Прио́ны (от англ.proteinaceous infectious particles - белковые заразные частицы) - особый класс инфекционных агентов, чисто белковых, не содержащих нуклеиновых кислот, вызывающих тяжёлые заболевания центральной нервной системы у человека и ряда высших животных (так называемые «медленные инфекции»).
Прионный белок, обладающий аномальной трёхмерной структурой, способен прямо катализировать структурное превращение гомологичного ему нормального клеточного белка в себе подобный (прионный), присоединяясь к белку-мишени и изменяя его конформацию. Как правило, прионное состояние белка характеризуется переходом α-спиралей белка в β-слои.
История
Во второй половине XX века врачи столкнулись с необычным заболеванием человека - постепенно прогрессирующим разрушением головного мозга, происходящим в результате гибели нервных клеток. Это заболевание получило название губчатой энцефалопатии. Похожие симптомы были известны давно, но наблюдались они не у человека, а у животных (скрейпи овец), и долгое время между ними не находили достаточной обоснованной связи.
Открытие прионов тесно связано с историей открытия и становления учения о медленных инфекциях, когда в 1954 г. Б. Сигурдссон (Швеция) изложил результаты своих многолетних исследований массовых заболеваний среди овец, завезенных в 1933 г. из Германии на о. Исландия для развития каракулеводства. Несмотря на явные клинические различия и неодинаковую локализацию повреждений органов и тканей, шведский ученый сумел обнаружить среди изученных им заболеваний принципиальное сходство, которое в современном виде может быть суммировано в виде четырех главных признаков, отличающих медленные инфекции: необычно продолжительный (месяцы и годы) инкубационный период; медленно прогрессирующий характер течения; необычность поражения органов и тканей; неизбежность смертельного исхода.
Среди заболеваний овец была подробно исследована давно и хорошо знакомая во многих странах болезнь этих животных, известная под названием «скрэпи», полностью отвечавшая всем четырем характеристикам медленных инфекций. Три года спустя на о. Новая Гвинея обнаружили и описали новое заболевание среди папуасов-каннибалов, которое известно сегодня под названием «куру». Болезнь носила массовый характер и успешной передачей сначала шимпанзе, а позднее и низшим обезьянам была доказана ее инфекционная природа. Очень скоро было выявлено большое сходство между эпидемиологий, клиническими проявлениями и патоморфологической картиной при куру у человека и при скрэпи у овец, на основании чего стало очевидным, что медленные инфекции могут поражать не только животных, но и людей.
Новый интерес к их изучению возник в 1996 году, когда в Великобритании появилась новая форма заболевания, обозначаемая как «новый вариант болезни Крейтцфельдта-Якоба». Важным событием было распространение «коровьего бешенства» в Великобритании, эпидемия которого была сначала в 1992-1993 годов, а потом и в 2001 году охватила несколько европейских государств, но тем не менее экспорт мяса во многие страны не был прекращён. Заболевание связывают с использованием «прионизированной» костной муки в кормах и премиксах, изготовленной из туш павших или заболевших животных, возможно, и не имевших явных признаков заболевания.
Пути переноса причинного фактора болезни, механизмы проникновения прионов в организм и патогенез заболевания изучены пока недостаточно. В 1997 г. американскому врачу Стенли Прузинеру была присуждена Нобелевская премия за изучение прионов.
Свойства молекул и молекулярные основы патогенеза
Прионовые белки млекопитающих не сходны с прионовыми белками дрожжей по аминокислотной последовательности. Несмотря на это, основные структурные особенности (формирование амилоидных волокон и высокая специфичность, препятствующая передаче прионов от одного вида организмов к другому) у них общие. Вместе с тем, прион, отвечающий за коровье бешенство, обладает способностью передаваться от вида к виду.
Рис.1. Предполагаемый механизм «размножения» прионов
В ходе исследований мозговых тканей умерших от прионных инфекций животных было показано, что прионы не содержат нуклеиновых кислот, а представляют собой белки. Одним из первых охарактеризованных прионных белков стал PrP (от англ. prion-related protein или protease-resistant protein) массой около 35 кДа. Известно, что PrP может существовать в двух конформациях - «здоровой» - PrPC, которую он имеет в нормальных клетках (C - от английского cellular - «клеточный»), в которой преобладают альфа-спирали, и «патологической» - PrPSc, собственно прионной (Sc- от scrapie), для которой характерно наличие большого количества бета-тяжей. При попадании в здоровую клетку, PrPSc катализирует переход клеточного PrPC в прионную конформацию. Накопление прионного белка сопровождается его агрегацией, образованием высокоупорядоченных фибрил (амилоидов), что в конце концов приводит к гибели клетки. Высвободившийся прион, по-видимому, оказывается способен проникать в соседние клетки, также вызывая их гибель.
Функции белка PrPC в здоровой клетке - поддержание качества миелиновой оболочки, которая в отсутствии этого белка постепенно истончается. В норме белок PrPC ассоциирован с клеточной мембраной, гликозилирован остатком сиаловой кислоты. Он может совершать циклические переходы внутрь клетки и обратно на поверхность в ходе эндо- и экзоцитоза. Один такой цикл длится около часа. В эндоцитозном пузырьке или на поверхности клетки молекула PrPC может разрезаться протеазами на две примерно равные части.
До конца механизм спонтанного возникновения прионных инфекций не ясен. Считается (но ещё не полностью доказано), что прионы образуются в результате ошибок в биосинтезе белков. Мутации генов, кодирующих прионный белок (PrP), ошибки трансляции, процессы протеолиза - считаются главными кандидатами на механизм возникновения прионов. Согласно недавно проведённым исследованиям прионы способны к дарвиновской эволюции за счёт действия естественного отбора.
Есть данные, дающее основание считать, что прионы являются не только инфекционными агентами, но и имеют функции в нормальных биопроцессах. Так, например, существует гипотеза, что через прионы осуществляется механизм генетически обусловленного стохастического старения.
Этиология
Человек может заразиться прионами, содержащимися в пище, так как они не разрушаются ферментами пищеварительного тракта. Беспрепятственно проникая через стенку тонкого кишечника, они в конечном итоге попадают в центральную нервную систему. Так переносится новый вариант болезни Крейтцфельдта-Якоба, которой люди заражаются после употребления в пищу говядины, содержащей нервную ткань из голов скота, больных бычьей губчатой энцефалопатией (BSE, коровье бешенство).
Прионы могут проникать в тело и парентеральным путем. Были описаны случаи заражения при внутримышечном введении препаратов, изготовленных из человеческих гипофизов (главным образом гормоны роста для лечения карликовости), а также заражение мозга инструментами при нейрохирургических операциях, поскольку прионы устойчивы к применяемым в настоящее время термическим и химическим методам стерилизации. Эта форма болезни Крейтцфельдта-Якоба обозначается как ятрогенная.
При определённых, неизвестных условиях, в организме человека может произойти спонтанная трансформация прионного белка в прион. Так возникает так называемая спорадическая болезнь Крейтцфельдта-Якоба, впервые описанная в 1920 г. независимо друг от друга Гансом Герхардом Крейтцфельдтом и Альфонсом Марией Якобом. Предполагается, что спонтанное возникновение этой болезни связано с фактом, что в норме в человеческом теле постоянно возникает небольшое количество прионов, которые эффективно ликвидируются клеточным Аппаратом Гольджи. Нарушение этой способности «самоочищения» клеток может привести к повышению уровня прионов выше допустимой границы нормы и к их дальнейшему неконтролируемому распространению. Причиной возникновения спорадической болезни Крейтцфельдта-Якоба согласно этой теории является нарушение функции Аппарата Гольджи в клетках.
Особую группу прионовых заболеваний представляют собой наследственные (врожденные) болезни, вызванные мутацией гена прионового белка, который делает возникший прионовый белок более подверженным спонтанному изменению пространственной конфигурации и превращения их в прионы. К этой группе наследственных заболеваний относится и наследственная форма болезни Крейтцфельдта-Якоба, которая наблюдается в ряде стран мира.
