Диссертация (Изучение роли последовательностей, богатых аспарагином и глутамином, в индукции амилоидогенеза у дрожжей saccharomyces cerevisiae), страница 5

Термин «прион» (“prion” от“proteinaceous infectious particle” – инфекционные белковые частицы) былпредложен Стенли Прусинером (по: Prusiner and Scott, 1997). Этим терминомПрусинер обозначал инфекционные частицы, сформированные белком PrP,которые вызывали развитие таких нейродегенеративных заболеваний, какпочесуха овец, куру и болезнь Кройцфельда-Якоба у человека. Отличиемэтого инфекционного агента было то, что для заражения заболеванием былодостаточно передачи только белка в амилоидном состоянии – PrPSc (PrPскрэпи).

Позднее были открыты другие белки, обладающие сходнымисвойствами.232.3.3.1 Прионы млекопитающихПервый прион был открыт у млекопитающих и вызывал тяжелыенейродегенеративныезаболевания.Хотяприонныйбелокбылидентифицирован только во второй половине XX века, сами заболевания былиизвестны гораздо раньше. Так почесуха овец была известна с XVIII века (по:Schneider et al., 2008), но только в 30-х годах ХХ века была показанаинфекционная природа заболевания (Cuille and Chelle, 1936; Cuille and Chelle,1939).Спустя примерно 20 лет Гайдушеком и Зигасом было описаносмертельное нейродегенеративное заболевание, распространенное средиаборигенов племени Форе (Папуа-Новая Гвинея), связанное с ритуальнымканнибализмом и известное теперь в мировой литературе как «Куру»(Gajdusekand Zigas, 1957).

Болезнь «Куру» сходна со «скрепи» по симптомам и скороститечения, на что и обратил внимание Вильям Хедлоу (Hadlow, 1959).В дальнейшем были описаны и другие заболевания млекопитающих,имеющие похожие признаки, например синдром Кройцфельда-Якоба (Gibbs etal., 1968).В шестидесятых годах XX века на основе накопленных данных обинфекционном агенте Гриффит (Griffith) предположил, что причинойзаболевания является переход одного из клеточных белков в аномальноесостояние, которое поддерживается автокаталитически (по: Griffith, 1967). Входе исследований, выполненных Стенли Прусинером (Prusiner) с коллегами,гипотеза, высказанная Гриффитом, нашла экспериментальное подтверждение(Prusiner, 1982). Прусинером был выделен белок PrP (от Prion Protein),инфекционная (прионная) форма которого (PrPSc) вызывала развитиезаболеваний.

Непатогенная форма белка, продуцируемая в норме в организме,обозначается PrPС (от cellular) (Prusiner, 1982).Вскоре был идентифицирован ген, кодирующий PrP – Prnp (Chesebro etal., 1985; Oesch et al., 1985). Несмотря на активное исследование прионов,24окончательноеподтверждениегипотезаПрусинераполучилатольконесколько лет назад. В работе, выполненной под руководством ученикаСтенли Прусинера – Ильи Баскакова, удалось in vitro получить прионныеагрегаты полноразмерного белка PrP и заразить ими здоровых мышей(Makarava et al., 2010).Белок PrP является консервативным у амниот. Он располагается навнешней стороне клеточной мембраны, связываясь с ней посредствомгликозил-фосфоинозитольного якоря (Madore et al., 1999; Vey et al., 1996), ипродуцируется во многих органах и тканях.БелоксодержащейсостоитсайтыизN-терминальнойсвязываниянеструктурированнойкатионовмеди,ичасти,глобулярнойC-терминальной части.

Первые 23 аминокислоты составляют сигнальныйпептид, который отрезается в ходе транспорта белка в эндоплазматическийретикулум. В N-терминальной части располагается область тандемныхповторов. Считается, что они участвуют в переходе белка в прионнуюизоформу, поскольку увеличение их числа ассоциировано с повышеннымриском развития заболевания. К С-концу белка присоединяется гликозилфосфоинозитольныйякорь,приэтомпроисходитотрезаниепоследовательности с 231 по 254 аминокислоты (по: Aguzzi and Heppner,2000).С момента открытиябелка проводилось много исследований,направленных на установление функции PrPC.

В середине 90-х годов ХХ векабыло показано, что PrP может связывать ионы меди (Hornshaw et al., 1995), атакже влиять на работу супероксид-дисмутазы (Brown et al., 1997; по:Sorenson, 2001). В то же время эти результаты не удалось воспроизвести in vivo(Hutter et al., 2003). В ряде работ, проведенных in vitro было установлено, чтосвязанный с медью PrP оказывает влияние на клатрин-опосредованныйэндоцитоз (Cheng et al., 2006; Haigh et al., 2005; Pauly and Harris, 1998).Показана важная роль PrP в защите нейронов от апоптоза. Его лигандомявляется секретируемый астроцитами белок STI1, связывание которого25повышает устойчивость нейронов к апоптозу через активацию ERK1/2 и PKAсигнальных путей (Lima et al., 2007; Lopes et al., 2005). Нейропротекторнуюфункцию PrP выполняет за счет регуляции уровня внутриклеточного кальцияза счет взаимодействия с пуринэргическим рецептором P2Y (Brini et al., 2005).Также было выявлено взаимодействие PrP с калиевым каналом TREK (Azzalinet al., 2006; Patel and Honoré, 2001).

