Rambler's Top100 Service
Поиск   
 
Обратите внимание!   Обратите внимание!
 
  Наука >> Биология >> Молекулярная биология | Дипломные работы
 Посмотреть комментарии[1]  Добавить новое сообщение
Александров И. М. Шапероны и прионы: регуляция конформационный состояний прионного белка дрожжей SUP35

Курсовая работа студента 4-го курса кафедры вирусологии Биологического факультета МГУ. Москва, 2001
Авторские права сохранены. Любое копирование данного текста и/или его фрагментов без разрешения автора запрещено и преследуется в соответствии с действующим законодательством РФ.

Содержание   В начало...
 
 


1. Общий обзор прионных белков

Прионы - это инфекционные агенты белковой природы, которые вызывают трансмиссивные спонгиформные энцефалопатии человека и животных [1]. Уникальная особенность этих заболеваний заключается в том, что они могут возникать не только в результате инфекции, но и спорадически. Далее независимо от происхождения болезни, она передается инфекционным путем. Эти факты, а также чрезвычайная устойчивость приона к ультрафиолетовому свету впервые позволили предположить, что инфекционной частицей может быть белок. Самой удивительной особенностью прионов является их способность "наследоваться". Прион, попадая в клетку, вызывает изменение конформации своего клеточного аналога, который сам становится прионом. Таким образом, происходит распространение ("наследование") приона при делении клеток. Прионы фактически являются генетическим детерминантом белковой природы.

Данные о прионных белках разных организмов представлены в таблице 1. У млекопитающих прионный белок получил название PrPSc (от болезни scrapie). Он представляет собой особую изоформу нормального клеточного белка PrPC (от cellular), которая отличается плохой растворимостью в детергентах, устойчивостью к действию протеаз, а также склонностью к агрегации [4]. Из-за сложности работы с прионами млекопитающих строгое доказательство того, что белок PrP является прионом, затруднено, но все имеющиеся факты говорят в пользу этой гипотезы.

Некоторое время назад были обнаружены белковые нехромосомно-наследуемые детерминанты у дрожжей, [Psi+] и [URE3] (см. табл. 1), для которых практически доказано, что, действительно, носителем наследуемой информации является белок, а вернее его необычное состояние, обладающее свойствами приона. В отличие от других автономных детерминантов дрожжей (плазмид или вирусов), где носителем генетической информации является РНК или ДНК, [Psi+] и [URE3] не удалось связать с какой-либо нуклеиновой кислотой. Они оказлись сходны по ряду принципиальных свйств с прионом млекопитающих. Эти детерминанты обладают белковой природой, способностью передавать свои свойства нормальной клеточной форме белка, возникать самопроизвольно из клеточной формы, а также обладают устойчивостью к различным агентам, как-то к протеазам, УФ и ионизирующему излучению. Все это не характерно для нормальной конформации этих белков.

Надо отметить, что существуют различные штаммы прионов, которые различаются своей конформацией и свойствами. Такие различающиеся штаммы могут находиться одновременно в одной клетке. Существуют "слабые" и "сильные" штаммы. Они отличаются устойчивостью к "излечивающим" агентам и, вероятно, скоростью распространения прионной конформации [4, 11].

Что же происходит, когда такой аномальный, прионный белок попадает в клетку или в систему, где есть нормальный клеточный белок - аналог приона? Структурно прионный белок отличается от клеточного только тем, что он обладает другой конформацией, т.е. измененной вторичной и третичной структурой. Для полной конверсии клеточного белка достаточно следового количества прионного белка (далее такое малое количество материала прионного белка будет называться "семенами"). На сегодняшний день правктически установлено, что белок в прионной конформации представляет собой агрегат в виде высокоупорядоченных фибрилл, к концам которых может присоединяться нормальный клеточный растворимый белок, и само это связывание, по-видимому, и является тем фактором, который вызывает изменение конформации. При этом белок, находящийся в агрегированном состоянии, не способен далее осуществлять свою нормальную клеточную функцию, в результате чего и возникает [Psi+] или [URE3] фенотип.

