Információ

Mi a különbség a prionok és a prionszerű fehérjék között?

Mi a különbség a prionok és a prionszerű fehérjék között?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Ha hozzáadok egy priondomént egy fehérjéhez, attól a fehérje prionszerű fehérjévé válik, vagy akkor prionnak tekintik?

Megpróbálom megérteni, mik azok a prionok, hogyan aggregálódnak, és milyen makroszkopikus alakzatokhoz igazodnak (azaz egy gyűrű vs. kisebb micellák).

Nagyon szépen köszönjük!


Úgy tudom, hogy a prionok fő tulajdonsága az, hogy prionként viselkedik a sejtekben – a logika kissé körkörös.

Néhány kritérium a prionszerű működéshez (élesztőben, ahol a prionok a leggyakoribbak):

  1. Reprodukálja önmagát "sablonozással" (önmaga nem prionos verzióinak újrahajtogatása prion változatokká)
  2. Érzékeny a fehérjedenaturáló anyagokra (melyek megszabadulnak a prionfehérje konformációtól).
  3. Függőség a fehérje chaperonoktól, amelyek prionokat reprodukálnak úgy, hogy prionoligomereket szabadítanak fel nagyobb prion aggregátumokból. Ezek az oligomerek új prion aggregátumokat "oltanak ki".
  4. Oldhatatlan fehérje-aggregátumokat képez, amelyek a prionfehérje számos másolatából állnak.

Egy fontos finomság itt, hogy az azonos aminosav-szekvenciájú fehérjék lehetnek prionok és nem-prionok is ugyanabban a sejtben. Ez egy specifikus fehérjeszerkezet biokémiai következménye, nem pedig egyszerűen a fehérjeszekvencia sajátossága. Így egy priondomén azt a képességet adja, hogy prionná váljon, nem feltétlenül magát a „prion-létet”. Ez a Scientific American cikk hasznos lehet ebben a kérdésben.

E kritériumok alkalmazásának példájaként ez a cikk néhány biokémiai és genetikai módszert használ az új prionok jelenlétének szűrésére vad élesztőben.

Ez a cikk hasznos lehet a prionok oligomerizációjának és klasszikus aggregátumainak kialakításának áttekintéseként.

Minden bizonnyal igaz, hogy a fúziós fehérjék létrehozása priondoménjelöltekkel gyakori módja annak, hogy megbizonyosodjunk arról, hogy ezek a domének képesek prionokká válni (lásd például ezt a dokumentumot). Általában azonban magasabb szintű bizonyítékok állnak rendelkezésre annak bizonyítására, hogy bizonyos fehérjék valójában prionok – általában a (4) pontban említett öröklődő fehérje-aggregátumok létezésének bizonyításával.

Remélem segít.


Prionszerű fehérjék, mint a stressz-adaptáció epigenetikai eszközei

Az epigenetikai módosítások lehetővé teszik a sejtek számára, hogy gyorsan megváltoztassák génexpressziójukat, és alkalmazkodjanak a különböző stresszekhez. A direkt kromatin-módosítások mellett a prionszerű fehérjék olyan rendszerként jelentek meg a közelmúltban, amely képes érzékelni és alkalmazkodni a celluláris reakciókhoz a stresszes körülményekhez. Érdekes módon az ilyen válaszokat a prionok önsablonozó konformációi tartják fenn, és továbbítják a priontulajdonságot létrehozó sejt utódainak. Alternatív megoldásként a mnemonok prionszerű fehérjék, amelyek konformációs kapcsolója a múltbeli események emlékeit kódolja, és mégsem terjed a leánysejtekbe. Ebben az áttekintésben a közelmúltban leírt prionok biológiáját tárjuk fel Saccharomyces cerevisiae beleértve [ESI + ], [SMAUG + ], [GAR + ], [MOT3 + ], [MOD + ], [LSB + ], valamint a Whi3 mnemon. Az általuk kódolt fenotípusok reverzibilitása lehetővé teszi a sejtek számára, hogy eltávolítsák azokat a tulajdonságokat, amelyek már nem adaptívak a stressz enyhítésére, és a chaperonok alapvető szerepet játszanak a prionszerű fehérjék működésének minden lépésében. Így a chaperonok és a prionszerű fehérjék közötti kölcsönhatás keretet biztosít a kihívást jelentő környezetekre adott válaszok kialakításához.


A prionszerű fehérjék betegségeket okoznak

Ed Yong
2013. március 3

A normál hnRNPA2 a légyizomsejtek magjában marad (balra), de mutáns formák a citoplazmában is megtalálhatók (jobbra) Forrás, J. Paul Taylor. A ritka örökletes szindrómában, az úgynevezett multisystem proteinopathiában (MSP) szenvedő egyénekben helytelenül viselkednek a fehérjék, amelyek helytelenül hajtogatnak, megváltoztatják a környező fehérjék alakját, és összetapadnak, ugyanúgy, ahogy a betegséget okozó prionok teszik. Az eredményeket ma tették közzé Természet, arra utalnak, hogy a körülbelül 250, hasonló prionszerű doménnel rendelkező emberi fehérje az agy vagy más szervek betegségeiben is szerepet játszhat.

&bdquoEz egy erős papír,&rdquo mondta Lary Walker, az Emory Egyetemről, aki a rosszul hajtogatott fehérjék szerepét tanulmányozza az Alzheimer-kórban, és nem vett részt a munkában. Nyomós bizonyítékot szolgáltatnak arra, hogy ezek a mutáns fehérjék részt vesznek a betegségekben.

