prion (677779), страница 3

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

В последние годы вопрос о биологическом значении PrP^C был подвергнут ревизии. На мышах, гомозиготных по потере гена PrP^C, было показано, что эти животные после рождения росли нормальными, но спустя 70 нед у них развивались про­грессирующие симптомы атаксии, нарушалась моторная коор­динация и отмечалась экстенсивная потеря клеток Пуркинье. Авторы сделали вывод о том, что PrP^C играет важную роль в вы­живании клеток Пуркинье. Помимо этого, указывается на роль PrP^C в регуляции циркадианных ритмов, на возможное участие PrP^C в активации лимфоцитов и на его роль в качестве трофического фактора для некоторых по­пуляций нейронов. Сохранность PrP^C имеет значение для реа­лизации нормальной функции синапсов. В последние годы опуб­ликованы данные, свидетельствующие о роли PrP^C в регуляции сна и продемонстрировано значение нарушения нормальной функции PrP^C в возникновении смертельной семейной бес­сонницы. В исследованиях in vitro было также показано, что PrP^C вовлекается в процессы регуляции содержания внутриклеточного Са²⁺ в нейронах, Интенсивные исследования биологической роли PrP^C позволили прийти к заключению о значении нор­мального приона PrP^C в сохранении резистентности нейронов и астроцитов к окислительному стрессу.

Таким образом, за последние годы были значительно расши­рены представления о биологической значимости PrP^C. Было ус­тановлено, что PrP^C синтезируется в эндоплазматической сети и довольно быстро деградирует: продолжительность его полурас­пада составляет всего 5 – 6 ч. Синтезированный PrP^C, проходя че­рез аппарат Гольджи, транспортируется на поверхность клетки, где он связывается с гликофосфатидилинозитолом. Синтезированный PrP^C в дальнейшем переносится вдоль аксона при помо­щи быстрого антероградного транспорта. В отличие от PrP^C ин­фекционный прионный белок PrP^C первично аккумулируется в клетках, накапливаясь в цитоплазменных везикулах. Дальней­шее накопление PrP^Sc в синаптических структурах и связанная с этим дезорганизация синапсов, возможно, являются причи­ной развития глубоких неврологических дефектов и деменции.

Напомним, что заболевания, вызываемые прионами, харак­теризуются рядом признаков, сочетание которых определяется биологическими особенностями их возбудителей, это прежде всего длительный инкубационный период (от месяцев до десят­ков лет), отсутствие воспалительных изменений, хронически прогрессирующая патология, отсутствие ремиссий и выздоров­ления. Для прионных болезней характерен ряд отрицательных признаков, которые не наблюдаются при заболеваниях, вызывае­мых вирусами. К ним относятся отсутствие продукции интерферона и нечувствительность к интерферону, отсутствие в составе возбудителя инфекционных нуклеиновых кислот и неспособ­ность прионов интерферировать с вирусами. Для прионных бо­лезней характерны нечувствительность к иммуносупрессирующему или иммунопотенцирующему действию АКТГ, кортизона, циклофосфамида, -лучей, антилимфоцитарной сыворотки, тимэктомии и спленэктомии, отсутствие влияния адъювантов. Для прионных болезней характерна также интактность В- и Т-клеток. Комбинация всех перечисленных признаков, каждый из которых не является чем-то уникальным, и определяет своеобразие прионных болезней.

Получение новых данных в отношении биологических осо­бенностей прионов позволило заключить, что прионные болезни являются нейродегенеративными заболеваниями, в возникно­вении которых фундаментальную роль играют конформационные изменения, а сам механизм развития болезни является беспрецедентным.