На дрожжах in vitro было показано, что при добавлении к лизату клеток "семян" происходит быстрая "конверсия" - образование агрегатов из всей клеточной формы этого белка. Если же затем взять "семена" этого агрегата и поместить их в следующую порцию нормального лизата, то опять произойдет конверсия и образование агрегатов. Эту процедуру можно осуществить неограниченное число раз [17]. Однако, на сегодняшний день ясно, что прионные белки являются необходимым но недостаточным элементом в феномене прионообразования, также важную роль играют и другие белки. Также, по-видимому, необходим целый комплекс факторов, регулирующих образование прионных агрегатов. Рассмотрению одного из таких факторов, а именно влияния клеточных белков-шаперонов на прионы, и посвящен настоящий обзор. Существование прионного феномена можно считать практически доказанным, хотя периодически появляются работы, связывающие прионы с вирусами [9].
Таблица 1. Известные прионнные белки.
Организм Прионный детерминант или фенотип; Белок Не прионный детерминант или фенотип; Белок
Млекопитающие: Человек, мышь и т.д. Белок - PrPSc Белок PrPС
Saccharomyces сerevisiae Детерминант - [Psi+]; Белок - Sup35 Детерминант - [Psi-]; Белок - Sup35
S. cerevisiae Детерминант [URE3]; Белок - Ure2 Детерминант [ure3]; Белок - Ure2
Podospora аnserina Детерминант - [Het-s]  
S. cerevisiae Детерминант - [Pin+] Детерминант - [Pin-]
S. cerevisiae Детерминант - [Tau]  
S. cerevisiae Белок - Rnq1  
S. cerevisiae Белок - New1  
1.1 Прионы млекопитающих

На сегодняшний день у млекопитающих известен только один белок, обладающий прионными свойствами, PrPSc. Болезни, вызываемые этим прионом, носят фатальный нейродегенеративный характер. Это куру, болезнь Крейтсфельда-Якоба, синдром Герстмана-Штрауслера, а также фатальная семейная инсомния у человека, скрепи у овец и коз, бычья спонгиформная энцефалопатия (бешенство коров), и другие энцефалопатии, встречающиеся у кур, кошек, оленей и других животных. У всех этих болезней очень большой инкубационный период, длящийся десятилетиями, поэтому в основном заболевания проявляются только у пожилых особей. После того как симптомы становятся заметными, болезнь длится несколько месяцев.

Белок PrPSc, так же как и все остальные прионы образует агрегаты в виде высоко упорядоченых фибрилл, также называемых амилоидами. Это свойство крайне сближает его с белками других нейродегенеративных заболеваний (амилоидозов), как то болезни Альцгеймера и Хантигтона. Для болезни Альцгеймера характерно накопление агрегатов белка beta-амилоида в мозгу. При болезни Хантингтона происходит амплификация триплета, кодирующего глутамин, в гене белка Хантингтина и эта мутация вызывает агрегацию белка.

Физиологические исследования на мышах показали, что при делеции по гену PrP не происходит значительных изменений в мозгу. В некоторых работах были выявлены электрофизиологические и структурные аномалии в гиппокампе, потеря мозжечковых клеток Пуркинье, изменения в циркадном ритме и смены состояний сна, а также изменения функции памяти и познавательных функций [34]. Это, вероятно, означает, что нехватка функций нормального белка, скорее всего, не объясняет возникновения болезни, а нейродегенеративные изменения, видимо, происходят из-за токсичности агрегатов PrPSc.

PrPC осуществляет в клетке циклическое передвижение. Он синтезируется в шероховатом эндоплазматическом ретикулуме, попадает в аппарат Гольджи и переносится с помощью экзоцитоза на поверхность клетки, прикрепляясь к клеточной мембране с помощью гликозил-фосфатидил-инозитольного (ГФИ) хвоста. После этого он переносится в клетку с помощью эндоцитоза, а затем обратно на поверхность. Этот цикл осуществляется за 60 минут. При этом PrPC может разрезаться в двух участках примерно в середине молекулы, а также на уровне ГФИ хвоста. Это может происходить, как в эндоцитозном пузырьке, так и на поверхности клетки [34].

Функциональная роль белка PrP пока не известна, однако недавно было показано, что PrPC может связываться с ионами меди. Предполагается что такой комплекс, с помощью эндоцитоза попадая в клетку, затем диссоциирует и ион меди переносится из эндоцитозного пузырька внутрь клетки в цитоплазму [34].

Так как инфекция, вызванная PrPSc, в мозгу млекопитающих развивается очень медленно, исследования в этой системе чрезвычайно затруднены. Возможно, изучение прионов дрожжей, с которыми работать гораздо проще, позволит ближе подойти к пониманию свойств прионных белков и инфекций в целом.

Далее...


Посмотреть комментарии[1]
 Copyright © 2000-2015, РОО "Мир Науки и Культуры". ISSN 1684-9876 Rambler's Top100 Яндекс цитирования