&bdquoValószínű, hogy a magolt fehérje-aggregáció még sok más agyi betegségben és máshol is felbukkan majd,&rdquo tette hozzá. &ldquoRNS-kötő.

Az MSP-ben szenvedők az agy, az izom és a csontszövet, valamint a motoros neuronok folyamatos veszteségétől szenvednek. Számos betegség ízületi tüneteit tapasztalják, mint például a Lou Gehrig-kór (ALS), a Paget-féle csontbetegség és a frontotemporális demencia.

Az MSP okai nagyrészt rejtélyesek. Korábbi tanulmányok kimutatták, hogy a mutációk egy gén ún VCP MSP-hez vezethet, de J. Paul Taylor, a St. Jude Children’s Research Hospital munkatársa két családra bukkant, sok érintett taggal, és nem mutatkozott VCP-mutáció. Csapata, amelyet James Shorter, a Pennsylvaniai Egyetem munkatársa vezetett, szekvenálták exómáikat, és olyan új variánsokat azonosítottak, amelyeket csak az érintett egyedekben találtak meg – egyet a hnRNPA2B1 génben, egy másikat pedig hnRNPA1. Egerekbe és legyekbe juttatva ugyanolyan típusú izomvesztést okoztak, mint az emberi MSP-betegeknél.

Mindkét mutáció a valin aminosavat egy másik aminosavvá, aszpartáttá alakította, és mindkettő a prionok doménjeihez hasonló fehérjék részeit érinti – olyan fertőző, hibásan hajtogatott fehérjéket, amelyek szintén összetapadnak és agyi betegségeket okoznak. Ezek a „prionszerű domének” mintegy 250 emberi fehérjében találhatók meg, és ez a tanulmány a legvilágosabb jele annak, hogy szerepet játszhatnak a betegségekben.

A prionszerű domének jellemzően laza és széthajtogatott formát öltenek, de a kulcsmutációk lehetővé teszik, hogy molekuláris cipzárként működjenek. Amikor partnert találnak, felhúzzák a cipzárt, és egy hajlékony, rendezetlen szerkezetből merev molekulává alakulnak át, és az egyébként szabadon lebegő fehérjéket nagy csomókká alakítják. Hasonlóképpen, az új tanulmányban azonosított mutáns fehérjék a hnRNPA2B1 és a hnRNPA1 fehérjék normál változatait is rendezettebb szerkezetbe kényszeríthetik, és friss klaszterekbe kényszeríthetik.

Normál fiziológiában a prionszerű doménekkel rendelkező fehérjék összeállnak, és ideiglenes struktúrákat, úgynevezett RNS-granulátumokat hoznak létre, amelyek az RNS szabályozásához szükségesek. Például stresszes körülmények között az RNS-szemcsék leállítják a szükségtelen gének használatát azáltal, hogy befogják a releváns RNS-eket. Ha a körülmények jobbak, a granulátumok szétszedik és felszabadítják a beszorult rakományt. Shorter és Taylor azt gyanítja, hogy az általuk felfedezett két mutáció megakadályozza a szemcsék szétesését, „ami végül betegségekhez vezet” – mondta a páros egy e-mailben. A tudós.

Shorter és Taylor úgy gondolja, hogy több MSP-s család tanulmányozása segíthet feltárni más, prionszerű doménekkel rendelkező fehérjék szerepét. "Körülbelül 2 tucat hasonló családot azonosítottunk, többnyire klinikai kollégáktól, és jelenleg sorba rendezzük őket" - mondták.

H. J. Kim és munkatársai: „A hnRNPA2B1 és a hnRNPA1 prionszerű doménjei mutációi többrendszerű proteinopátiát és ALS-t okoznak” Természet, doi:10.1038/nature11922, 2013.


A fehérje hibás felhajtása prionos és prionszerű betegségekben: A fehérje funkcióvesztésének szükséges szerepének újragondolása

A prionbetegségekkel kapcsolatos kutatások nagyban hozzájárultak más neurodegeneratív betegségek megértéséhez, beleértve a közelmúltban kimutatott, hogy az Alzheimer-kór (AD) és más neurodegeneratív betegségek prionszerűek. A prionszerű betegségek magukban foglalják a degeneráció terjedését egyedek között és/vagy sejtek vagy szövetek között templát által irányított téves hajtogatással, ahol a hibásan hajtogatott fehérjekonformerek a normális fehérjék hibás feltekerődését okozva terjesztik a betegségeket. Itt azt az előfeltevést használjuk, hogy az AD, az amiotrófiás laterális szklerózis, a Huntington-kór és más hasonló betegségek prionszerűek, és feltesszük a kérdést: Alkalmazhatjuk-e e prionszerű betegségek tanulmányozása során szerzett ismereteket a klasszikus prionbetegségekkel kapcsolatos viták megoldására? Azokra a vitákra összpontosítunk, amelyek arról szólnak, hogy a fehérje funkcióvesztésének milyen szerepe(i) lehet a prionbetegségekben, mivel ennek terápiás hatásai vannak, beleértve az AD-t is. Megvizsgáljuk, hogy a prionszerű betegségekben mely funkcióvesztési események ismerhetők fel, figyelembe véve a fehérjék normális működését azok hibás feltekeredése és aggregációja előtt. Ezután felvázolunk olyan forgatókönyveket, amelyekben a funkció növekedése és/vagy a funkcióvesztés szükséges vagy elegendő lenne a neurodegenerációhoz. Megvizsgáljuk a PrPC funkcióvesztés szerepét a prionbetegségekben és az AD-ben, és arra a következtetésre jutottunk, hogy annak a hagyományos bölcsességnek, amely szerint a prionbetegségek „toxikus funkciónövekedési betegségek”, korlátai vannak. Míg a prionbetegségek minden bizonnyal megkövetelik a funkciónövekedést, azt javasoljuk, hogy a betegség fenotípusait túlnyomórészt a PrPC és interakciós partnerei normál fiziológiájának hiányosságai okozzák, mivel a PrPC PrPSc-vé alakul. Ebben a modellben a funkciónövekedés elsősorban a betegségek terjedését szolgálja, a funkcióvesztés pedig közvetlenül közvetíti a neuronok működési zavarát. Kísérleteket és előrejelzéseket javasolunk következtetéseink értékeléséhez. Ezen kulcsfontosságú fehérjék normál fiziológiai szerepének további tanulmányozása indokolt.