Результаты проведенных исследований позволили с новых позиций подойти к вопросу о природе агентов ТГЭ, а вся сумма полученных новых знаний о прионах послужила основанием для оптимистического высказывания С.Прузинера о том, что "эра черного ящика биологии скрепи и болезни Крейтцфельдта – Якоба, возможно, подходит к концу". В 1997 г. за свои много­летние исследования медленных инфекций, вызываемых при­онами, американский биохимик С.Прузинер был удостоен Но­белевской премии по биологии и медицине. Таким образом, мы встречаемся с не очень частым случаем, когда Нобелевская пре­мия присуждается дважды на протяжении 20 лет за исследова­ние одной и той же проблемы, что, безусловно, свидетельствует о значимости самой проблемы и о темпах ее изучения.

ПРИОННЫЙ ГЕН

Современный этап в исследовании молекулярных основ прионных заболеваний человека и животных связан с идентифи­кацией гена, кодирующего прионный белок. Расшифровка ами­нокислотной последовательности этого белка, позволила выяс­нить структуру кодирующей области соответствующего гена. Этот ген, получивший название PRNP, был вскоре выделен и иссле­дован в лаборатории Ч.Вэйссманна. Выделение гена PRNP позволило использовать для исследования этиологии и патогенеза прионных заболеваний весь арсенал современных методов молекулярно-генетического анализа. В настоящее время структура белка PrP и соответст­вующего гена известна для многих организмов. Ген PRNP ока­зался эволюционно-консервативным: он найден у многих мле­копитающих и птиц. В структурном отношении гены PRNP млекопитающих тоже схожи: в генах всех млекопитающих об­ласть, кодирующая PrP, локализована только в одном экзоне (экзоны - области гена, представленные в структуре зрелой иРНК). У человека этот ген локализован на хромосоме 20, у мышей - на хромосоме 2. Ген PRNP присутствует и экспрессируется не только у больных, но и у здоровых животных. При этом, несмотря на то, что иРНК гена PRNP в тканях мозга взрослых животных экспрессируется конститутивно, у молодых животных ее коли­чество меняется с возрастом. Наибольшее количество иРНК PRNP зарегистрировано в нейронах.

Примерно 10% всех прионных заболеваний человека отно­сятся к так называемым семейным формам или болезням с на­следственной предрасположенностью. Идентификация прионного гена позволила связать семейные формы этих заболеваний с конкретными мутациями в гене PRNP. Так, например, мутация, вызывающая замену пролина на лей­цин в 102-м положении PrP оказалась связана с развитием син­дрома Герстманна-Штреусслера-Шейнкера. Интересно, что эта мутация приводит к заболеванию не только людей, но и мышей. Мутация в 178-м кодоне может быть связана как с развитием болезни Крейтцфельдта-Якоба (БКЯ), так и смертельной се­мейной бессонницы. Интересно, что оба случая связаны с за­меной аспарагиновой кислоты на аспарагин. Разница, по всей видимости, заключается в том, что мутантная аллель при смер­тельной семейной бессоннице в 129-м положении несет кодон для метионина, в то время как в случае БКЯ это положение занимает кодон для валина. Наследственная предрасположен­ность к прионным заболеваниям может быть связана не только с определенными аминокислотными заменами в PrP, но и с его гораздо более существенными изменениями. Так, в аминоконцевом районе PrP имеется 5 расположенных подряд идентич­ных последовательностей из 8 аминокислот. Некоторые формы семейной БКЯ оказались связанными с увеличением количест­ва таких повторов. Механизм образования этих повторов не­ясен. Однако понятно, что в отличие от случаев, описанных ра­нее, они возникли не за счет точковых мутаций, а в результате рекомбинационных событий. Всего в настоящее время в гене PRNP человека известно около 20 мутаций, связанных с семей­ными формами прионных заболеваний.

У животных аллельный полиморфизм по гену PRNP тоже связан с вероятностью развития прионных болезней. Тем не ме­нее вопрос о том, влияют ли изменения в структуре этого гена на вероятность спонтанного заболевания животных или они связаны с подверженностью животных прионным инфекциям, остается открытым.

