prionen PrP (C) (die Prionproteine ​​mit unveränderter Konformation), um die Umwandlung in die PrP (Sc) -Isoform zu stimulieren.

Dies erzeugt eine Kettenreaktion, die das infektiöse Material verbreitet und somit die Spülung der Krankheit ermöglicht. Wie dieser Konvertierungsprozess abläuft, ist noch unbekannt.

Diese ungewöhnlichen Proteine, die sich vermehren können, haben keine Nukleinsäuren. Ein Beweis dafür ist, dass sie gegen Röntgenstrahlen und ultraviolette Strahlung beständig sind. Diese Mittel bauen leicht Nukleinsäuren ab.

Prionproteine, aus denen Prionen (PrP) bestehen, kommen im gesamten Körper vor, nicht nur beim Menschen, sondern auch bei anderen gesunden Wirbeltieren. Diese Proteine ​​sind im Allgemeinen resistent gegen Proteasen (Enzyme, die Proteine ​​katalysieren).

Über die Nützlichkeit der PrP (C) Prionproteine, der normalen Form des nicht infektiösen Proteins im menschlichen Körper, ist sehr wenig bekannt.

Einigen Forschern ist es jedoch gelungen zu zeigen, dass diese Proteine ​​bei Mäusen die Myelinreparatur in Zellen des peripheren Nervensystems aktivieren. Es wurde auch gezeigt, dass das Fehlen dieser Zellen eine Demyelinisierung solcher Nervenzellen verursacht.

Strukturen

Das Wissen über die Struktur von Prionen beruht hauptsächlich auf den Untersuchungen, die am Bakterium Escherichia coli durchgeführt wurden.

Studien haben gezeigt, dass die Polypeptide in der Kette PrP (C) (normal) und PrP (Sc) (infektiös) in der Zusammensetzung der Aminosäuren identisch sind, sich jedoch in ihrer 3D-Konformation und ihrer Faltung unterscheiden.

PrP (C)

Diese nicht infektiösen Prionen haben beim Menschen 209 Aminosäuren. Sie haben eine Disulfidbindung. Seine Struktur ist alpha-helikal, was bedeutet, dass es spiralförmige Aminosäuren (Alpha-Helices) und wenige flache Stränge von Aminosäuren (Beta-Faltblätter) aufweist.

Dieses Protein kann nicht durch Zentrifugation abgetrennt werden, was bedeutet, dass es nicht sedimentierbar ist. Es wird leicht durch die Breitband-Serinprotease namens Proteinase K verdaut.

PrP (Sc)

Es ist ein infektiöses Protein, das PrP (C) in infektiöse PrP (Sc) -Isoformen mit einer abnormalen Konfiguration oder Form umwandelt.

Über seine 3D-Struktur ist sehr wenig bekannt, es ist jedoch bekannt, dass es nur wenige helikale Formen und flachere Stränge oder Beta-Blätter aufweist. Die Verschiebung zur Isoform ist das sogenannte Schlüsselereignis von Prionkrankheiten.

Eigenschaften

Zelluläre Prionproteine ​​befinden sich auf der Zelloberfläche einer Vielzahl von Organen und Geweben. Über die physiologischen Funktionen von Prionen im Körper ist sehr wenig bekannt. Trotzdem zeigen Experimente an Mäusen mögliche Funktionen wie:

Mit metabotropen Glutamatrezeptoren

Es wurde gezeigt, dass PrP (C) mit Glutamatrezeptoren (ionotrop und metabotrop) wirkt. PrP (C) ist als Rezeptor für synaptotoxische Oligomere des Aβ-Peptids der Zelloberfläche beteiligt.

In der Embryonalentwicklung

Bei Mäusen der Murinae-Familie wurde festgestellt, dass die Prionproteine ​​PrP (C) innerhalb weniger Tage nach der Implantation in der Embryonalentwicklung exprimiert werden.

Dies weist darauf hin, dass sie bei der Entwicklung dieser kleinen Säugetiere eine Rolle spielen. Rolle, die nach Ansicht der Forscher mit der Regulation der Neuritogenese (Produktion von Axonen und Dendriten von Neuronen) zusammenhängt.

Sie wirken auch auf das axonale Wachstum. Diese Prionproteine ​​sind sogar an der Entwicklung des Kleinhirnkreislaufs beteiligt. Aus diesem Grund wird angenommen, dass das Fehlen dieser PrP (C) -Prionen zu einer Verzögerung der motorischen Entwicklung von Nagetieren führt.

Neuroprotektiv

In Studien zur Überexpression von PrP (C) durch Genorientierung wurde festgestellt, dass das Fehlen dieser Prionen Probleme mit der Blutversorgung einiger Stellen im Gehirn verursacht (akute zerebrale Ischämie).

Dies bedeutet, dass Prionproteine ​​als Neuroprotektoren fungieren. Zusätzlich wurde gezeigt, dass eine Überexpression von PrP (C) Verletzungen durch Ischämie reduzieren oder verbessern kann.