Kulcsszavak: Alzheimer kór Huntington kór amiloid-β protein prekurzor amiotróf laterális szklerózis huntingtin protein prion betegségek protein misfolding betegségek szuperoxid-diszmutáz 1 tau protein tauopathiák.


Prionok vs viroidok

A prionok és a viroidok fertőző részecskék, amelyek állatokban, illetve növényekben betegségeket okoznak. A prionok kis fertőző fehérjemolekulák, amelyek állatokban betegségeket okoznak. A prionok nem tartalmaznak nukleinsavakat. A viroidok olyan növényi kórokozók, amelyek csak egyszálú, körkörös RNS-molekulával rendelkeznek. A viroidok nem kódolnak és nem tartalmaznak fehérjéket. Ez a különbség a prionok és a viroidok között.

Töltse le a Prions vs Viroids PDF verzióját

Letöltheti ennek a cikknek a PDF-verzióját, és offline célokra használhatja az idézési megjegyzések szerint. Kérjük, töltse le a PDF verziót itt: Különbség a prionok és a viroidok között.

Referenciák:

1. “Prionok és viroidok – Boundless Open Textbook.” Boundless. Határtalan, 2016. május 26. Web. Elérhető itt. 2017. június 23.
2. Diener, T. O., M. P. McKinley és S. B. Prusiner. “Viroidok és prionok.”Az Amerikai Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Akadémiájának közleménye. U.S. National Library of Medicine, 1982. szept. Web. Elérhető itt. 2017. június 23.

Kép jóvoltából:

1. “Prion aldomain-színű sec szerkezet” Írta: Cornu (vita) 2009. június 5., 19:04 (UTC) – Saját munka (CC BY 2.5) a Commons Wikimédián keresztül


A CPEB3 AGGREGÁTUMOK SZEREPE A HELYI FEHÉRJESZINTÉZISBEN

A CPEB3 prionszerű átalakulása, amely nyilvánvaló az élesztőben, az agyban is előfordul, és ha igen, milyen funkciót tölt be? Fioriti et al. (2015) azt találták, hogy alapállapotban a CPEB3 kötődik az agyban lévő cél-mRNS-eihez, így az α-amino-3-hidroxi-5-metil-4-izoxazol-propionsav (AMPA) receptor alegységeihez, a GluA1-hez és gátolja azok transzlációját. GluA2 (Huang et al. 2006 Pavlopoulos et al. 2011). A CPEB3 viszont elősegíti az AMPA receptor (AMPAR) transzlációját az ubiquitin ligáz neuralizált monoubiquitinációját követően (Pavlopoulos et al. 2011). Ezek az adatok együttesen arra utalnak, hogy a CPEB3 alapállapotban represszorként működhet, és poszttranszlációs módosítással aggregálva aktivátorrá alakítható.

Ez felvetette a kérdést: Hogyan vált át a CPEB3 egyik állapotból a másikba represszorból a fordítás aktivátorává? Hasonlóan a ben megfigyeltekhez Aplysia és Drosophila, Fioriti et al. azt találta, hogy az egér CPEB3 aggregátumokat képez a tenyészetben történő szinaptikus aktiváció során, valamint viselkedési feladatot hajt végre in vivo. Ezen túlmenően a transzlációban betöltött kettős szerep, az elfojtásról az aktivációra való váltás korrelál a CPEB3 oldható formából aggregált formává való változásával. A CPEB3 aggregátumok képzésére való hajlama az aminoterminális doménjéből ered, amely, mint láttuk, két glutaminban gazdag régióból és egy alacsony komplexitású szekvenciából áll, amely az előrejelzések szerint rossz szerkezetű és aggregátumokat képez (Fiumara et al. 2010). ).

