Прионы. Типы репликаторов на планете Земля

1. Прионы

РНИМУ имени Н.И. Пирогова
Кафедра биологии им. Акад. В.Н. Ярыгина
Прионы
ВЫПОЛНИЛА КОНОВАЛОВА АНАСТАСИЯ МАКСИМОВНА
2.1.13Б ПЕДИАТРИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ РНИМУ
РУКОВОДИТЕЛЬ АКАД. РАЕН ПРОФ. В.Б. ЗАХАРОВ

2. Типы репликаторов на планете Земля

3. Типы репликаторов на планете Земля

Треозо-нуклеиновая кислота (TNA, ТНК)— искусственно
синтезированный полимер, аналогичный ДНК или РНК.

4. Прионы

Прионы — инфекционные агенты
белковой природы, вызывающие
смертельные заболевания у животных и
человека. Прионы представляют собой
неправильно свернутые молекулы
прионного белка PrP (Prion Protein),
способные «размножаться», превращая
нормальные молекулы PrPС в подобие
самих себя (патогены – PrPSc).
На рисунке представлены два варианта
пространственной конфигурации
прионного белка: a — нормальная
конфигурация (преобладают альфаспирали); b — «патологическая»
конфигурация (преобладают бета-листы).

5. Амилоиды

Амилоиды – это паталогические белковые структуры,
вызывающие обширную группу амилоидных
заболеваний, таких как: болезни Альцгеймера,
Паркинсона, рассеянный склероз и другие прионные
заболеваниия.
Представляют собой фибриллярные полимеры.
Катализируют структурную перестройку и
присоединение мономеров того же белка и за счет
этого растут.
Устойчивы к протезам. Как следствие, накапливаются,
вызывая болезнь.
Амилоиды могут быть инфекционными и тогда их
называют прионными.

6. Итак, прионы -

Прионы – инфекционные амилоиды,
представляющие собой особым образом
свернутые молекулы прионного белка (PrP –
Prion Protein). В норме PrPС (Prion Protein of Cell
– неинфекционный прионовый белок)
растворим и находится на мембранах нейронов,
где выполняет функции, связанные с передачей
сигналов. Неизмененный прионный белок
превращается в смертоносный патогенный
прион, PrPSc (от scrapie), в результате
неправильного сворачивания.

7. Небольшая справка о нейронах:

В состав нервной ткани входят нервные
клетки — нейроны, и клетки нейроглии,
выполняющие опорную, секреторную и
защитную функции.
Отростки нейронов покрыты миелиновой
оболочкой. Ее образуют Шванновские
клетки, разделенные перехватами
Ранвье.
Нейроглия, или глия, —
совокупность клеточных элементов
нервной ткани, образованная
специализированными клетками
различной формы.
Виды глиальных клеток
1.
астроциты (астроглия);
2.
олигодендроциты (олигодендроглия);
3.
микроглиальные клетки (микроглия);
4.
шванновские клетки.

8. Центральная догма молекулярной биологии

Направление потока информации в
биологических системах в современном ДНК →
РНК → белковом мире (указано стрелками на
схеме).
1. От ДНК к ДНК посредством редупликации;
2. От ДНК к РНК путем транскрипции;
3. От РНК к ДНК в результате обратной
транскрипции;
4. От РНК к РНК – репликация;
5. От РНК к белку путём трансляции;
Пути, обозначенные пунктиром, носят
гипотетический характер.

9. История открытия прионов

Даниел Карлтон Гайдушек (9 сентября 1923
года — 12 декабря 2008 года) —
американский педиатр и вирусолог, лауреат
Нобелевской премии по физиологии и
медицине 1976 ,года «за открытия,
касающиеся новых механизмов
происхождения и распространения
инфекционных заболеваний», которую он
разделил вместе с Барухом Бламбергом.

10. Куру

В 1949 году Д.К. Гайдушек отправляется в Новую Гвинею
с целью раскрыть причины страшного заразного
заболевания, распространенного среди аборигенов
племени форе. Прогрессирующее разрушение нервной
системы сводило в могилу зараженного человека
буквально за год после проявления первых
неврологических симптомов. Папуасы форе называли
этот недуг «куру» и иной причины, кроме колдовства,
не видели. Гайдушек неопровержимо доказал
заразность мозга погибших людей (племя куру
практиковало ритуальный каннибализм). Однако
болезнь характеризовалась очень долгим
инкубационным периодом — от предполагаемого
момента заражения до первых симптомов проходили
годы.

11. Скрепи у овец (трясучка), Болезнь Крецфельда-Якоба

К тому времени было известно
еще несколько заболеваний со
сходными симптомами, например,
скрепи у овец, болезнь
Крейцфельдта—Якоба (БКЯ).
Возбудителями этой группы
болезней полагали загадочные
«медленные вирусы», якобы
слишком маленькие, чтобы их
обнаружить, и в то же время
слишком прочные, чтобы их
разрушить. Смущало также и то,
что у больных не наблюдалось
иммунной реакции, — что для
заразного заболевания нетипично.

