biochemie neurodegenerativních chorob a prionů
DESCRIPTION
Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů. Alice Skoumalová. Nemoci způsobené patologickou konformací proteinů Způsobené abnormální terciální strukturou (konformací) specifických proteinů. β -skládaný list. α -helix. konformační změna. Normální protein (nativní struktura). - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
![Page 1: Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022033016/56812c2b550346895d90a59c/html5/thumbnails/1.jpg)
Biochemie neurodegenerativních chorob a
prionů
Alice Skoumalová
![Page 2: Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022033016/56812c2b550346895d90a59c/html5/thumbnails/2.jpg)
Neurodegenerativní choroba Patologický protein (amyloid)
Alzheimerova choroba β-amyloid
Parkinsonova choroba α-synuclein
Frontotemporální demence Tau
Hungtingtonova choroba Huntingtin
Creutzfeldt-Jakobova nemoc Prion
![Page 3: Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022033016/56812c2b550346895d90a59c/html5/thumbnails/3.jpg)
α-helix β-skládaný list
Normální protein (nativní struktura) Protein způsobující onemocnění
(patologická konformace)
konformační změna
Agregace
Toxická aktivita Ztráta funkce
Neurodegenerativní choroby
Nemoci způsobené patologickou konformací proteinůZpůsobené abnormální terciální strukturou (konformací) specifických
proteinů
![Page 4: Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022033016/56812c2b550346895d90a59c/html5/thumbnails/4.jpg)
DNA
RNA Ribosom
Nativní protein Protein s patologickou konformací
Chaperony
Ubikvitin
ATP
Degradovaný protein
Ztráta funkce (Cystická fibrosa)
Proteasom
Agregát/fibrilární amyloidChaperony
Toxická bílkovina (Alzheimerova choroba)
Ukládání (Amyloidosy)
![Page 5: Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022033016/56812c2b550346895d90a59c/html5/thumbnails/5.jpg)
Struktura amyloidních fibril
Rovné, nerozvětvené, velikost 8-16nm Složeny ze 2 až 6 protofilament (3-4 nm) Bohaté na struktury β-struktury (vzájemně spojeny vodíkovými můstky)
![Page 6: Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022033016/56812c2b550346895d90a59c/html5/thumbnails/6.jpg)
Molekulární faktory tvorby amyloidu
Abnormální zavinutí proteinu je klíčové pro tvorbu amyloidu Stabilita proteinu (stálost nativní konformace proti abnormální) je důležitý
faktor pro náchylnost k tvorbě amyloidu
Destabilizační faktory:
1. Extrémní podmínky prostředí (např. kyselé buněčné kompartmenty)
2. Proteolytické štěpení proteinů (endogenní proteasy)
3. Mutace, které pozmění primární strukturu (mnoho amyloidos má familiární formu způsobenou mutací proteinovém prekursoru amyloidu)
4. Kontakt s lipidovou dvojvrstvou membrán (Aβ)
![Page 7: Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022033016/56812c2b550346895d90a59c/html5/thumbnails/7.jpg)
![Page 8: Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022033016/56812c2b550346895d90a59c/html5/thumbnails/8.jpg)
Kontrola kvality proteinů
![Page 9: Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022033016/56812c2b550346895d90a59c/html5/thumbnails/9.jpg)
Základní patologické znaky provázející Alzheimerovu chorobu
Neurofibrilární tangly
hyperfosforylovaný tau protein
Amyloidní (senilní) plaky
fibrily proteinu β-amyloidu (Aβ)
abnormální zpracování APP (amyloid prekurzor protein)
![Page 10: Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022033016/56812c2b550346895d90a59c/html5/thumbnails/10.jpg)
Štěpení APP a vznik Aβ
![Page 11: Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022033016/56812c2b550346895d90a59c/html5/thumbnails/11.jpg)
Amyloidní kaskáda - patologie Alzheimerovy choroby
Mutace APP, PS1 a PS2 genů
Zvýšená produkce a kumulace Aβ42
Oligomerizace Aβ42 a depozice v senilních placích
Ovlivnění synapsí oligomery Aβ42
Aktivace mikroglií a astrocytů (komplement faktory, cytokiny)
Progresivní poškození synapsí a neuritů
Poškození iontové rovnováhy neuronů, oxidační poškození
Ovlivnění signálních drah kináz a fosfatáz tvorba tanglů
Poškození funkce neuronů a buněčná smrt s deficitem transmiterů
Demence
![Page 12: Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022033016/56812c2b550346895d90a59c/html5/thumbnails/12.jpg)
![Page 13: Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022033016/56812c2b550346895d90a59c/html5/thumbnails/13.jpg)
Definice prionů
proteinové přenosné patogeny způsobující některé fatální neurodegenerativní choroby (např. u lidí Creutzfeld-Jakobovu nemoc, kuru, u zvířat bovinní spongioformní encefalopatii)
zkratka pro proteinaceous infectious particle (analogie virion); jde o infekční agens, které nenese genetickou informaci uloženou v nukleové kyselině!