Есть и другие свидетельства в пользу связиPrPссигнальнымиукороченногопутями,вариантаPrPприводящимиприводитккапоптозу.активацииПродукцияр38-каскадаифосфорилированию проапоптотического белка р53, что ведет к клеточнойгибели (Nicolas et al., 2007). Нейропротекторную роль играет не толькополноразмерный белок, но и продукт его протеолиза, фрагмент N1 (GuillotSestier et al., 2009).В ряде работ также показано, что PrP может участвовать в поддержаниимиелиновых оболочек (Bremer et al., 2010; Radovanovic et al., 2005).

Этуфункцию также приписывают фрагменту C1 белка PrP (Bremer et al., 2010).Фрагмент C1 имеет гидрофобный N-конец, напоминающий «пептидысвязывания» некоторых вирусов, которые связываются с мембраной дляначала слияния (по: Diederich and Maisner, 2007). За счет этого гидрофобногопептида, фрагмент C1 может связываться с мембраной соседних клеток,однако экспериментальные данные, подтверждающие это, отсутствуют (по:Altmeppen et al., 2012).Несмотря на большое количество накопленных данных, точная функцияPrP до сих пор остается неясной, и постоянно возникают новые данные о ролиэтого белка.Помимо белка PrP, у млекопитающих известно еще несколько белков,обладающих инфекционными свойствами. Одним из таких белков являетсяальфа-синуклеин (α-Syn). Этот белок относится к семейству синуклеинов ивовлечен в синаптический везикулярный транспорт (Burré et al., 2010).Агрегатыальфа-синуклеиначастоассоциированысболезньюПаркинсона.

В ходе этой болезни поражается «черное вещество» - substantia26nigra, где находится скопление нейронов, вырабатывающих дофамин. Гибельнейронов приводит к тремору, мышечной ригидности, неспособностьюудерживать равновесие (по: Goedert et al., 2012). В пораженных участках мозганаходят тельца Леви, состоящие в основном из агрегатов альфа-синуклеина(Polymeropoulos et al., 1997; Poulopoulos et al., 2012).

Было показано, чтоолигомеры белка α-Syn способны передаваться из клетки в клетку (Emanueleand Chieregatti, 2015). Более того, инъекции амилоидных фибрилл альфасинуклеина в мозг мышам приводили к развитию у них дегенерации (Luk etal., 2012; Masuda-Suzukake et al., 2013). В то же время, возможность передачиболезни Паркинсона обсуждалась только гипотетически и не была показана напрактике, что отличает это заболевание от классических прионных болезней.Другим белком, проявляющим некоторые прионные свойства, являетсятау, необходимый для стабилизации микротрубочек в нейронах (Weingarten etal.,1975).Пригиперфосфорилированиибелоктауформируетвнутриклеточные амилоидные агрегаты, что является маркером многихнейродегенеративных заболеваний (по: Iqbal et al., 2009). Как и в случае сальфа-синуклеином, агрегаты тау могут передаваться из клетки в клетку (по:Medina and Avila, 2014).Таким образом, инфекционные амилоидозы у млекопитающих неограничиваются заболеваниями, связанными с патологическими агрегатамиPrPSc.2.3.3.2 Прионы грибовВслед за млекопитающими, прионы были открыты у представителейгрибов, а именно у дрожжей Saccharomyces cerevisiae.

Еще в середине XX векау дрожжей были описаны нехромосомные факторы наследственности,детерминанты которых долго не удавалось установить: [PSI+] (Cox, 1965) и[URE3] (Lacroute, 1971). Первый из них, [PSI+], приводил к подавлениюпроявления нонсенс-мутаций – нонсенс-супрессии (Cox, 1965). Второй,27[URE3], влиял на усвоение уридосукцината клетками дрожжей на средах,богатых источниками азота (Lacroute, 1971). В 1994 природа этих двухфакторов была объяснена. Рид Викнер предположил, что [PSI+] и [URE3]представляют собой прионную (инфекционную) форму белков Sup35 и Ure2соответственно (Wickner, 1994). Впоследствии это гипотеза полностьюподтвердилась.

Sup35 является фактором терминации трансляции (Stansfieldet al., 1995; Zhouravleva et al., 1995), а Ure2 – регулятором азотногометаболизма (Lacroute, 1971). Когда белки находятся в мономерномсостоянии, они эффективно выполняют свои функции. При переходе белков вамилоидное (прионное) состояние, происходит их частичная инактивация.Именно поэтому некоторые мутации в гене SUP35 совпадали по фенотипу сфакторами [PSI+] (по: Cox et al., 1988).