При прионовой патологии наивысшая концентрация прионов обнаружена в нервной ткани заражённых людей. Значительное количество прионов встречается в лимфатической ткани. Наличие прионов в биологических жидкостях, включая слюну, пока не было однозначно подтверждено. Если представление о постоянном возникновении небольшого количества прионов верно, то можно предположить, что новые, более чувствительные методы диагностики откроют это количество прионов, разбросанное по различным тканям. В данном случае, однако, речь пойдёт о «физиологическом» уровне прионов, которые не представляют собой никакой угрозы для человека.
Пути заражения
Очень мало известно о молекулярном характере прионов, вызывающих заболевания. Заражение могут вызвать примерно 100 000 молекул, которые в большинстве случаев образуют большие скопления. Значение агрегации отдельных молекул в ассоциации для вирулентности прионов - устойчивость к действию ферментов, расщепляющих белки, ставшие ненужными. Нельзя исключить, что вирулентными являются и отдельные молекулы прионов. Из некоторых экспериментов следует, что для возникновения прионов в ткани достаточно лишь временного контакта ткани с материалом, содержащим прионы, и нет необходимости, чтобы прионы были навсегда внесены в организм. Этот риск является актуальным, например, в связи с использованием хирургических инструментов, заражённых прионами. Процесс трансформации «здоровых» прионовых белков в прионы может быть инициирован простым контактом здоровых тканей с прионами, зафиксированными на хирургическом инструменте.
Ход болезни и распространение прионов по организму зависит от типа приона. Прионы отличаются составом аминокислот, характерных для данного вида, определяемых видовым геном прионового белка, а также так называемыми посттрансляционными модификациями или степенью гликозилирования базовой белковой цепочки. Посттрансляционная модификация значительно влияет на характеристики прионов и именно ей приписывают разницу между так называемыми прионовыми родами. В случае нового варианта (nvCJD) был пока что описан лишь один вид приона, сходный с прионами скота, заражённого бычьей губчатой энцефалопатией. Поэтому течение заболевания у человека и животных, заражённых новым вариантам, практически одинаково. У прочих видов живых существ, однако, известно много прионовых родов. У овец были описаны примерно два десятка таких родов, которые не вирулентны для человека. Течение овечьего прионового заболевания в зависимости от рода прионов значительно отличается - от очень быстрого, с практически внезапной гибелью, до медленного, затяжного.
Нетипичные случаи клинического течения нового варианта у скота, заражённого бычьей губчатой энцефалопатией, которые имели место в Японии и Италии, наводят на мысль о существовании большего количества родов бычьих прионов. Если бы этот род бычьих прионов попал в организм человека, следовало бы ожидать возникновение нового варианта с симптомами и клиническим течением, отличными от известных случаев.
У пациентов, больных болезнью Крейтцфельдта-Якоба, прионы распространяются в нервной системе, тканях глаза и лимфатических тканям, включая миндалины, селезенку, а также в слепой кишке. Наибольшее количество прионов находится в нервной системе, а наименьшее - в лимфатической ткани.
Пока что не был зарегистрирован ни один случай переноса нового варианта болезни Крейтцфельдта-Якоба при медицинском вмешательстве, что является, разумеется, хорошей новостью. С другой стороны, специалисты предупреждают о преувеличенном оптимизме, прежде всего в условиях Великобритании, так как инкубационный период может быть достаточно долгим (от 5-8 месяцев до 10-15 лет).
Прионы и медицинские инструменты
Прионы очень стойки к обычным методам дезинфекции. Ионизирующее, ультрафиолетовое или микроволновое излучение на них практически не действует. Дезинфекционные средства, обычно используемые в медицинской практике, действуют на них лишь в очень ограниченной мере. Надёжно их ликвидируют дезинфицирующие реактивы - сильные окислители, разрушающе действующие на белки. Другое затруднение представляет собой стойкость прионов к высоким температурам. Даже при автоклавировании при 134 °C в течение 18 минут невозможно достичь полного разрушения прионов, и прионы «выживают» в форме, способной вызвать заражение. Стойкость к высоким температурам ещё более возрастает, если прионы засохнут на поверхности металла или стекла или если образцы перед автоклавированием были подвергнуты действию формальдегида.
В Великобритании, где новый вариант является очень серьёзной проблемой, по этим причинам уже используются одноразовые хирургические инструменты для тонзиллэктомии. В будущем напрашивается альтернативное решение: создания новых инструментов, с учётом повышенных требований к очистке и обеззараживанию. Одноразовое использование инструментов согласно принципам ВОЗ требуется в случае стоматологического обслуживания пациентов с диагностированным прионным заболеванием или в случае подозрения на него.
Намного более сложным решением этой проблемы является лечение пациентов группы риска. К ним относятся пациенты, которые подверглись операциям, при которых была использована потенциально заражённая твёрдая мозговая оболочка, или пациенты из семей с наследственной формой болезни Крейтцфельдта-Якоба. ВОЗ в этом случае не требует никаких специальных мер. Британский Консультационный научный комитет по губчатой энцефалопатии в своём решении в 1998 года счёл возможным ограничиться более тщательной очисткой и обеззараживанием инструментов, в сочетании с более длительным автоклавированием.
Прионные заболевания человека
Наиболее известные прионные инфекции, связанные с поражением головного мозга:
Потенциальная опасность для человека
Несмотря на незначительное количество явных случаев прионных заболеваний у людей, многие специалисты считают, что имеется высокая степень опасности «медленных» инфекций для человека. Имеются данные, что источником распространения могут быть стоматологические процедуры, связанные с попаданием прионов в кровяное русло. Под подозрение попал также лецитин животного происхождения, что вызвало сокращение применения его в фармакологической промышленности, и вытеснение растительным (в основном, соевым) лецитином.
БЕЛОК-ТЕРМИНАТОР
— Найти возбудителя губчатой энцефалопатии животных и человека пытались несколько десятилетий подряд, — говорит доктор медицинских наук, профессор В.
А. Зуев. — Но попытки заканчивались ничем: убийца человека и животных уходил от преследователей. И только в начале 80-х американский биохимик Стэнли Прузинер "поймал" его. Возбудителем оказался не вирус и не бактерия, а безнуклеиновый низкомолекулярный белок, который назвали прионом.
Прионный белок присутствует практически во всех живых организмах: он специфический для овцы, коровы, мыши, хомяка, человека… У человека ген PRNP, кодирующий белок, локализован на 20-й хромосоме. Этот ген был выделен и исследован в лаборатории Ч. Вепс-сманав1985году.
Клетки нашего организма (главным образом нервные) постоянно синтезируют нормальный прионный белок (НПБ), который играет чрезвычайно важную роль, а вернее, много ролей.
Нормальный прион участвует в передаче нервных импульсов, посредством которых передаются приказы из центральной нервной системы органам-исполнителям, а от них идет информация в центр управления — головной мозг. Он также весьма важный "винтик" наших биологических часов. Как известно, выброс гормонов, температура тела, механизмы сна и бодрствования — все функции организма подчиняются так называемым цирка-дианным ритмам. Их сбой, поломка, неизбежно приводит к различным заболеваниям. Кстати, еще одна чрезвычайно редкая смертельная болезнь — фатальная семейная бессонница — напрямую связана с нарушением синтеза нормальных прионных белков. При-оны также защищают организм от окислительного стресса, который сопровождает любой воспалительный или инфекционный процесс…
Как видите, нормальные прионы не только не опасны, но жизненно важны: без этого крохотного белка, который примерно в 100 раз меньше вирусов, организм просто не может существовать и погибает. Что, собственно, и происходит, когда нормальный прионный белок (НПБ) превращается в инфекционный (ИПБ).