proteiny s patologickou konformací, které jsou schopny dále propagovat konformační změny nativních proteinů na abnormální struktury
![Page 14: Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022033016/56812c2b550346895d90a59c/html5/thumbnails/14.jpg)
Nemoc Hostitel PrP isoforma
Scrapie Ovce, koza OvPrPSc
Transmissible mink encephalopathy (TME)
Norek MkPrPSc
Chronic wasting disease (CWD)
Jelen, los MDePrPSc
Bovine spongioform encephalopathy (BSE)
Skot BovPrPSc
Feline spongioform encephalopathy (FSE)
Kočky FePrPSc
Exotic unguale encephalopathy (EUE)
Antilopa NyaPrPSc
Kuru Člověk HuPrPSc
Creutzfeldt-Jakob disease (CJD)
Člověk HuPrPSc
Gerstmann-Straussler-Scheinker syndrome (GSS)
Člověk HuPrPSc
Fatal familial insomnia (FFI)
Člověk HuPrPSc
![Page 15: Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022033016/56812c2b550346895d90a59c/html5/thumbnails/15.jpg)
PrPC
Název PrPC (cellular)
Normální protein
Transmembránový glykoprotein (neurony, lymfocyty); funkce není známá; váže Cu2+ (homeostasa těchto iontů)
Dominantní sekundární struktura α-helix
Dobře rozpustný ve vodě
Monomerní, snadno štěpen proteasami
Kódován genem zvaným PRNP na chromosomu 20
PrPSc
Název PrPSc (scrapie)
Abnormální protein způsobující nemoc
Stejná sekvence aminokyselin (primární struktura)
Dominantní sekundární struktura β-skládaný list
Nerozpustný ve vodě
Multimerní, rezistentní k působení proteas
Když je v kontaktu s normálním proteinem PrPC, konvertuje ho na abnormální PrPSc
Tvoří agregáty (způsobují onemocnění a/nebo vznikají jako vedlejší efekt)
![Page 16: Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022033016/56812c2b550346895d90a59c/html5/thumbnails/16.jpg)
Molekulární model struktury:
PrPC PrPSc
Převažuje α-helix (3x) β-skládaný list (40%), α-helix (30%)
![Page 17: Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022033016/56812c2b550346895d90a59c/html5/thumbnails/17.jpg)
Prionové agregáty (snímek z elektronového mikroskopu)
![Page 18: Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022033016/56812c2b550346895d90a59c/html5/thumbnails/18.jpg)
Replikační cyklusPřítomnost iniciálního PrPSc: exogenní (infekce) nebo endogenní (vrozenáči sporadická forma)Abnormální protein PrPSc konverguje nativní protein PrPC na PrPSc v replikačním cykluPatologické PrPSc agregují
![Page 19: Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022033016/56812c2b550346895d90a59c/html5/thumbnails/19.jpg)
Mechanismus progrese prionů
![Page 20: Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022033016/56812c2b550346895d90a59c/html5/thumbnails/20.jpg)
Prionové choroby: vzácné neurodegeneratvní onemocnění (1 nemocný/milion)
1. Sporadické (85 %)
U starších lidí, rychlá progrese (1 rok)
Př. Creutzfeldt-Jakob disease (CJD)
2. Familiární (vrozené-15%)
Mutace PrP genu způsobí změnu nativní konformace na patologickou PrPSc
Př. Gerstmann-Straussler-Scheinkerova nemoc (GSS),fatální familiární insomnie (FFI)
3. Přenosné (velice vzácné, ale mediálně známé)
V laboratoři přenosné na myši intrakraniální injekcí mozkového homogenátu nakažených zvířat
Přenos nemoci kuru u lidí (domorodci na Nové Guinei-kanibalismus)
Nedávno zjištěn přenos BSE na člověka v Evropě po požití infekčního hovězího masa (varianta CJD)
![Page 21: Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022033016/56812c2b550346895d90a59c/html5/thumbnails/21.jpg)
Přenosné spongioformní encefalopatie (TSE)=prionové onemocnění
Skupina progresivních chorob, které atakují mozek a nervový systém lidí a zvířat a jsou přenosné priony
Patologie: Vakuolární degenerace, ztráta neuronů bez zánětlivé odpovědi, astrocytosa, deposita amyloidů
Klinika: ztráta motorických funkcí (poruchy koordinace, ataxie, nechtěné trhavé pohyby), změny osobnosti, deprese, nespavost, zmatenost, poruchy paměti, demence, progresivní svalová paralysa, smrt
Definitivní diagnosa: post mortem histologicky
Neléčitelné
![Page 22: Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022033016/56812c2b550346895d90a59c/html5/thumbnails/22.jpg)
Přenos prionů
1. Přímý kontakt s infikovanou tkání: např. iatrogenní přenos CJD u pacientů, kterým byl aplikován růstový hormon získávaný z lidské hypofýzy, z instrumentů u mozkové chirurgie (priony přežijí běžnou sterilizaci), rohovkové transplantáty, elektrodové implantáty