12. Тайна раскрыта

Стенли Прузинер (род. 28 мая 1942 г.) —
американский врач профессор неворологии и
биохимии Университета Колифорнии в СанФранциско лауреат Нобелевской премии по
физиологии и медицине 1997 года.
Доказал инфекционность белка и его способность
хранить информацию о природе заболевания. Он
же ввел и новый термин — «прионы»,
образованный от первых букв английских
слов proteinaceous и infectious («белковый» и
«инфекционный»)

13. Ген прионного белка

Ген, кодирующий прионный белок PRPN имеется у
млекопитающих, птиц и у низших эукариот. У
человека он расположен в коротком плече 20
хромосомы, кодирует 253 аминокислоты. Ген
является высококонсервативным для многих
видов млекопитающих. Очень высокие уровни его
экспрессии обнаруживаются в нейронах, однако
он экспрессируется и в других тканях, правда, на
более низком уровне. Экспрессия поддерживается
в течение всей жизни организма.

14. PrPC

В структуре самого PrPC выделяют: 3 альфа-цепи, 2 бета-слоя и
дисульфидный мостик.

15. Размножение PrPSc

PrPSc соприкасаясь с PrPC изменяет
конфигурацию последнего на патологическую,
после чего белок приобретает способность
слипаться со своим «учителем», патологично
сложенным белком, в единую олигомерную
структуру. Образуются фибриллы, а когда они
достигают определенной длины, происходит их
фрагментация. Именно фрагментация играет
ключевую роль в размножении прионов.
Мелкие фрагменты растут так же хорошо, как и
большие, и обладают даже большей
инфекционностью. Часть фрагментов становится
затравкой для конверсии других здоровых
прионов, остальное уничтожают протеазы
организма.

16. Гистология и морфология

PrPSc накапливается на поверхности клеток и
межклеточном пространстве в форме аморфных
депозитов, диффузных фибрилл или плотных
амилоидных бляшек.
Морфологическими изменениями при прионных
заболеваниях являются: спонгиоз серого вещества
(межклеточный отек, избыточное скопление в
межклеточных пространствах серозной жидкости
приводит к их расширению, растяжению, а иногда и
разрыву десмосом с образованием полостей
(везикулы) (более выраженный – около мозговых
кровеносных сосудов), сопровождающийся
Рис. Гистологический срез мозга при норме,
атрофией и гибелью нейронов, а также астроцитоз, болезни куру, БКЯ, скрепи.
глиоз.

17. Альтернативные формы прионного белка PrPSc, их роль в передаче свойств штамма или преодолении межвидового барьера

В верхней части рисунка — все возможные конформации PrPSC,
которые могут принимать прионы млекопитающих PrPC. Однако
у приона каждого биологического вида есть определенный
набор конформаций, которые предпочитает перенимать
здоровый белок при встрече с патогеном. Прионы легко
передаются между представителями одного вида,
экспрессирующими одинаковые белки PrPC (а). Заражение
представителя того же вида I, но с иным PrPC (б), или вида II с
генетически похожим PrPC (в) возможно, если в их наборах
совпадают хотя бы некоторые «опасные» конформации. Если
совпадений нет, заражение вида III не происходит вовсе, либо
картина заболевания оказывается иной, нежели у вида I (г). Такое
перерождение приона при передаче другому виду, трудно
поддающемуся заражению, называют «мутацией приона»

18. Можно ли утверждать, что прионы подвержены действию естественного отбора?

Для «дарвиновской» эволюции необходимо, чтобы
репликатор обладал двумя ключевыми свойствами.
Первое — способность мутировать и передавать мутации по
наследству. Второе — способность возникающих мутаций
влиять на эффективность размножения репликатора
(«дифференциальное размножение»). Если репликатор
обладает двумя этими свойствами, он автоматически
начинает эволюционировать, приспосабливаясь к среде
своего обитания. Сочетание наследственной изменчивости с
дифференциальным размножением называют естественным
отбором.

19. Почему прион так устойчив к протезам и прочим денатурирующим факторам?

Прионы формируют
фибриллярную
структуру
*SDS - натриевая соль лаурилсерной кислоты,
анионоактивное поверхностно-активное вещество.
Используется в составе лизирующих буферов для
выделения нуклеиновых кислот из биологических
образцов.

20. Почему в ответ на прионную инфекцию не возникает иммунного ответа?

Принцип работы иммунной системы:
В тканях лимфатической системы образуются
лимфоциты – клетки, способные синтезировать
антитела (иммуноглобулины). Молекулы антител
состоят из 4 полипептидных цепей и имеют
участок, узнающий чужеродное вещество
(изменчивая область). Антитела способны
распознавать молекулы различных
биополимеров и их комплексы, находящиеся в
плазме крови или в составе вирусов и бактерий.
Они связываются с нехарактерными организму
веществами (антигенами) по принципу
соответствия пространственных конфигураций
молекул. Комплекс «антиген-антитело» в
последствие фагоцитируется другими
лейкоцитами.

21. Взаимосвязь прионов со старением

22. Источники

https://elementy.ru/novosti_nauki/431254/Darvinovskaya_evolyutsiya_bez_
uchastiya_genov
https://elementy.ru/nauchnopopulyarnaya_biblioteka/431666/Geometriya_belkovykh_tel
https://elementy.ru/nauchnopopulyarnaya_biblioteka/431703/10_faktov_o_prionakh_i_amiloidakh
https://elementy.ru/novosti_nauki/431777/Raskryty_molekulyarnye_osnovy_
dolgovremennoy_pamyati
https://cyberleninka.ru/article/v/priony-i-prionovye-zabolevaniya
https://biomolecula.ru/articles/priony-issledovaniia-tainstvennykh-molekulprodolzhaiutsia