Важной особенностью прионов как инфекционных агентов является наличие межвидовых барьеров на пути их передачи, хотя PrP лишь незначительно отличается по первичной струк­туре у разных видов млекопитающих. В большинстве случаев эти барьеры не абсолютны, иными словами, они не препятствуют, а лишь значительно затрудняют передачу инфекции от особей одного вида особям другого вида. Вместе с тем известно по крайней мере одно исключение из этого правила: у кроликов не удается вызвать заболевание после заражения их инфекцион­ным прионным белком, выделенным из мозга самых разных животных. Хотя причина устойчивости кро­ликов к прионной инфекции точно неизвестна, анализ структу­ры гена, кодирующего PrP кролика, показал, что она может быть связана с некоторыми особенностями первичной структуры этого белка.

Существенный прогресс в исследовании прионов стал воз­можным после передачи скрепи мышам и хомякам. Как уже было упомянуто, делеция гена PRNP не приво­дит к немедленной смерти животных. Это позволило устано­вить, что особи, лишенные гена PRNP, не заражаются прионами и, вероятно, вообще не подвержены этим заболеваниям. Интересно, что в подобных экспериментах было показа­но, что удаление аминоконцевой последовательности PrP мы­ши за счет делеции соответствующей области гена PRNP не препятствует развитию прионных заболеваний. Ранее было отмечено, что некоторые семейные формы БКЯ связаны с увеличением количества аминокислотных по­второв в этой области белка PrP человека. Таким образом, эти изменения влияют на вероятность заболевания, хотя его нали­чие не является критичным для прионного превращения белка.

Увеличение экспрессии гена PRNP (количество PrP) способ­ствует возникновению заболевания. В силу существования межвидовых барьеров мыши устойчивы к заражению прионами, выделенными из мозга больных хомя­ков, но трансгенных мышей, несущих ген PRNP хомяка, легко заразить с помощью инокуляции суспензии клеток мозга боль­ного хомяка. Все перечисленные факты полностью согласуются с теорией о белковой природе прионов. Животные, лишенные гена PRNP, не заболевают просто пото­му, что их клетки не содержат белка, подверженного конформационной перестройке. При увеличении количества молекул этого белка должна возрастать вероятность спонтанного пере­хода какой-либо из молекул в патогенную форму. Существова­ние наследственной предрасположенности к прионным заболе­ваниям связано с тем, что мутации увеличивают вероятность прионного превращения белка PrP. Менее выраженная способ­ность к инфицированию у "чужого" приона при межвидовом за­ражении может объясняться пониженной способностью PrP^Sc передавать свое патогенное состояние PrP^C несколько отли­чающемуся от него по первичной структуре.

Итак, возможность заражения особей одного вида с помо­щью прионов, выделенных из тканей мозга особей другого ви­да, способствовала использованию лабораторных животных (мышей и хомяков) для изучения природы прионов и вызываемых ими болезней. В то же время отсутствие межвидовых барьеров на пути распространения прионов означает принципиальную воз­можность их передачи от животных человеку. Действительно, в последнее время проблема прионов приобрела существенное практическое значение в связи со вспышками соответствующих эпизоотии среди сельскохозяйственных животных в некоторых европейских странах, а также с появлением наблюдений о воз­можности передачи этих заболеваний от животных человеку. В настоящее время получен ряд серьезных свидетельств, указывающих на опас­ность заражения человека прионами животных. При этом наиболее убедительные доказатель­ства базируются на результатах, полученных с использованием трансгенных лабораторных животных.

ПАТОЛОГИЯ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ

ПРИ ПРИОННЫХ БОЛЕЗНЯХ ЧЕЛОВЕКА

В настоящее время известно 4 прионных заболевания: бо­лезнь Крейтцфельдта- Якоба (БКЯ), куру, синдром Герстманна-Штреусслера-Шейнкера (СГШШ) и фатальная семейная инсомния (ФСИ). Основную массу прионных болезней состав­ляет БКЯ, чаще всего в виде спорадических случаев, в 10% слу­чаев БКЯ носит семейный характер. Наблюдается также ятрогенная форма БКЯ, которая, как и куру, манифестирует как инфекция в результате случайного заражения прионными бо­лезнями. СГШШ и ФСИ являются доминантно наследуемыми прионными болезнями, которые, как было показано, вызыва­ются мутациями прионного гена.