2. Konsumpce infekčního masa: např. byl prokázán přenos prionů u nemoci kuru (kanibalismus u domorodců z Nové Guinei) a vCJD (požití
masa z krav s BSE)
Není znám mechanismus jak se priony dostanou z trávicího traktu do mozku (normálně jsou proteiny tráveny a vstřebávány jako aminokyseliny)
Hypotesa: Nejsou tráveny (rezistence k proteasam), jsou transportovány přes lymfatickou tkáň střeva (gut-associated lymphoid tissue GALT)
![Page 23: Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022033016/56812c2b550346895d90a59c/html5/thumbnails/23.jpg)
Typy prionů
=subklasifikace prionů na základě strukturálních charakteristik, které definují jejich patologický profil
Liší se inkubační dobou a neuropatologickými znaky, i když jsou způsobeny stejným proteinem (PrPSc)
Existence různých typů prionů: jsou chemicky identické, ale nemají přesně stejnou konformaci
Strukturální charakteristiky jednotlivých prionových typů jsou propagovány přes replikační cyklus
Jednotlivé typy prionů mají specifické cílové tkáně, inkubační dobu a patogenezi
![Page 24: Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022033016/56812c2b550346895d90a59c/html5/thumbnails/24.jpg)
Různá inkubační doba a neuropatologie typů prionů
-různé biochemické charakteristiky
-odlišnosti jsou zachovány po opakovaném přenosu
Charakteristiky jednotlivých typů prionů jsou zachovány po přenosu na jiné druhy
-po re-izolaci v původním hostitely
![Page 25: Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022033016/56812c2b550346895d90a59c/html5/thumbnails/25.jpg)
Konsumpce BSE-nakaženého masa Prion BSE
Varianta CJD: u mladších, jiný klinický průběh
Prion vCJD je identický s prionem BSE
Klasická CJD: u starších
Prion CJD se liší
![Page 26: Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022033016/56812c2b550346895d90a59c/html5/thumbnails/26.jpg)
Charakteristika Klasická CJD Varianta CJD
Věk úmrtí 68 let 28 let
Doba trvání nemoci 4-5 měsíců 13-14 měsíců
Klinické symptomy Demence, časné neurologické projevy
Psychiatrické projevy, pozdější neurologické poruchy, senzorické halucinace
Specifický nález na MRI Přítomen Přítomen
Specifický nález na EEG Přítomen Nepřítomen
Imunohistochemie mozkové tkáně
Variabilní akumulace PrPSc
Významná akumulace PrPSc
Nález prionů v lymfatické tkáni
Nesnadno detekovaný Snadno detekovaný
Přítomnost amyloidních plaků v mozku
Přítomny Přítomny
![Page 27: Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022033016/56812c2b550346895d90a59c/html5/thumbnails/27.jpg)
Konformační selekce a druhová bariéra
Široká škála možných konformací PrPSc
Pro jednotlivé druhy termodynamicky možné pouze některé z nich
Stejné konformace - možný přenos
![Page 28: Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022033016/56812c2b550346895d90a59c/html5/thumbnails/28.jpg)
Terapeutické strategie
1. Léky, které přeruší replikační cyklus PrPSc
Takové léky byly testovány na buněčných modelech, musí být ověřeny na zvířecích modelech a testovány v klinických studiích
2. Vývoj vakcíny: abnormální protein, na rozdíl od nativní formy, exponuje specifické aminokyselinové zbytky; protilátky proti této specifické sekvenci stimulují imunitní reakci proti patologickému prionu
3. Vývoj peptidů rozrušující struktury β-skládaného listu
4. Genová terapie: úprava genu kódujícího priony
Genetické inženýrství: kráva s chybějícím genem pro produkci prionů; teoreticky imunní k BSE (prosinec 2006)
![Page 29: Biochemie neurodegenerativních chorob a prionů](https://reader030.vdocuments.site/reader030/viewer/2022033016/56812c2b550346895d90a59c/html5/thumbnails/29.jpg)
Závěr
Konformační defekt proteinů - nemoci způsobené patologickou konformací proteinů - neurodegenerativní nemoci
Oligomerní agregáty patologických proteinů - neurotoxické
Priony jsou proteiny, které nesou informaci pro vlastní reprodukci (vyvrácení dogmatu moderní biologie)
Priony se nacházejí v membránách u zdravých lidí a zvířat, ale jejich abnormální konformace (PrPSc) jsou nerozpustné, nedají se štěpit a agregují
PrPSc atakuje nativní prion PrPC, změní jeho konformaci na abnormální, způsobí exponenciální nárůst nerozpustných proteinů, které agregují a tvoří fibrilární struktury
Prionové choroby jsou vzácné neléčitelné degenerativní poruchy, některé z nich jsou přenosné, ale mechanismus není úplně jasný (např. přenos BSE na člověka)