Молекула прионного белка состоит из четырех доменов, или спирально завитых структур (А). Стоит двум из них "вытянуться в струнку" (В) — и все: из жизненно необходимого белок становится смертельно опасным. Из информационного агента он превращается в настоящего терминатора, которому не страшны огонь, вода и медные трубы. Судите сами. В эксперименте брали кусочек мозговой ткани человека, погибшего от БКЯ, которая несколько лет хранилась в формалине. Ткань вводили в мозг обезьяне — бедняжка заболевала БКЯ и погибала. Даже формалин, этот универсальный убийца всего живого, оказался бессилен против другого убийцы — ИПБ.
Нипочем ему и традиционные методы дезинфекции. В медицинской литературе описаны случаи, когда два человека заразились БКЯ в результате введения им электродов при исследовании мозга. Расследование показало: ранее эти электроды были использованы для обследования больного БКЯ. И несмотря на то, что после этого они неоднократно стерилизовались, инфекционный прионный белок уцелел и сделал-таки свое черное дело.
Тысячи плановых операций были отменены в Великобритании из-за опасения заразить пациентов "коровьим бешенством". Врачи отказываются от любых манипуляций, пока не поступят обещанные правительством одноразовые хирургические инструменты.
Особенно рискованными считаются операции, затрагивающие головной и спинной мозг, миндалины, аппендикс, селезенку и лимфатические узлы. С прошлого года в Великобритании подобные операции проводят только одноразовыми инструментами. В России таких правил не существует.
На проходившем в сентябре прошлого года под эгидой ВОЗ региональном совещании по проблеме прионов прозвучало сообщение, что ИПБ теряет свою активность и, следовательно, способность провоцировать болезнь только при 600" сухого тепла или 134° влажного автоклавирования в течение часа. Терминатор, да и только!
Под влиянием каких факторов происходит фатальная перестройка структуры белка — пока неизвестно. Ученым более или менее понятно лишь то, как "терминатор" осуществляет свою разрушительную деятельность.
Одна(!) молекула ИПБ способна запустить необратимый патологический процесс. Белок-убийца входит в контакт с нормальным и заставляет его перестроиться по своему образу и подобию. Одна молекула ИПБ трансформирует одну молекулу НПБ. Дальше процесс идет по нарастающей: образовавшиеся 2 молекулы ИПБ порождают 4, из 4 образуется 8… Процесс принимает лавинообразный характер. Правда, протекает он крайне медленно: от 5 до 30 лет. Поэтому все прионные заболевания человека и животных входят в группу медленных инфекций.
АБСОЛЮТНО СМЕРТЕЛЬНА
— Список прионных болезней человека возглавляет болезнь Крейтцфельдта — Якоба (БКЯ), — объясняет доктор медицинских наук, профессор И. А. Завалишин. — Хотя она известна с 20-х годов прошлого века, причины ее возникновения до последнего времени были совершенно непонятны. Возбудитель болезни почти 60 лет оставался неизвестным, она не вписывалась ни в какие рамки, ставя в тупик и клиницистов, и ученых. Болезнь не поддавалась никакому лечению, у заболевшего никогда не наступали ремиссия или выздоровление. Теперь, когда мы знаем, что виновник болезни — ИПБ, становится понятным, почему против нее бессильны любые известные лекарственные средства и почему она не поддается никаким методам иммунотерапии и иммунопрофилактики. Дело в том, что инфекционный прион иммунологически неотличим от нормального. К счастью, БКЯ — очень редкое заболевание: оно встречается с частотой 1 случай на 1 миллион населения в год.
Если верить статистике, то в России с населением примерно 150 миллионов БКЯ ежегодно поражает около 150 человек. На самом деле за последние 25 лет было зарегистрировано всего 20 случаев этой болезни. Это вовсе не значит, что у нас по части БКЯ все благополучно — просто учет таких пациентов ведется из рук вон плохо: случаи заболевания не выявляются и не регистрируются. В то время как, например, во Франции создана специальная сеть по надзору, которая отслеживает каждый случай заражения БКЯ. Неврологи центра отправляют "подозрительных" пациентов на обязательное обследование к лучшим специалистам страны.
— За долгую клиническую практику мне пришлось вести всего 5 таких больных, — продолжает профессор Завалишин. — Сам механизм развития болезни, которая, как правило, поражает людей в возрасте 50-60 лет, является беспрецедентным! Подобно компьютерному вирусу, ИПБ внедряется в головной мозг, и день заднем, год за годом производит там чудовищные разрушения. Методично и планомерно белок-терминатор уничтожает наши мыслящие клетки — нейроны. На их месте образуются вакуоли, а попросту — дырки.
Когда мозг становится похож на пористую губку (отсюда и другое название — губчатая энцефалопатия) и перестает справляться со своими сложнейшими обязанностями, проступают клинические признаки болезни. Все начинается с изменений психики: человек становится инертным, его гнетет неясная тревога, резко снижается память и работоспособность. Затем появляются слуховые и зрительные галлюцинации, бред. Нарастают двигательные нарушения: слабеют ноги и руки, появляется тремор, возможны гиперкинезы и неконтролируемые движения, когда левая рука поистине не ведает, что делает правая.
В этой последней, терминальной стадии события развиваются стремительно: месяц-другой — и личности нет. Человек ничего не понимает, никого не узнает, не может двигаться, впадает в полную прострацию и еще через 8-9 месяцев погибает. Чрезвычайно трагично то, что таким больным ничем нельзя помочь. Не случайно БКЯ называют абсолютно смертельным заболеванием.
К великому сожалению, на сегодняшний день не существует ни одного специального исследования, с помощью которого можно диагностировать эту болезнь в инкубационном периоде. Заподозрить ее позволяет энцефалограмма: на ней резко снижается волновая активность и появляются характерные 2-3-волновые спайки. Возможно также обнаружить характерные аномалии при специальном исследовании мозга с применением ядерномагниторезонансной томографии. Но все эти данные позволяют лишь предположить, что в организме затаилась БКЯ. Стопроцентную же диагностику можно произвести только посмертно.
Новый вариант БКЯ, спровоцированный "коровьим бешенством", имеет те же особенности, что и классическая форма. С той лишь разницей, что заболевают очень молодые люди (средний возраст — 27 лет), и от первых клинических проявлений до трагической развязки проходит чуть больше времени — год-полтора. У таких пациентов быстро прогрессирующее слабоумие всегда сочетается с двигательными нарушениями: парезами, параличами, некоординированными движениями.
Пока в нашей стране не зарегистрировано ни одного случая нового варианта БКЯ. Подчеркиваю: пока. Потому что нельзя сбрасывать со счетов те 700 тонн потенциально опасной импортной говядины, которые в 1997 году каким-то образом "просочились" на мясоперерабатывающие комбинаты Москвы и Петербурга. Теперь ничего не остается, как только ждать и уповать на наше "национальное достояние" — на авось. Авось пронесет, и не начнется у нас такой же рост заболевания, как в Англии, где уже зарегистрировано около 100 случаев нового варианта БКЯ…
Со специалистами беседовала Ольга ЗЕДАЙН
Открытие прионов тесно связано с историей открытия и становления учения о медленных инфекциях, когда в 1954 г. Б. Сигурдссон (Швеция) изложил результаты своих многолетних исследований массовых заболеваний среди овец, завезенных в 1933 г. из Германии на о. Исландия для развития каракулеводства. Несмотря на явные клинические различия и неодинаковую локализацию повреждений органов и тканей, шведский ученый сумел обнаружить среди изученных им заболеваний принципиальное сходство, которое в современном виде может быть суммировано в виде четырех главных признаков, отличающих медленные инфекции:
— необычно продолжительный (месяцы и годы) инкубационный период;
— медленно прогрессирующий характер течения;
— необычность поражения органов и тканей;
— неизбежность смертельного исхода.