Periphäres Nervensystem

Kürzlich wurde die physiologische Rolle von Prp (C) bei der Aufrechterhaltung des peripheren Myelins entdeckt.

Während einer Laborstudie wurde festgestellt, dass Labormäuse in Abwesenheit des Prionproteins Defizite in den Nerven entwickelten, die Informationen aus dem Gehirn und dem Rückenmark transportieren, was als periphere Neuropathie bezeichnet wird.

Zelltod

Es gibt einige Proteine, die Prionen ähnlich sind, und diese befinden sich in anderen Teilen des Körpers als im Gehirn.

Die Funktion solcher Proteine ​​besteht darin, den Zelltod zu initiieren, zu regulieren und / oder zu kontrollieren, wenn der Organismus angegriffen wird (zum Beispiel durch Vironen), wodurch die Ausbreitung des Pathogens verhindert wird.

Diese besondere Funktion dieser Proteine ​​lässt Forscher über die mögliche Bedeutung nichtinfektiöser Prionen im Kampf gegen Krankheitserreger nachdenken.

Langzeitgedächtnis

Eine am Stowers Institute in Missouri, USA, durchgeführte Studie zeigte, dass PrP-Prionen eine Rolle bei der Aufrechterhaltung des Langzeitgedächtnisses spielen können.

Die Studie ergab, dass bestimmte Prionproteine ​​so gesteuert werden können, dass sie die physiologischen Funktionen des Langzeitgedächtnisses aufrechterhalten.

Stammzellenerneuerung

Eine Untersuchung an Prionproteinen, die in Stammzellen des Blutgewebes exprimiert werden, ergab, dass alle diese Stammzellen (hämatopoetisch) Prionproteine ​​in ihrer Zellmembran exprimieren. Es wird daher angenommen, dass sie am komplexen und sehr wichtigen Prozess der Zellerneuerung beteiligt sind.

Durch Prionen verursachte Krankheiten

Die Pathologien des Prionenursprungs werden als fortschreitende degenerative Hirnstörungen erkannt. Sie können Rinder, Hirsche, Karibu, Schafe und sogar Menschen angreifen.

Diese Krankheiten werden durch eine Veränderung der Struktur der PrP (C) -Proteine ​​verursacht, deren spezifische Funktionen bis heute ungewiss sind. Prionpathologien können ohne bekannte Ursache auftreten. Sie können einen vererbten genetischen Ursprung haben und auch infektiös-ansteckend übertragen werden.

Prionen verursachen familiäre, sporadische und ansteckende Krankheiten. Familiäre Prionkrankheiten sind solche, die vererbbar sind. Sporadische Pathologien sind am häufigsten und treten ohne bekannte Ursachen auf.

Ansteckende Krankheiten gelten als selten, sie sind von Person zu Person, von Tier zu Tier, von Person zu Tier und umgekehrt übertragbar. Die Ursachen sind vielfältig und reichen vom Verzehr von kontaminiertem Fleisch, Kannibalismus, Transfusionen bis zum Umgang mit kontaminierten chirurgischen Geräten.

Die häufigsten Prionkrankheiten sind:

Creutzfeldt-Jakob-Krankheit (CJD)

Es gilt als die häufigste Prionkrankheit unter Menschen und ist eine kosmopolitische Krankheit, dh sie ist weltweit verbreitet. Es kann erblich (familiär), sporadisch oder ansteckend sein.

Patienten mit Symptomen wie Demenz, Rucken oder plötzlichen unwillkürlichen Bewegungen sowie Defiziten im Zentralnervensystem.

Abhängig von der Behandlung und Form der Krankheit kann der Tod zwischen 4 Monaten und 2 Jahren nach dem Erwerb der Krankheit eintreten. Die Diagnose ist schwer zu stellen, sie wird normalerweise post mortem während der Autopsie gestellt.

Lichtmikroskopische Aufnahme von Hirngewebe, die das Vorhandensein typischer Amyloid-Plaques zeigt, die in einem varianten Fall der Creutzfeldt-Jakob-Krankheit gefunden wurden. Entnommen und bearbeitet von: Inhaltsanbieter: CDC / Teresa Hammett Bildnachweis: Sherif Zaki; MD; PhD; Wun-Ju Shieh; MD; PhD; MPH, über Wikimedia Commons

Gerstmann-Sträussler-Scheinker-Krankheit

Es ist eine Krankheit, die durch Prionen in einem vererbbaren oder autosomal dominanten infektiösen Gehirnprozess verursacht wird. Die Krankheit manifestiert sich bei Menschen im Alter von 40 bis 60 Jahren.

Diese Menschen haben Probleme, Wörter (Dysarthrie), Rucke oder plötzliche unwillkürliche Bewegungen zu artikulieren, wobei Aggressivität häufig ist.