A szinaptikus plaszticitás fennmaradása és a memória tárolása CPEB3 által közvetített fehérjeszintézist igényel a hippocampusban

A CPEB3 szerepének meghatározására a szinaptikus plaszticitás és a memória fennmaradásában Fioriti et al. (2015) létrehozták a CPEB3 feltételes knockout törzsét, és felmérték a CPEB3 hozzájárulását a memória fenntartásához. Azt találták, hogy a CPEB3 által közvetített fehérjeszintézis szükséges a karbantartáshoz, de nem a memóriaszerzéshez (11. ábra). A memóriadeficit két különböző viselkedési paradigmában figyelhető meg, a térbeli objektum-felismerésben és a Morris-vízlabirintus feladatban, ami arra utal, hogy a CPEB3-közvetített folyamatokra van szükség a különböző típusú hippocampális alapú térbeli tanulási feladatokhoz. Fioriti et al. (2015) azt is megállapították, hogy a CPEB3 elveszíti azon képességét, hogy fenntartsa a hosszú távú szinaptikus plaszticitást és a hosszú távú memóriát, ha prionszerű aminoterminális doménjét töröljük. Fioriti és munkatársai ezért azt javasolják, hogy akárcsak a Aplysia CPEB és a DrosophilAz Orb2A, CPEB3 képes fenntartani a memória fennmaradását egy inger által kiváltott konformációs változáson keresztül, amely fehérje aggregációt és olyan funkcióváltozást okoz, amely lehetővé teszi a CPEB3 cél-mRNS-ek, például a GluA1 és GluA2 AMPAR alegységek fokozott transzlációját.

A citoplazmatikus poliadenilációs elemkötő fehérje 3 (CPEB3) feltételes knockout egerei károsodott (A) a dopaminfüggő szinaptikus plaszticitás fenntartása, és (B) hosszú távú memória. LTP, hosszú távú potenciálás WT, vad típusú KO, knockout DG, fogazatú gyrus.

Ezek az eredmények az első bizonyítékok egy prionszerű mechanizmusra, amely fenntartja a memóriát az egér agyában a konszolidáció és a karbantartás során.

A SUMOylation inaktiválja, míg az Ubiquitination aktiválja a CPEB3-at

A CPEB3 aggregátumok más CPEB-vel kapcsolatos funkcionális prionokra jellemző domináns jellege arra késztette Drisaldit és munkatársait (2015), hogy olyan gátló korlátokat keressenek, amelyek fontosak lehetnek az aggregátumképződés szabályozásában. Azt találták, hogy a kis-ubiquitin-szerű módosító vagy a CPEB3 SUMOilációja gátló kényszert fejt ki. Alapállapotában a CPEB3 SUMOilált a hippocampalis neuronokban, és SUMOilált formájában a CPEB3 monomer, és a transzláció represszoraként működik. A neuronális stimulációt követően a CPEB3 aktív formává alakul, ami a SUMOiláció csökkenésével és az aggregáció növekedésével jár. A SUMO-hoz fuzionált kiméra CPEB3 fehérje megakadályozza, hogy a fehérje aggregálódjon, és aktiválja a cél-mRNS-ek transzlációját. Ezek az eredmények egy olyan modellre utalnak, amelyben a SUMO szabályozza az mRNS-ek transzlációját és a szinaptikus plaszticitást a CPEB3 aggregációjának modulálásával

Mivel a SUMOylation inaktív állapotban tartja, mi aktiválja a CPEB3-at? Pavlopoulos et al. azt találta, hogy a CPEB3-at a Neuralized1, egy E3 ubiquitin ligáz aktiválja (Pavlopoulos et al. 2011). A CPEB3 kölcsönhatásba lép a Neuralized1-gyel a felnőtt hippocampális neuronok dendriteiben. A Neuralized1-et túltermelő egerekben, különösen az előagyban, a monomer CPEB3 szintje megnő a hippocampusban, míg a CPEB1 és CPEB4 nem változik. Pavlopoulos et al. azt találta, hogy a CPEB3 kölcsönhatásba lép a Neuralized1-gyel az amino-terminális, prionszerű doménjén keresztül, és ez a kölcsönhatás a CPEB3 monoubiquitinációjához és ennek következtében aktiválódásához vezet. Meglepő módon a Neuralized1 túlzott expressziója aktiválja a CPEB3-at tenyésztett hippocampális neuronokban (12. ábra).

A citoplazmatikus poliadenilációs elemkötő fehérje 3 (CPEB3) Neuralized1 (Neurl1) és ubiquitin általi modulálása megváltoztatja a tenyésztett hippocampális neuronok tüskék számát. A modulációt a prionszerű vagy ubiquitin ligáz domének eltávolítása blokkolja. A tenyésztett hippocampalis neuronok dendritjeit, amelyek csak fokozott zöld fluoreszcens fehérjét (EGFP) expresszálnak (kontroll) vagy EGFP-t, és a jelzett fehérjéket mutatjuk be. A tüskék átlagos sűrűsége is látható. (Pavlopoulos et al. 2011, újranyomtatva, engedéllyel, az Elsevier © 2011.)

Ezek az eredmények egy olyan modellre utalnak, amelyben a Neuralized1-mediált ubiquination elősegíti a hippokampusz plaszticitását és a hippokampusz-függő memóriatárolást a CPEB3 és CPEB3-függő fehérjeszintézis aktivitásának modulálásával. A szinaptikus aktivitásra válaszul a Neuralized1 fehérjeszintje megemelkedik, ami a CPEB3 ubiquinációjához és aktiválásához vezet, és ennek következtében az új funkcionális szinaptikus kapcsolatok kialakításához kritikus szinaptikus komponensek termelődéséhez. Mivel a CPEB3 SUMOilálható és ubiquitinálható, e két poszttranszlációs módosítás közötti kapcsolat érdekes.