Среди заболеваний овец была подробно исследована давно и хорошо знакомая во многих странах болезнь этих животных, известная под названием «скрэпи», полностью отвечавшая всем четырем характеристикам медленных инфекций.
Три года спустя на о. Новая Гвинея обнаружили и описали новое заболевание среди папуасов-каннибалов, которое известно сегодня под названием «куру». Болезнь носила массовый характер и успешной передачей сначала шимпанзе, а позднее и низшим обезьянам была доказана ее инфекционная природа. Очень скоро было выявлено большое сходство между эпидемиологий, клиническими проявлениями и патоморфологической картиной при куру у человека и при скрэпи у овец, на основании чего стало очевидным, что медленные инфекции могут поражать не только животных, но и людей.
Нормальный прионный белок играет чрезвычайно важную роль в жизнедеятельности организма: он участвует в передаче нервных импульсов и, самое главное, клеточный прионный белок регулирует суточные циклы активности и покоя в клетках, органах и в организме в целом.
В организме людей и животных, страдающих прионными заболеваниями, прионный белок обнаруживается в другой форме. Изменение прионных белков представляет собой посттрансляционный процесс, включающий глубокое конформационное изменение, которое и является фундаментальным событием, лежащим в основе размножения инфекционных прионов. Следует добавить, что помимо приобретенной прионным белком инфекционности, другими его принципиальными отличиями от нормальной (клеточной) изоформы оказываются: приобретенная высокая устойчивость к нагреванию, ультрафиолетовому свету, проникающей радиации и переваривающему действию протеазы К. Механизм накопления инфекционного прионного белка в зараженном организме сегодня точно не известен. Однако имеющиеся сведения дают основание считать, что инфицирующий прионный белок вызывает в здоровом до этого организме трансформацию нормального (клеточного) прионного белка в его инфекционную форму за счет его конформационных (пространственных) изменений.
Группа прионных заболеваний включает такие болезни животных, как уже упоминавшаяся выше скрэпи овец и коз, трансмиссивная энцефалопатия норок, хроническая изнуряющая болезнь некоторых видов оленей и лосей, губкообразная энцефалопатия крупного рогатого скота, губкообразная энцефалопатия кошек и губкообразная энцефалопатия экзотических копытных.
У человека прионные болезни представляют редкие страдания, регистрирующиеся с частотой один на миллион в общей популяции в год. Исключение составляют лишь несколько регионов в мире, где заболеваемость оказывается значительно выше: в Словакии, Израиле и Чили. К настоящему времени у людей описаны четыре прионные болезни: болезнь Крейтцфельда-Якоба, куру, синдром Герстманна-Штреусслера-Шейнкера и смертельная семейная бессонница. При этом куру и синдром Герстманна-Штреусслера-Шейнкера представляют собой клинические разновидности болезни Крейтцфельда-Якоба, различающиеся соотношением интенсивности спонгиоза, амилоидоза и глиоза в мозговой ткани. Отсюда понятно, что болезнь Крейтцфельда-Якоба служит как бы главным показателем степени риска заражения человека.
Особого внимания заслуживает то обстоятельство, что, в отличие от всех известных инфекционных заболеваний, из 100% заболевающих в 85% случаев болезнь Крейтцфельда-Якоба возникает как спорадическое заболевание, как правило, у людей 40-69-летнего возраста; в 10-15% - как наследственное, и менее чем в 1-5% случаев эта болезнь развивается как инфекционная, то есть в результате типичного внешнего заражения - медицинских манипуляций или пересадок тканевых материалов от человека к человеку.
Поэтому, принимая во внимание высокую степень возможного риска подобного или иного пути заражения, в разных странах уже давно проводятся широкие эпидемиологические исследования болезни Крейтцфельда-Якоба с целью определения частоты заболевания, географического распространения, семейных очагов, возможных связей с особенностями пищевого рациона и проч. Последнее представляется особенно важным, так как на протяжении уже более 25 лет различные исследователи приводят статистические данные о возможной роли в возникновении этой болезни таких факторов, как употребление в пищу плохо проваренного мяса, мозга свиней и коров, особенно мозга и глазных яблок овец.
Резко возросший интерес к группе прионных болезней вообще и роли в их возникновении пищевого фактора - в особенности, во многом обусловлен начавшейся в 1986 г. эпизоотией губкообразной энцефалопатии крупного рогатого скота («болезнь бешенства коров») в Великобритании, на пике которой в 1992 г. регистрировалось около 1000 случаев заболеваний коров в неделю. Источником инфекционного прионного белка оказалась длительное время широко употреблявшаяся для выкармливания молодняка мясо-костная мука, при производстве которой еще с начала 1980-х годов стали использовать продукты убоя и головы овец, изменив при этом технологию обработки полуфабриката и сделав ее (для повышения питательной ценности) более щадящей.
Помимо коров заболевание в Великобритании было зарегистрировано у ряда экзотических копытных (в том числе у 5 видов антилоп), что также явилось следствием использования в зоопарках для выкармливания молодняка этих животных мясо-костной муки. Последующие звенья этой цепи событий включают многочисленные случаи прионных заболеваний и у некоторых представителей семейства кошачьих: болезнь была зарегистрирована сначала у бродячих, а затем и у домашних кошек, а также у пум, оцелотов, гепардов и даже у тигра. Причины возникновения у них губкообразной энцефалопатии связаны с употреблением в пищу внутренностей и голов зараженных коров, что было доказано результатами сравнительного анализа инфекционного прионного белка, выделенного от этих животных.
Прионные болезни крупного рогатого скота, кроме Великобритании, зарегистрированы и в других странах: в Швейцарии, Ирландии, Португалии, Франции, Германии, Нидерландах, Италии, Омане, Канаде, Дании и на Фолклендских островах. Все эти случаи связаны либо с импортом этими странами зараженных животных, либо с импортом зараженной мясо-костной муки.
В Великобритании, а позднее и во Франции были обнаружены атипичные случаи болезни Крейтцфельда-Якоба среди людей молодого (до 40 лет) возраста.
В настоящее время лекарства от этих болезней не существует. Во многих странах население отказалось от употребления в пищу мозгов и других субпродуктов.
Прионы
– это особый класс аномальных белков, которые размножаясь в клетках организма человека или животных, вызывают глубокие структурно-функциональные изменения в них.
Прионы не имеют собственного генетического аппарата и поэтому не являются микроорганизмами.
Однако, стоит отметить, что прионы воздействуют на молекулы клеточных белков, вызывая цепную реакцию, приводящую к образованию огромного количества аномальных протеинов с неправильной структурой. Аномальные белки не могут выполнять своих функций, что приводит к метаболическим нарушениям в организме.
Болезнетворные прионы активно размножаясь повреждают клетки и ткани с последующим их некрозом. В связи с тем, что эти белки крайне устойчивы к любым воздействиям на них, прионные заболевания характеризуются особой тяжестью симптомов и низкой эффективностью лечения.
Прионные болезни
– это группа нейродегенеративных заболеваний.
Заражение человека может происходить от инфицированных животных, однако точно определить причину заражения до сих пор не представляется возможным, так как до настоящего времени механизмы воздействия прионов на организм человека плохо изучены.
Попадая в организм человека или животных, прионы атакуют нервную ткань, формируя в ней особые вакуоли, тем самым нарушая деятельность нервной системы. Инкубационный период прионных болезней довольно продолжительный, но после появления первых признаков заболевания, развитие патологического процесса в разы ускоряется.
В клинике присутствуют такие симптомы как: нарушение координации движений, судорожный синдром, расстройства со стороны психики, ухудшение памяти и др. Причем прогрессирование этих симптомов быстро нарастает.