Sie zeigen eine Kleinhirnentartung, die von einem unsteten Gang begleitet wird. Es ist auch möglich, unter anderem Hyporeflexie, Taubheit, Blicklähmung, Demenz zu beobachten. Die Lebenserwartung beträgt ca. 5 Jahre oder etwas länger.

Prionopathie mit variabler Empfindlichkeit gegenüber Protease

Es ist eine sehr seltene Krankheit, bis zu einem Punkt, an dem 2 bis 3 Fälle pro 100 Millionen Einwohner auftreten. Die Pathologie ähnelt der Gerstmann-Sträussler-Scheinker-Krankheit.

Die klinischen Manifestationen des Proteins weisen auf eine geringe Resistenz gegen Proteasen hin, einige sind mehr und andere weniger empfindlich gegenüber diesen Enzymen.

Die Symptome, die Patienten zeigen, sind: Probleme mit Sprache und kognitiven Beeinträchtigungen, Verlust von Neuronen in dem Bereich, in dem das Gehirn Bewegungen steuert und Muskelkoordination durchführt.

Die Krankheit tritt häufig bei älteren Patienten (70 Jahre) auf und die geschätzte Lebensdauer nach einer Infektion beträgt ungefähr 20 Monate.

Tödliche Schlaflosigkeit

Es ist eine erbliche oder familiäre Erkrankung, die auch sporadisch auftreten kann. Es ist bekannt, dass die Krankheit auf eine erbliche oder autosomal dominante Mutation zurückzuführen ist.

Patienten zeigen Symptome wie kumulative Schlaf- und Schlafstörungen, Demenz, kognitive Beeinträchtigungen, sogar Probleme mit Bluthochdruck, Tachykardie, Hyperhidrose und andere.

Das betroffene Alter ist ziemlich breit und liegt zwischen 23 und 73 Jahren, das Durchschnittsalter beträgt jedoch 40 Jahre. Die einmal infizierte Lebensdauer beträgt etwas mehr als 6 Jahre.

Kuru

Diese Prionkrankheit wurde nur bei den Einwohnern von Papua-Neuguinea festgestellt. Es ist eine Krankheit, die mit Kannibalismus und der kulturellen Tradition des Ritus der Trauer um die Toten zusammenhängt, bei der diese Menschen Gehirn oder menschliches Fleisch essen.

Menschen, die die Krankheit tragen, haben normalerweise unkontrollierbare und unwillkürliche Bewegungen in verschiedenen Körperteilen.

Sie zeigen Zittern, Verlust der Kontrolle über Bewegungen und Verlust der Muskelkoordination. Die Lebenserwartung bei Infizierten beträgt zwei Jahre.

Krankheiten bei Tieren

Zu den Pathologien, die Prionen bei Tieren hervorrufen, gehört die spongiforme Rinderenzephalopathie. Diese Krankheit verursachte in Europa, in der öffentlichen Gesundheit, bei Tieren und in der Wirtschaft der betroffenen Länder Chaos.

Andere Krankheiten bei Tieren sind Scrapie, übertragbare Nerz-Enzephalopathie, chronische Abfallkrankheit (bei Hirschen) und spongiforme Katzen-Enzephalopathie.

Diese Krankheiten, wie sie auch beim Menschen auftreten, sind nicht wirksam zu behandeln. Daher ist eine Vorbeugung besonders nach Infektionen beim Menschen unerlässlich, die durch den Verzehr von Fleisch von infizierten Kühen verursacht wurden.

Behandlungen

Bisher ist kein Heilmittel für Prionkrankheiten bekannt. Die Behandlung ist symptomatisch. Den Patienten wird empfohlen, Palliativversorgung und Gentests zu planen, und es wird empfohlen, Familienmitglieder zu beraten.

Eine Vielzahl von Medikamenten wurde bei Patienten mit Prionkrankheiten wie Virostatika, Antitumoren, Medikamenten gegen Krankheiten wie Parkinson, Behandlungen zur Immunsuppression, Antibiotika, Antimykotika und sogar Antidepressiva getestet.

Derzeit gibt es jedoch keine Hinweise darauf, dass einige davon die Symptome lindern oder das Überleben der Patienten verbessern.

Verhütung

Prionen sind gegen eine Vielzahl physikalischer und chemischer Veränderungen resistent. Es werden jedoch verschiedene Techniken eingesetzt, um eine Kontamination von Patienten mit kontaminierten chirurgischen Instrumenten zu vermeiden.

Zu den am häufigsten verwendeten Techniken gehört es, die Ausrüstung eine Stunde lang in einem Autoklaven bei 132 ° C zu sterilisieren und die Instrumente dann mindestens eine weitere Stunde lang in Natriumhydroxid zu tauchen.

Andererseits hat die Weltgesundheitsorganisation (WHO) Maßnahmen entwickelt, um die Ausbreitung von Prionkrankheiten zu verhindern. Diese Organisation legt Normen für den Umgang mit verbotenen oder potenziell riskanten Geweben wie Augen, Gehirn, Darm, Mandeln und Rückenmark fest.

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