Végül, bár egyre több bizonyíték van arra, hogy a neuronális CPEB prionszerű átalakulása valószínűsíthető a hosszú távú memóriában, számos fontos kérdés továbbra is megválaszolatlan. Az emlékezet fennmaradásához szükséges-e a prionszerű állapot folyamatos jelenléte? Egybeesik-e az emlékezet hanyatlása a prionszerű állapot eltűnésével, és stabilizálható-e egy tranziens emlékezet a prionszerű állapot mesterséges toborzásával? Fenntartja-e a prionszerű állapot a fehérjeszintézis megváltozott állapotát a szinapszisok részhalmazában a memória teljes időtartama alatt? Milyen biokémiai következményei vannak a prionszerű átalakulásnak transzlációs szinten?

A funkcionális prionok valószínűleg jellegzetes szerkezettel rendelkeznek

Ezekből a vizsgálatokból egy különösen lenyűgöző megfigyelés az, hogy a CPEB különböző fajok Aplysia, Drosophila, és az egerek funkcionális prionogén aggregátumokat képezhetnek az érett felnőtt idegsejtekben, amelyek támogatják a memóriát, míg az idegrendszerben számos más fehérje által alkotott más prionok és amiloidok kognitív hiányt és neurodegenerációt okoznak. Hogyan egyeztethető össze ez a két teljesen ellentétes eredmény? A legegyszerűbb és legvalószínűbb válasz a funkcionális és toxikus amiloidok és prionok néhány eredendő szerkezeti különbsége. Jelenleg azonban nem ismertek azok a specifikus szerkezeti és molekuláris jellemzők, amelyek megkülönböztetik a funkcionális prionokat a patológiás prionoktól.

Azt találták, hogy a hagyományos prionok β-lemezben gazdag szerkezetűek, és az oldható formákból az aggregált formákba való szerkezeti átmenet ellenőrizetlen szerkezeti átmenetek, valamint az ebből következő hibás hajtogatás és aggregáció révén megy végbe. Funkcionális prionokkal, mint pl Aplysia CPEB, Drosophila Az Orb2 és a CPEB3, az egyik állapotból a másikba való átalakulást fiziológiai jelek szabályozzák. Fiumara és mtsai. (2010) más típusú struktúrákat kerestek, és azt találták, hogy a β-lapon kívül vannak olyan ApCPEB tekercses α hélixek, amelyek prionszerű oligomerizációt közvetíthetnek. A β-lemezekkel ellentétben azonban a tekercses tekercsek reagálnak a környezeti jelekre, és ezért szabályozhatók (lásd Fiumara et al. 2010).

Raveendra et al. (2013) ezután alaposabb szerkezeti vizsgálatokat végzett az ApCPEB-n funkcionális mágneses magrezonancia (NMR) segítségével.). Fiumara és munkatársai tanulmányaival összhangban ezek a funkcionális NMR-vizsgálatok feltárták, hogy a prionszerű domén nem kizárólag β-lemezből áll, hanem egy új kevert szerkezettel is rendelkezik, amely spirális és véletlenszerű tekercsszakaszokat tartalmaz. Ez a vegyes szerkezetű nézet összhangban van a bioinformatikai és mutagenezis tanulmányokkal (Fiumara et al. 2010), amelyek azt jósolták, hogy az ApCPEB glutaminban gazdag priondoménje hajlamos α-helikális tekercses struktúrák kialakítására. Ennek a „vegyes szerkezetű modellnek” (13. ábra) megvan az az előnye, hogy lehetővé teszi, hogy a β-lemez száltengelyes állványt képezzen. Ez viszont lehetővé tenné, hogy a karboxi-terminális domének egymásra halmozódjanak, ugyanakkor szabaddá váljanak, hogy mRNS-t kötődjenek a β-lemez rosttengely vázának felületén. Ez a vegyes szerkezetű modell lehetővé tenné a szinaptikus növekedés stabilizálásához szükséges, egymással összefüggő mRNS-ek populációjának koordinált transzlációját.

Vegyes szerkezetű modell prionszerű aggregációjához Aplysia citoplazmatikus poliadenilációs elem-kötő fehérje (ApCPEB) és fehérjeszintézis. A priondomének egymásra halmozódnak, így az RNS-kötő domén szabaddá válik, és szabadon kötheti a hírvivő RNS-eket (mRNS-ek) a β-lemez rosttengely vázának felületén. Ez lehetővé teszi a szinaptikus növekedés stabilizálásához szükséges, egymással összefüggő mRNS-ek populációjának koordinált transzlációját (Raveendra et al. 2013 alapján).

Átfogó nézet: A funkcionális prionok perspektívában

Az a felismerés, hogy a fehérje konformációs kapcsolói lehetőséget nyújthatnak a fenotípusok öröklésére, több mint 20 éves múltra tekint vissza (Wickner 1994). Bár a prionokat kezdetben fertőző fehérjeszerű ágensekként fedezték fel, amelyek az emlősök agyának végzetes degeneratív betegségeinek egy osztályához kapcsolódnak, a gombás prionok felfedezése – amelyek nem kapcsolódnak betegséghez – először arra utalt, hogy a prionmechanizmusok sejtfiziológiára gyakorolt ​​hatásai más megvilágításban nézzük. A gombás prionok mint epigenetikai determinánsok számos sejtfolyamatot megváltoztatnak, beleértve az anyagcserét és a génexpressziót (Tompa és Friedrich 1998 Eaglestone és mtsai 1999 True és Lindquist 2000 True et al. 2004 Halfmann et al. 2012). Ezek a változások számos prionhoz kapcsolódó fenotípushoz vezetnek. Az itt áttekintett adatok az egyik korai példát adják egy prionszerű fehérje konformációs kapcsoló létezésére az agyban, amely ahelyett, hogy memóriavesztést okozna, lehetővé teheti a memória stabilizálását. A CPEB-k csigákban, legyekben és emlősökben történő prionszerű terjedése közötti mechanikai hasonlóságok arra utalnak, hogy a prionok nem biológiai anomáliát jelentenek, hanem talán egy mindenütt jelenlévő szabályozó mechanizmust testesíthetnek meg. Valójában funkcionális prionszerű fehérjéket vagy más önszerveződő fehérjéket már más fajokban, köztük az emberben is találtak (Hou et al. 2011). Ezért csábító az a feltételezés, hogy az idegrendszerben a CPEB-n kívül más fehérjék is létezhetnek, amelyek prionállapotban a normál fiziológiai funkciókat szolgálják, és talán az amiloid alapú betegségek túlsúlya az idegrendszerben összefügg a funkcionális fehérjék jelenlétével. prionok az idegrendszerben.