Прионы с точки зрения биологии
Молекула приона
не является чем-то особенным, она в непатологической форме присутствует на поверхности нервных окончаний здорового организма и мы себя чувствуем абсолютно здоровыми. Но по непонятным на сегодняшней день причинам нормальный белок вдруг начинает перерождаться в аномальную форму. Инфекционные прионы склеиваются с другими молекулами, заражая их и перерождая в аномальную форму. В результате этого процесса на нервной клетки образуются токсические бляшки, которые приводят к гибели клетки. На месте погибшего нейрона образуется пустота в виде вакуоли и так погибают все нейроны, что приводит к гибели всего организма в целом.
Возникает вопрос, как нормальный белок вдруг начинает перерождаться в патологический. Почему это происходит?
Что особенного происходит в организме человека? Как обычная инфекция может запустить столь угрожающий для жизни человека или животного процесс? Откуда берется инфекционный прион?
Доказано, что существует два вида передачи этой молекулы: наследственный, за счёт генных мутаций, кодирующего белка и инфекционный, когда агент попадает в организм из вне, например с едой, в которой присутствует токсичный белок, при переливании крови от зараженного человека, при трансплантации органов или тканей или введении гормонов животного происхождения.
К сожалению механизм заражения остается загадкой и по сей день.
Прион является самым настоящим инфекционным агентом, который заражает нормальные молекулы, запуская цепную реакцию, которая в свою очередь оказывает разрушительное действие на клетки.
У человека известны 4 болезни, вызываемые прионами
, которые манифестируют в виде инфекционных, спорадических и наследственных форм.
Кyру
, регистрируемый в одном из племен Папуа Новой Гвинеи, возникает в результате употребления в пищу мозга умерших соплеменников во время ритуального каннибализма.
Болезнь Крейтцфельдта-Якоба (БКЯ) возникает первично как спорадическое заболевание. Однако существует и ятрогенная БКЯ, развивающаяся в результате случайного инфицирования.
Синдром Герстманна-Штреусслера-Шейнкера (СГШШ) и фатальная семейная инсомния (ФСИ) являются доминантно наследуемыми прионными болезнями, связанными с мутациями прионного гена.
В последние годы интерес к прионным болезням резко возрос в связи с эпидемией трансмиссивной спонгиоформной энцефалопатии коров ("бешенство коров") в Англии, возбудителем которой является прион.
Классификация прионных болезней
Куру – первая болезнь из группы прионных, которая была доказана при помощи экспериментального заражения. Опыты проводили над обезьянами, которых заражали биологическим материалом, полученным от человека. Куру – это медленная эндемичная болезнь, которая встречается в восточной части острова Новая Гвинея. Обнаружена была в 1953 году, описана – впервые в 1957. Тогда американский исследователь Д. Гаджусек обнаружил эту болезнь у племени форе. Они практиковали обычаи ритуального каннибализма. Все люди племени, и даже дети, если мозг своих предков, который не проходил даже простейшей термической обработки. Длительность болезни составляет от 3 месяцев до 2 лет. Умирают больные чаще всего от легочной недостаточности или бронхопневмонии, появляющейся на фоне мышечной гипотонии и мышечной слабости. Только на поздних стадиях появляется деменция.
Болезнь Крейтцфельдта-Якоба
Продромальные симптомы БКЯ, самой распространенной из указанной группы болезней, неспецифичны и возникают примерно у 30% больных. Они появляются за недели и месяцы до возникновения первых признаков деменции и включают астению, нарушения сна и аппетита, внимания, памяти и мышления, снижение массы тела, потерю либидо, изменение поведения.
Для первых признаков заболевания обычно характерны зрительные нарушения, головные боли, головокружение, неустойчивость и парестезии. У основной части больных постепенно развивается БКЯ, реже – острый или подострый дебют. Обычно болезнь начинается в возрасте 50-65 лет. Несколько чаще болеют мужчины.
Клинической тетрадой БКЯ являются подострая прогрессирующая деменция, миоклонии, типичные периодические комплексы наэлектроэнцефалограмме (ЭЭГ) и нормальный ликвор. Наряду с этим наблюдаются мозжечковые симптомы, расстройство зрительного восприятия, надъядерные глазодвигательные нарушения, а в далеко зашедших стадиях – припадки, экстрапирамидные и пирамидные нарушения, переднероговые симптомы. Большинство больных погибает в первый год болезни, редко – в течение 2 лет и позже
Синдром Герстманна-Штреусслера-Шейнкера
– очень редкая семейная болезнь, которая принадлежит к генетически обусловленным формам спонгиозных энцефалопатии, которая характеризуется аутосомно-доминантным типом наследования. Болезнь встречается очень редко, регистрируется с частотой 1:10,000,000. Проявляется эта болезнь на третьем или четвертом десятилетии жизни.
Начальными симптомами СГШШ являются мозжечковые нарушения.
Деменция развивается поздно.
Фатальная семейная инсомния
Семейная смертельная бессонница – редчайшее заболевание, которое наследуется по аутосомно-доминантному типу. Впервые данная болезнь была описана в 1986 году. Уже к 2003 было 26 семей, которые подверглись этой болезни. Проявляться смертельная бессонница может в возрасте от 24 до 70 лет, а вариабельное течение длиться от полугода до 2 лет.
Основные симптомы этой болезни – некурабельная бессонница, двигательное расстройство и деменция, утрата циркадных ритмов. К самым первым симптомам относят тахикардию, изменение потоотделения и саливации, гипертензию, запоры, тахипноэ, в некоторых случаях лихорадка. Поражения в коре головного мозга встречается нечасто, но если встречается, то преимущественно в ядрах таламуса.
Лечение
Лечение прионных болезней
не разработано. Традиционные противовирусные средства, такие, как амантадин, интерфероны, пассивная иммунизация и вакцинация человека и животных, оказались неэффективными.
Профилактика
Вводятся ограничения на использование лекарственных препаратов, приготовленных из тканей крупного рогатого скота.
Прекращено производство гормонов гипофиза животного происхождения.
В ряде стран введены ограничения на трансплантацию твердой мозговой оболочки.
Диагностика прионных болезней
ЭЭГ. У подавляющего большинство заболевших выявляют генерализованные двух-трёхфазные комплексы, которые повторяются каждую секунду. Такие показатели могут быть и при других заболеваниях головного мозга. Отрицательный результат ЭЭГ не является поводом для снятия диагноза.
МРТ. Такой способ диагностики не весьма значим при этом заболевании, однако неспецифические сигналы выявить все-таки можно. Также МРТ позволяет выявить атрофию мозга, которая усугубляется с течением болезни.
Исследование крови. Методом иммуноблоттинга можно произвести идентификацию прионов в периферических лимфоцитах.
Молекулярно-генетическое исследование. Методы иммуноблоттинга с использованием моноклональных антител на сегодняшний день позволяет врачам распознать отклонения PrPSc и РrРс в клетках.
ПЦР. Такой метод дает возможность проводить секвенирование генома человека, а также производить анализ нахождения мутаций гена PRNP.
Исследование спинномозговой жидкости. Такой анализ позволяет уточнить наличие нейроспецифического белка 14-3-3. Такое исследование дает возможность продемонстрировать невероятно четкую чувствительность, а также специфичность при спорадических вариантах болезни.
Двадцатый век принес массу открытий в медицину. Одним из них стало возникновение учения о прионных инфекциях. Ученые выяснили, что инфекционные заболевания могут возникать не только под действием вирусов и бактерий. Некоторые болезни провоцирует «опасный» белок, который даже не относят к живому организму. Ниже расскажем подробнее об этих открытиях.
Прион представляет собой особую белковую структуру, которая устойчива к разрушению во внешней среде. Попадая в организм, это вещество начинает перестройку белковых молекул, контактирующих с ним. В результате такого воздействия изменяется их структура. Они перестают выполнять свою основную функцию, накапливаясь на поверхности клетки.
Пораженная ткань стремится избавиться от патологического содержимого, поэтому в ней запускается процесс обезвреживания. Клетка продуцирует мощные соединения, содержащие кислород. Они должны разрушить чужеродное вещество. Но измененные молекулы на поверхности клетки как бы блокируют ее, препятствуя выходу «разрушителя» наружу. В результате этого клетка погибает сама от этих веществ.