В нашей стране опубликованы лишь единичные работы с описанием морфологических изменений ЦНС при спорадиче­ских случаях БКЯ. Нами опубликованы данные о прижизнен­ной морфологической диагностике двух спорадических случаев БКЯ на основе исследования биоптатов коры большого мозга с использованием световой и электронной микроскопии, в ко­торых диагноз в дальнейшем был подтвержден на аутопсии. Отсутствуют работы, посвященные морфологическим изменениям мозга при других формах при­онных заболеваний. В то же время за рубежом в последние годы значительно возросло число публикаций, в том числе и обоб­щающих, в которых на основании уже довольно большого числа наблюдений подробно описаны особенности изменений ЦНС при всех на сегодняшний день известных формах прионных за­болеваний, включая куру, БКЯ (спорадическую, наследствен­ную, ятрогенную формы и новый вариант), СГШШ и ФСИ. Помимо морфологических исследований с использованием классических нейрогистологических методик, эти работы включают в себя и данные иммуноцитохимического исследования, направленные на выявление отложений патоло­гической изоформы прионного белка (PrP^Sc) в гистологических срезах из различных областей мозга. Без преувеличения можно сказать, что именно эти методы, направленные на идентифи­кацию отложений PrP^Sc в ткани мозга, "революционизировали" прижизненную или посмертную диагностику прионных забо­леваний, позволяя поставить уверенно достоверный диагноз в ранних стадиях заболевания, в том числе и до развития в мозге характерных морфологических изменений. В последние годы под эгидой ВОЗ разработаны критерии морфологической диаг­ностики этих заболеваний. Учитывая особую эпидемиологиче­скую значимость и связь заболевания со спонгиоформной энцефалопатией крупного рогатого скота, основной акцент сделан на разработку критериев морфологической диагностики нового варианта БКЯ.

При морфологическом исследовании мозга больных, погиб­ших от различных прионных болезней, выявлены черты их сход­ства и различия. Макроскопически выявляется снижение объема и массы головного мозга и уменьшение толщины (атрофия) его коры. Степень выраженности этих изменений тесно связана с продолжительностью жизни больных, однако может и не выяв­ляться каких-либо макроскопических изменений мозга. Хотя атрофия коры мозга является характерной находкой во многих случаях БКЯ, выраженность ее широко варьирует в пределах различных областей коры, в разных случаях. Характер корковой атрофии может быть связан с клиническими проявлениями заболевания. Так, в случаях корковой слепоты вы­является выраженная атрофия коры затылочных долей мозга.

Изредка масса мозга при БКЯ значительно уменьшена (ме­нее чем 1000 г), атрофия коры в таких случаях обычно сопро­вождается атрофией базальных ядер, таламуса и гипоталамуса. Избирательная атрофия таламуса харак­терна для ФСИ и может быть выявлена при макроскопическом исследовании мозга. Эти макроскопиче­ские изменения неспецифичны и могут наблюдаться при широ­ком круге других нейродегенеративных заболеваний, включая болезнь Альцгеймера, Пика, хорею Гентингтона и мультисистемную атрофию. Атрофия мозжечка может быть макроскопи­чески ярко выражена при некоторых прионных заболеваниях человека, особенно при куру и СГШШ, a также при ятрогенной БКЯ, развившейся у больных, которым проводилось лечение человеческим гормоном роста. В этих случаях атрофия коры большого мозга может отсутствовать. Дифференциальная диагностика должна прово­диться в первую очередь с различными формами спиноцеребеллярной дегенерации.

Характеристики

Список файлов реферата