Bevezetés

A prionbetegségek az emlősöket sújtó végzetes, fertőző neurodegeneratív rendellenességek heterogén gyűjteményét jelentik, beleértve a juhok surlókórját, a szarvasmarháknál a szarvasmarhák szivacsos agyvelőbántalmát (BSE), a szarvasoknál és a jávorszarvasoknál a krónikus sorvadásos betegséget (CWD), valamint a Creutzfeldt-Jakob-kórt (CJD). , Gerstmann-Sträussler-Scheinker szindróma (GSS) és fatális családi álmatlanság (FFI) emberekben. Ezek a jelenleg nem kezelhető rendellenességek szokatlanok, mert öröklődnek, fertőzéssel szerezhetők, vagy spontán módon alakulhatnak ki. Ezeket a prionokként ismert tiszta fehérjeszerű fertőző részecskék okozzák (Prusiner, 1982 Prusiner, 1998). A prionok olyan fehérjék, amelyek számos alternatív, de funkcionálisan eltérő konformációban léteznek, amelyek közül legalább az egyik öntempláló (Shorter és Lindquist, 2005 Soto és Castilla, 2004). Az önsablonoló forma jellemzően egy „kereszt-β” rostos szerkezet, amelyet amiloidnak neveznek, amelyben a β-lemezek szálai merőlegesen illeszkednek a rost tengelyére. Ezek a szálak mindkét végén megnyúlnak. Valójában a rostok végei a prion aktív helyei. A rostok végei befogják és a natívan hajtogatott fehérjéket kereszt-β formává alakítják (1A. ábra). Ez az önsablon vagy „beültetés” tevékenység képezi a fertőzőképesség alapját. A kereszt-β prion forma figyelemre méltó stabilitása miatt, amely ellenáll a detergenseknek, a proteázoknak és a hődenaturációnak (Dobson, 2003 Knowles és mtsai, 2007 Prusiner, 1982 Prusiner és mtsai, 1983 Smith és mtsai, 2006), az átvitel Egyedenként (pl. a BSE tehénről tehénre terjed), és esetenként akár fajok között is (pl. CJD variáns tehénről emberre) válik lehetővé. A zord környezettel szembeni ellenállásuk miatt a prionok megtalálhatók a nyálban és a vérben (Mathiason et al., 2006 Saa et al., 2006), és még az emésztőrendszer normál denaturáló környezetét is túlélik (Beekes és McBride, 2007). . Így még a CWD tüneteinek megjelenése előtt a szarvasok prionokat választanak ki a széklettel, amelyek megmaradnak a környezetben, és lehetővé teszik a CWD gyors, vízszintes átvitelét széklet-orális úton a szarvaspopulációkon belül (Tamguney et al., 2009).

Ma már világos, hogy ezek a pusztító fertőző szivacsos agyvelőbántalmak (TSE) egy specifikus fehérje hibás feltekeredésének tulajdoníthatók: emlős prionfehérje (PrP) (Prusiner, 1998), egy glikozil-foszfatidil-inozitol (GPI) által rögzített, bizonytalan funkciójú plazmamembrán fehérje (Bremer). et al., 2010 Le Pichon et al., 2009 Steele et al., 2007). Évtizedekig azonban a fertőző ágens kiléte rejtélyes és ellentmondásos volt, mivel gyakorlatilag nem tartalmaz nukleinsavat, amely akkoriban a betegség kanonikus kórokozója (Alper és mtsai, 1967, Bruce és Dickinson, 1987). Inkább fokozatosan megértették, hogy a gazdaszervezet által kódolt fehérje, a PrP fertőző amiloid formái okozzák (Bolton és munkatársai, 1982 Oesch és mtsai, 1985 Pan és mtsai, 1993 Prusiner és mtsai, 1983). A prionhipotézist erősen alátámasztják azok a kísérletek, amelyek azt mutatják, hogy a kizárólag rekombináns fehérjéből előállított PrP amiloid formái végül átvihető neurodegeneratív betegséget válthatnak ki, amikor a PrP-t túltermelő transzgenikus egerekbe oltják be (Colby et al., 2009 Legname et al., 2004) vagy vad típusú hörcsögök (Castilla et al., 2005). Fontos, hogy Ma és munkatársai az utóbbi időben még erősebb támogatást nyújtottak (Wang et al., 2010). Okos stratégiával, amely specifikus lipid- és RNS-t elősegítő faktorokat kombinált, egy erős priont állítottak elő rekombináns PrP-ből, amely egy klasszikus prionbetegség gyors megjelenését idézte elő vad típusú egerekben (Wang és mtsai, 2010).