Эти инфекционные агенты не содержат ДНК. В них отсутствуют любые нуклеиновые кислоты, которые характеризуют жизнь. Поэтому ученые до сих пор спорят о том, к какому классу отнести подобные заболевания.
Прионные болезни были известны еще с XVIIIвека. В Великобритании были описаны случаи странного заболевания. Болезнь получила название «почесуха овец» (скейпи). Животные с этой патологией терлись о деревья, страдали от сильного зуда, они падали и погибали без видимых причин. У них наблюдались типичные симптомы поражения мозга: нарушение координации, зрения. В те далекие времена не удавалось объяснить, чем вызвана такая симптоматика. Однако, на вскрытии выявлялись типичные изменения в головном мозге.
Позже описали подобную болезнь, которая поражает человека. В 1920 году Ганс Крейцфельдт и Альфонс Якоб обнаружили схожие симптомы патологии нервной ткани. У пациентов с прогрессирующей деменцией наблюдались расстройства движения, зрения, появлялись изменения личности. В конце века возбудитель болезни был открыт, и врачи назвали описанное ранее заболевание именами ученых-первооткрывателей.
Такие болезни имеют 4 нозологии.
Семейная фатальная бессонница – это наследственное заболевание с тяжелым течением. При этой патологии человек умирает от бессонницы, вызванной поражением мозга. В настоящее время известно 40 семей, в которых встречается эта форма заболевания. В 1979 году итальянский врач описывает случаи непонятной смерти у родственников в своей семье.
После изучения архивов он понимает, что они не единичны. А в 1984 член той же семьи вновь заболел со схожей клинической симптоматикой.
Ученым удалось обнаружить мутацию в гене, благодаря которой обычный белок превращается в прион. «Злокачественное» соединение накапливается в таламусе – отделе мозга, ответственном за сон. Кроме нарушений сна, у пациента появляются галлюцинации, необоснованные страхи, потеря веса, отрешение от окружающего мира. На сегодняшний день терапии этого заболевания нет. Ген, который содержит бракованный фрагмент, передается от родителей к детям в 50% случаев.
В 1957 году Зигас и Гайдушек описывают еще одну патологию, связанную с чужеродным агрессивным белком. Болезнь Куру встречается у аборигенов племени форе, что живет в горах Новой Гвинеи. Заболевание относится к классу губкообразных энцефалопатий. Основной тип распространения заболевания – через поедание пораженных участков головного мозга. Дело в том, что для этого племени был характерен каннибализм. Поэтому болезнь поразила большое количество населения. С устранение этого традиционного обряда случаи Куру практически прекратились. Однако, учитывая длительный инкубационный период заболевания (более 30 лет), спорадические эпизоды встречаются и сегодня. Клиника такова: у пациентов появляются постоянная усталость, головокружение, судороги. Далее, развивается общий тремор (дрожание конечностей, туловища и головы). ДляКуру характерно сардоническое выражение лица (напряженная вымученная улыбка). Лечения не существует. Профилактика болезни – это захоронение останков умерших, вместо привычного употребления их в пищу.
Болезнь Крейтцфельдта-Якоба – это дегенеративное заболевание мозга, вызываемое прионами. Заразиться такой патологией очень сложно. На сегодняшний момент основные пути передачи практически нейтрализованы. Но ранее заражение происходило путем пересадки инфицированной ткани реципиенту и введении препаратов, созданных на основе мозговых клеток пораженных животных (гормон гипофиза из мозга крупного рогатого скота). В некоторых случаях болезнь возникает спонтанно, на фоне благополучия. Также она может передаваться по наследству. Например, в США 5-10% больных имеют семейную историю патологии. Заболевание передается через мясо инфицированных животных (коров). Говядина любой степени приготовления может стать источником заражения, ведь злокачественный белок очень устойчив. Он не погибает при нагревании, стерилизации, химическом воздействии. Как правило, клиника начинается в зрелом возрасте, чаще после 50 лет. Однако, встречаются случаи болезни среди молодежи, особенно при наличии в семейном анамнезе похожих случаев. Клиническая картина начинается с депрессии. Пациент становится замкнутым, неразговорчивым, перестает интересоваться окружающим миром. Далее, присоединяются симптомы очагового поражения мозга: появляются судороги, нарушение зрения, слуха и речи, снижение интеллекта. Внезапно возникает тремор конечностей. Сходная картина наблюдается при болезни Альцгеймера. Но симптомы этого заболевания прогрессируют гораздо быстрее. Лечения не существует. Больные проживают 1-2 года от момента постановки диагноза. Врачи проводят симптоматическую терапию, но исход всегда предрешен.
Синдром Герстмана-Штраусслера-Шейнкера схож по клинике с предыдущим заболеванием, но встречается гораздо реже. Дегенерация мозговой ткани происходит медленнее. Больные с этой патологией проживают 6-10 лет после постановки диагноза. В клинической картине преобладают симптомы двигательных нарушений, мозговая деятельность страдает только на последних стадиях.
Прионные инфекции доказали человечеству, что люди до сих пор мало знают о мире, в котором живут. Изобретение лекарств, которые позволят бороться с прионами, является одной из главных тем для изучения в генной инженерии.
При некоторых дегенеративно-дистрофических заболеваниях человека длительное время выявить причину их возникновения выяснить не удавалось. Лишь с конца XX века были опубликованы первые сообщения, что эту патологию вызывает инфекционный агент белковой природы, который не содержит в себе ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) и РНК (рибонуклеиновая) кислота. Такие белки были названы прионами (от английского сокращения слов белок и инфекция), а заболевания - прионная инфекция.
Организм человека состоит в большей степени из белков. Они являются синтетическим материалом для построения клеточных мембран, внутриклеточных структур, большинства ферментов и гормонов. Информация о том, какой белок будет синтезироваться в клетке, содержится в геноме (ДНК или РНК) и определяется последовательностью нуклеотидов. Свойства белка в свою очередь зависят от последовательности его аминокислот. После синтеза 
белковой молекулы со строго заданным количеством и последовательностью аминокислот, происходит упаковка линейной молекулы белка в трехмерную структуру. Прионы - это белки с измененной трехмерной структурой. Нормальный их аналог представляет собой белок, входящий в состав нейроцитов (клетки нервной системы). Именно поэтому прионная инфекция поражает нервную систему - измененные белки, нарушают нормальную структуру клеточных мембран и приводят к образованию скоплений аномальных белков в межклеточном веществе с разрушением (дегенерация) нейроцитов. Белковые молекулы прионы обладают рядом свойств, которые приводят к развитию патологии и дают ей сходство с любой другой инфекцией:
В отличие от инфекций, представителей живой материи, прионы являются очень устойчивыми в окружающей среде. Они не разрушаются под действием дезинфицирующих веществ, ультрафиолетового или ионизирующего облучения, высокой температуры.
Эти механизмы и особенности прионов приводят к развитию дегенеративно-дистрофической патологии нервной системы, в первую очередь головного мозга.
Прионы до сих пор вызывают оживленную дискуссию, относительно их положения в природе. Отсутствие генетического материала относит их к неживой материи. Тем не менее, способность к заражению и увеличению количества патологических белковых молекул, указывает на схожесть прионов с живой инфекцией.
Дегенеративно-дистрофическая патология нервной системы, вызванная прионами, может развиваться несколькими путями, к которым относятся:
Это основные пути развития патологии, самым частым из них является генетическая предрасположенность, несколько реже заражение и очень редко дегенеративно-дистрофическая патология развивается спонтанно.