A meggyőző genetikai bizonyítékok a PrP-t a TSE patogeneziséhez is kapcsolták. A PrP gén missense mutációi szorosan kapcsolódnak a GSS (Hsiao és mtsai, 1989), az FFI (Medori és mtsai, 1992) és a CJD (Goldgaber és mtsai, 1989) családi formáihoz. Ezen túlmenően egerekben a PrP FFI-hez kapcsolódó mutációja neurodegeneratív betegségeket és fertőző anyag spontán képződését indukálhatja (Jackson et al., 2009). A másik végletben a PrP missense mutációi rezisztenciát eredményezhetnek a prionbetegséggel szemben (Mead et al., 2009). Fontos, hogy a PrP-knockout egerek ellenállnak az exogén TSE-indukáló prionok fertőzésének (Bueler és mtsai., 1993). Ez a rezisztencia azért keletkezik, mert a PrP fertőző formájának fel kell vennie és át kell alakítania az endogén PrP-t a betegség átviteléhez. Valójában, ha PrP-t expresszáló neuronokat ültetnek be PrP-knockout egerekbe, akkor csak a graftok fertőződnek meg prionexpozíció hatására, míg a környező szövetek zavartalanok (Brandner et al., 1996). Ez a kísérleti megfigyelés kulcsfontosságúnak bizonyulhat olyan stratégiák kidolgozásában, amelyek enyhítik a humán neurodegeneratív betegségek fehérjéinek átvihetőségét.


Prionszerű fehérje először baktériumokban

Eddig a prionokat csak eukarióta szervezetek, például növények és állatok sejtjeiben látták.

A prionokat, a degeneratív agyi rendellenességeket, például a „bolondmarha-kórt” okozó fertőző ágenseket baktériumokban is felfedezhették.

Egy fehérje szakasza benne Clostridium botulinum, a botulizmust okozó mikroba prionként viselkedhet, ha élesztőbe juttatják, és Escherichia coli baktériumok, tudósítanak a kutatók a január 13-i számában Tudomány 1 .

A prionokat olyan fehérjék alkotják, amelyek szerkezetileg számos különböző módon képesek hajtogatni. Egy fehérje prionváltozata fertőző módon állandósíthatja magát azáltal, hogy a fehérje normál formáit prionváltozattá alakítja.

A tudósok először az 1980-as években fedezték fel a prionokat, mint a fertőző szivacsos agyvelőbántalmakként ismert halálos agyi rendellenességek hátterében álló ágenseket. Azóta a kutatók emlősökben, rovarokban, férgekben, növényekben és gombákban találták meg a rosszul összehajtogatott fehérjéket 2 , és rájöttek, hogy nem minden prion károsítja gazdáit.

De mostanáig a prionokat csak az eukarióta szervezetek sejtjeiben látták, egy csoportba tartoznak az állatok, növények és gombák.

A legfrissebb tanulmányban a kutatók nagyjából 60 000 baktérium genomot elemeztek olyan szoftverek segítségével, amelyek az élesztőben lévő prionképző fehérjék felismerésére lettek kiképezve. A Rho bakteriális fehérje egy szakaszára összpontosítottak. Számos baktériumban, mint pl C. botulinum és E. coli, A Rho a génexpresszió globális szabályozója, ami azt jelenti, hogy számos gén aktivitását képes szabályozni.

Amikor a Rho potenciálisan prionképző szakaszát a C. botulinum be lett illesztve E. coli, hibásan képződő fehérjék csomói, amelyek a legtöbb prionra jellemzőek. Ezen túlmenően, amikor a fehérjetöredéket élesztőbe helyezték, helyettesítheti egy ismert prionképző élesztőfehérje funkcióit.

A kutatók azt is megállapították, hogy bár a Rho normál változata elnyomta a génaktivitást E. coli, sok gén volt aktív, amikor a fehérje prion formájában volt. Ez azt sugallja, hogy a prionok lehetővé tehetik a baktériumok számára, hogy alkalmazkodjanak bizonyos típusú környezeti stresszekhez, mondja Ann Hochschild, a Boston (Massachusetts állam) Harvard Medical School bakteriális genetikusa és a tanulmány társszerzője. Például a tudósok azt találták E. coli A Rho prionos változatával módosítottak jobban tudtak alkalmazkodni az etanolnak való kitettséghez, mint a normál Rho baktériumok.

Ezek az eredmények arra utalnak, hogy a prionok megelőzték az eukarióták és a baktériumok közötti evolúciós szakadást körülbelül 2,3 milliárd évvel ezelőtt. "A prionok valószínűleg sokkal szélesebb körben elterjedtek a természetben, mint azt korábban feltételezték" - mondja Hochschild. "Úgy véljük, más prionképző fehérjék is felfedezhetők a baktériumokban."

Mivel a prionok örökölhetőek, az eredmények azt sugallják, hogy ezek a fehérjék lehetővé tehetik a baktériumoknak, hogy genetikai mutáció nélkül örököljenek tulajdonságokat. Ez jól jöhet, „amikor a baktériumoknak gyors reakcióra van szükségük a környezetükkel szemben, például antibiotikumokkal való kezelésre” – mondja Peter Chien, a Massachusetts Amherst Egyetem bakteriális biokémikusa.

A kutatók következő lépése annak megerősítése, hogy a Rho prionként tud viselkedni természetes gazdájában, mondja Chien. De ez nehéz lehet, mert C. botulinum kevésbé kezelhető genetikai kísérletekkel, mint a hagyományos laboratóriumi szervezetek, mint pl E. coli, teszi hozzá Chien.