Об инфекционной природе прионной инфекции свидетелсьтвует частое развитие патологии нервной системы, вызванной прионами, среди некоторых племен аборигенов Новой Гвинеи, где имели место случаи каннибализма. При этом прионы попадали в организм здоровых людей. При устранении каннибализма в этих племенах, заболеваемость прионных инфекций резко снизилась.
Период времени от образования или попадания в организм человека единственной молекулы специфического патологического белка приона до развития клинической симптоматики (инкубационный период) составляет около 30-50 лет. У женщин этот период несколько короче. Известны случаи развития патологии в течение нескольких лет. Дегенеративно-дистрофическое заболевание нервной системы проявляется изменениями ее функционирования с появлением таких проявлений:
Все эти симптомы указывают на постепенное разрушение нейроцитов различных центров головного мозга. По мере прогрессирования патологии, прионные белки откладывают в сосудисто-двигательном и дыхательном центре продолговатого мозга с последующей смертью от остановки дыхания и сердечной деятельности.
От момента появления первых признаков, до летального исхода промежуток времени значительно меньше, в сравнении с инкубационным периодом, составляет от 1-го года до нескольких лет.
К сожалению, на сегодняшний день эффективных методик ранней диагностики этой патологии нет. Обычно заболевание диагностируется на стадии клинических симптомов, при появлении характерных признаков дегенеративно-дистрофических процессов в головном мозгу.
Терапевтические мероприятия, при этой патологии являются сугубо симптоматическими. Остановить или хотя-бы замедлить процесс изменения белков в нервной системе пока не удается.
Многие ученые пытаются разработать вакцину для профилактики и лечения прионной инфекции, ее суть заключается в выключении гена, отвечающего за синтез белка в организме, который может стать предшественником прионов.
ГЛАВА 29 ПРИОННЫЕ БЕЛКИ И ПРИОННЫЕ БОЛЕЗНИ
Характеристика белков-прионов
Термин «прион» впервые появился в середине XX в. Природа этого фактора долгое время оставалась неизвестной. Только в 1966 г. было обнаружено, что агент, вызывающий болезнь скрэйпи у овец, обладает необычными свойствами: устойчив к ионизирующей радиации и ультрафиолетовому свету. Это поставило под сомнение популярную тогда гипотезу, что болезнь скрэйпи вызывается вирусом.
В 1967 г. Д. Гриффит высказал предположение, что прион как инфекционный агент не приносит новый генетический материал, а представляет собой измененную форму одного из клеточных белков, самоподдерживающихся за счет автокаталитического механизма.
В 1982 г. С. Прузинер и соавторы выделили такой агент из мозга больных животных и описали его. Выяснилось, что этот белок обладает необычными свойствами: устойчив к нагреванию, сохраняет активность после обработки мочевиной, протеиназой К, разными веществами, повреждающими ДНК (нуклеазы и псоралены). Однако он чувствителен к ионизирующей радиации в присутствии кислорода, т.е. проявляет свойства, характерные для гидрофобных белков, связанных с липидами.
В дальнейшем белок, вызывающий болезнь скрэйпи, получил название «прион» (prion - proteinacious infectious particle) или PrP (Prion Protein). Затем на основе определения первичной структуры PrP был идентифицирован кодирующий его ген - PRNP, который присутствует в геномах всех млекопитающих, птиц и рыб.
У человека такой ген локализован в коротком плече хромосомы 20 (20р), имеет протяженность 16 тыс. н.п. и содержит 2 экзона. Его белок PrP входит в состав клеточных мембран и экспрессируется в разных тканях (в основном ЦНС и лимфоретикулярной ткани).
Нормальная форма белка PrP обозначается как PrP^ Пространственная структура рекомбинантного PrP была впервые определена методом ядерного магнитного резонанса.
Аминоконцевой район нормального белка PrP в растворе не был структурирован, а его карбоксиконцевая часть формировала гло-
булу и состояла из трех б-спиралей (42%) и короткого участка с в-структурой (3%).
Патологическая форма белка, обусловливающая его инфекционность, была названа PrP Sc (форма scrapie). Его глобула содержит 30% б-спиралей и 43% в-структур.
Как установлено, и нормальная, и патологическая формы прионного белка неотличимы друг от друга по аминокислотной последовательности, но имеют разную конформацию.
В результате обработки PrP Sc протеиназой К образовывался протеазоустойчивый фрагмент с молекулярной массой 27-30 кДа. Молекулярная масса PrP c варьировала от 33 до 35 кДа в зависимости от степени гликозилирования. Вследствие указанных различий было предположено, что приобретение нормальным белком PrP c инфекционных свойств связано с его конформационным переходом в патологическую форму с образованием в-складчатого слоя.
Концепция прионов
На основании полученных С. Прузинером экспериментальных данных была сформулирована концепция прионов.
Ее положения: инфекционным агентом является белок PrPSc, который реплицирует себя при отсутствии нуклеиновой кислоты; превращение белка из нормальной формы PrPc в инфекционную форму PrPSc происходит путем конформационного перехода, идущего разными путями: спонтанно (спорадические формы), на основе поступления извне патологической формы PrPSc (приобретенные формы), в результате мутаций в гене PRNP, обусловливающих образование PrPSc из PrPc (наследственные формы).
В настоящее время концепция прионов подтверждена новыми доказательствами. Перечислим их:
Организмы, лишенные PrP c , устойчивы к инфицированию;
С помощью системы циклической амплификации (формирование PrPS c in vitro) показана инфекционность прионного белка;
Образование патологической формы PrP Sc в первом цикле амплификации происходит на его матрице, а в последующих циклах дальнейшему превращению PrP c в патологическую форму способствует уже полученная форма PrP Sc ;
Конформационный переход нормальной формы PrPc в патологическую форму PrPSc нарушается под действием ультразвука;
Свойства патологической формы PrP Sc у экспериментальных животных соответствуют свойствам патологической формы PrP Sc , полученной из мозга больных животных;
Интрацеребральное введение патологической формы PrP Sc здоровым хомякам индуцирует у них болезнь скрэйпи со смертельным исходом;
Губчатая дегенерация нервной ткани у умерших животных не отличима от таковой у животных, зараженных патологической формой PrP Sc , продуцированной in vivo;
полученная in vitro патологическая форма PrP Sc менее инфекционна, чем форма, полученная in vivo;
Передача «прионной инфекции» между млекопитающими ограничена межвидовыми барьерами, хотя эти барьеры не абсолютны, что объясняется различиями в первичной структуре PrP у млекопитающих разных видов; однако возможность заражения хомяков болезнью овец скрэйпи, а коз - болезнью Крейтцфельда-Якоба доказана;
Губчатые энцефалопатии передаются между организмами одного или близкородственных видов (болезнь Крейцфельда-Якоба передается от человека к человеку, от человека к шимпанзе; болезнь скрэйпи передается среди овец и коз, но не передается к шимпанзе);
Случаи заражения человека болезнью овец скрэйпи не установлены;
Передача «прионной инфекции» ограничена различиями в первичной структуре белка PrP и его штаммовой принадлежностью.
ХАРАКТЕРИСТИКА ПРИОННЫХ БОЛЕЗНЕЙ
Прионные болезни (ПБ) - это «конформационные» болезни человека и животных. Они обусловлены нарушениями процессов формирования пространственной структуры прионных белков, приводящими к изменениям внутриклеточной и межклеточной физиологии. К «конформационным» болезням также относятся амилоидные заболевания, например болезни Альцгеймера, Паркинсона и хорея Гентингтона, при которых происходит внутри- и внеклеточное накопление патологических фибриллярных белков.
ПБ известны давно. Первые упоминания о болезни скрэйпи у овец появились в середине XVIII в., а первые сообщения о губча-
той энцефалопатии у быков или «коровьем бешенстве», относятся к XIX в. В свою очередь, некоторые тяжелые нейродегенеративные болезни человека, такие, как болезнь куру или «смеющаяся болезнь», выделены в середине XX в. (в племени каннибалов Новой Гвинеи). Болезни Герстмана-Штраусслера-Шейнкера, Крейтцфельда-Якоба, а также семейная фатальная инсомния (бессонница) впервые описаны в конце XX в.