Jeffrey Roberts, a New York-i Ithaca-i Cornell Egyetem molekuláris biológusa szerint a prionokkal való kísérletezés képességének fejlesztése a baktériumokban segíthetne többet felfedni az emberi prionok viselkedéséről, amelyek összefüggésbe hozhatók olyan betegségekkel, mint az Alzheimer-kór és a Parkinson-kór.


A PrP C lehetséges neuroprotektív szerepei

A PrP C-nek neuroprotektív szerepe lehet az agyi ischaemia egérmodelljében, mivel a PrP C-hiányos egerek nagyobb elváltozásokat mutatnak akut agyi ischaemia esetén. Ezenkívül a PrP C túlzott expressziója csökkentheti a lézió méretét a vad típusú egerekhez képest [121,122,123,124]. Feltételezik, hogy az NMDA jelátvitel PrP C általi csillapítása a PrP C neuroprotektív szerepének alapja az NMDA által közvetített toxicitás ellen ischaemiában [125]. Ezenkívül azt találták, hogy a PrP C hasítása N- és C-terminális fragmenseire ischaemiás körülmények között fokozódik, és ezek a hasítási termékek maguk is neuroprotektívek lehetnek [124]. In particular, the N-terminal cleavage fragment (N1) might be neuroprotective against staurosporine-induced Caspase-3 activation in a model of pressure-induced ischemia in the rat retina [126]. These results are supported by several in vitro studies, where expression of PrP C was protective against staurosporine or anisomycin-induced apoptosis [127, 128]. Conversely, loss of PrP C was beneficial against glutamate-induced excitotoxicity in vitro, an effect supposedly mediated by increased uptake of glutamate in PrP C -ablated astrocytes [129].

The protective function of the N1 fragment is also very intriguing in the context of the Aβ oligomer-related synaptotoxicity. This intrinsically disordered N-terminal portion of PrP C is involved in binding to β-sheet-rich peptides like Aβ oligomers [99, 101] and mediates the detrimental effects of Aβ oligomers on synaptic function as mentioned before. However, in its soluble form as secreted upon PrP C cleavage, N1 acted in a decoy receptor-like mode: it prevented Aβ peptide fibrillization and reduced the neurotoxicity of amyloid-β oligomers in vitro and in vivo [130]. Additionally, the rate of PrP C alpha-cleavage is increased in brain tissue from patients suffering from AD and it was proposed that alpha-cleavage represents an endogenous protective mechanism against amyloid-β toxicity in humans [131].

However, PrP C -deficient mice do not exhibit altered amyloid-β toxicity [102,103,104,105] and there was no protective effect of PrP C in mouse models of other neurodegenerative diseases, including Parkinson's and Huntington's disease, as well as a mouse model of tauopathy [124, 132].

Based on in vitro studies, by virtue of its ability to bind copper, PrP C has been proposed to participate in resistance to oxidative stress by preventing reactive oxygen species (ROS) generation via free copper-mediated redox reactions. Also, PrP C was at some point thought to regulate the function of superoxide dismutase (SOD) [133]. It was even proposed that PrP C could act as a SOD by itself [27, 134]. However, a function of PrP C in copper metabolism is still controversial and the influence of PrP C on either SOD level or the intrinsic dismutase activity of PrP C was shown by us and others to be artifactual [135, 136]. There might be, however, alternative ways in which PrP C protects against ROS toxicity. For instance, PrP C -dependent expression of antioxidant enzymes was suggested as an explanation for resistance to oxidative stress mediated by PrP C [137, 138] as well as a conjectured PrP C function in iron metabolism and control of redox-iron balance in cell lines [139, 140].


Eredmények

The relationship between amyloidogenicity and prion propensity

Ross and Toombs have shown that the sequence of a short eight-residue stretch of a variant of Sup35 PFD suffices to determine the priogenicity of the complete protein, revealing that the presence of hydrophobic residues, which are otherwise under-represented in PFDs, highly increase the overall prion propensity [17]. The presence of hydrophobic residues is recurrently observed in amyloid sequences and, in fact, when we analysed the 62 sequence variants they tested in this short Sup35 region using WALTZ (with default settings) we observed that 44.4% of prion-promoting sequences were predicted as amyloidogenic, whereas only 14.2% of non-prionic sequences were identified as such (S1 Table). This suggests that the enrichment in hydrophobic residues in prion-promoting stretches acts by increasing their sequential amyloid propensity and therefore that the presence of short and specific amyloid sequences might be an important contributor to the prionogenicity of a Q/N rich sequence, as previously proposed [18], [19]. Based on this hypothesis, we wondered if prediction of amyloidogenicity might aid to discriminate prion from non-prions in the protein dataset experimentally characterized by Alberti et al. The authors of that study scored the domains from 0 to 10 according to their combined performance in four different assays that include tests for both amyloid and prion forming ability. We considered as non-prions those sequences scoring ≤2 and being positive in one assay at maximum, meaning that they do not exhibit amyloid and prion forming ability at the same time, yielding a total of 39 sequences (Table 1). We considered as prions those domains being positive in all four assays and scoring ≥9, with a total of 12 sequences, including the known prions NEW1, RNQ1, SWI1, SUP35 and URE2 proteins (Table 1).



Hozzászólások:

  1. Zameel

    Minden körülbelül egy és végtelenül



Írj egy üzenetet