Все известные в настоящее время ПБ человека считаются смертельными: летальный исход после их манифестации наступает спустя 6 мес-5 лет.
Как отмечено выше, ПБ делятся на спорадические (80-85%), наследственные (около 15-20%) и приобретенные (менее 1%).
Инфекционность ПБ показана Р.Л. Чандлером (1961), заразившим лабораторных мышей болезнью овец скрэйпи. Позднее Д.К. Гайдушеку и соавторам (1966) удалось передать от человека к шимпанзе болезнь куру (см. ниже). Заражение человека и животных белками-прионами обычно происходит при употреблении в пищу мяса больного животного (особенно мозга) или другими путями.
Экспериментально заражение животных производится путем интраперитонеального или интрацеребрального введения здоровому животному гомогената мозга больного животного.
Этиология
ПБ развиваются в результате мутаций в гене, кодирующем экспрессию прионного белка, или при передаче патологической формы белка, находящегося в чужеродном биологическом материале, человеку при инфицировании. Во втором случае изучены пути инфицирования. Ими оказались: потребление в пищу мяса коров, страдающих бешенством, каннибализм, переливание крови, трансплантация органов и тканей, прием лекарств, содержащих гормоны человека (гипофизарный гонадотропин, соматотропин), и ятрогенный путь через недостаточно стерилизованные нейрохирургические инструменты.
При образовании новых мутаций или наследовании от предыдущих поколений уже имеющихся у человека точковых мутаций в гене PRNP характерен аутосомно-доминантный тип передачи гена, локализованного в хромосоме 20р - это 15-20% случаев ПБ.
В больном организме запускается механизм (до периода манифестации первых признаков) синтеза патологической формы PrP Sc ,
кодируемой геном PRNP, который обычно производит нормальную форму PrP c , транспортируемую через аппарат Гольджи на поверхность клеточных мембран нервных клеток. При развитии патологического процесса в везикулах цитоплазмы нейронов накапливается форма PrP Sc .
Всего идентифицировано около 25 точковых мутаций в гене PRNP (аллельных вариантов), приводящих к разным нозологиям ПБ. В числе мутаций гена PRNP выделены: миссценс- и нонсенсмутации кодирующей области гена и инсерции дополнительных копий октапептидкодирующих повторов проксимальной части гена. Как оказалось, основные нозологии ПБ - болезни Герстмана- Штраусслера-Шейнкера, Крейтцфельда-Якоба и фатальная семейная инсомния - относятся к аллельной серии гена PRNP.
В последние годы выделена вторая патологическая форма прионного белка - PrP27-30. Однако ее ген пока не локализован. Вместе с тем, вторая форма белка присутствует в специфических структурах пораженных клеток, называемых «прионными палочками»; морфологически и гистохимически они не отличаются от амилоидных структур, накапливаемых в нервных синапсах при развитии неврологической симптоматики и деменции.
Механизмы патогенеза
Механизмы патогенеза ПБ изучены недостаточно. Согласно концепции прионов, образование патологической формы PrP Sc в первом цикле амплификации происходит на матрице PrP Sc , а в последующих циклах превращению нормальной формы PrP c в патологическую форму способствует уже сформировавшаяся патологическая форма PrP Sc , вызывая экпоненциальный (неконтролируемый) рост числа патологических молекул PrP Sc , т.е. своеобразную цепную реакцию.
Следовательно, пусковой механизм ПБ - это момент конформации, начало которой имеет общее сходство, во-первых, с началом неконтролируемого деления клеток опухоли при ОГБ (см. главы 17 и 25), во-вторых, с началом неконтролируемого роста (экспансии) числа нуклеотидных повторов ДНК при БЭ (см. главу 27) и, в-третьих, с началом инфекционного процесса, пусть и контролируемого организмом, например, при вирусных заболеваниях.
В-четвертых, нельзя не отметить сходство феномена прионизации с появлением и последующим сохранением геномной памяти о патологической форме PrP Sc , на основе которой бесконтрольно копируют-
ся новые копии PrP Sc , приводя к манифестации (пороговый эффект), развитию ПБ и гибели организма.
Таким образом, ПБ, ОГБ, БЭ, БГП и инфекционный процесс имеют общие механизмы развития, связанные с началом патологического процесса в организме.
Немаловажное значение имеет отсутствие иммунного ответа на «прионную инфекцию» в случае губчатых энцефалопатий, что, скорее всего, объясняется наличием в клетках и тканях (включая Т- и В-лимфоциты) нормальной формы PrP c , а иммунные клетки организма не распознают конформационно отличающуюся от нее патологическую форму PrP Sc , принимая ее за нормальную форму.
Основные признаки ПБ
Основные признаки ПБ отличаются высокой вариабельностью неврологических расстройств. Для наследственных вариантов ПБ характерно проявление признаков в возрасте 45-75 лет и быстро прогрессирующее течение, приводящее к преждевременной смерти.
Наиболее выражены: атаксия, парезы и параличи, прогрессирующая деменция, снижение остроты зрения, эпилептические приступы. Для фатальной инсомнии, кроме того, характерны: гипертермия, дезориентация в пространстве и времени, нарушение ритмов сна и бодрствования.
ОТДЕЛЬНЫЕ НОЗОЛОГИИ
Болезнь Крейтцфельда-Якоба
Выделяют основной (панэнцефалический) I тип и дополнительный II тип болезни.
Клинические признаки при панэнцефалическом типе: выраженные неврологические нарушения в виде нарастающей диспраксии, нейродегенеративного регресса, прогрессирующей деменции и другой симптоматики вплоть до постановки диагнозов атипичной деменции, болезни Альцгеймера, Паркинсона, Пика, миоклонусэпилепсии, хореи Гентингтона (см. ниже).
Манифестация I типа болезни начинается в возрасте 20-50 лет с нарушения походки, затрудненного глотания, миоклоний, повышения тонуса и рефлексов, далее развиваются прогрессирующая деменция и нейродегенеративный регресс, нарастает диспраксия,
постепенно утрачиваются навыки чтения, письма и счета. На ЭЭГ выявляется спайк-волна, а на ЭНМГ - электрофизиологическая картина демиелинизации. При патоморфологических исследованиях обнаруживается спонгиозная дегенерация ЦНС, фокальный или диффузный глиоз.
Для II типа болезни характерны тот же возраст манифестации и прогрессирующая деменция. Продолжительность жизни от момента появления первых симптомов - не более 2 лет. Основные признаки: апатия, депрессия, миоклонии мышц нёба и скелетной мускулатуры, мозжечковые нарушения в виде атаксии и тремора, нарушения глотания, сна и произношения звуков, повышение рефлексов с выявлением патологических стопных знаков, поражение бульбарной группы черепно-мозговых нервов, проксимальные мышечные атрофии со снижением всех видов чувствительности, ригидность мышц, супрануклеарная офтальмоплегия, тики, фасцикуляции, хореитические гиперкинезы, эмоциональная лабильность.
При электрофизиологическом исследовании обнаруживаются: низкая активность на ЭЭГ, снижение скорости проведения нервных импульсов по двигательным волокнам на ЭНМГ, переднероговая активность при ЭМГ. При патоморфологическом исследовании выявляются: спонгиозная дегенерация (полости, кисты) во фронтальной области коры, стриатуме и таламусе, а также генерализованная церебральная атрофия и кальцинаты в базальных ганглиях. Кроме того, в мозге обнаруживаются амилоидоподобные бляшки, характерные для болезни куру.
При болезни Крейтцфельда-Якоба идентифицировано 11 точковых мутаций (замены одного нуклеотида на другой) с образованием аллельных вариантов гена PRNP, в том числе вариантов тандемных октапептидных кодирующих повторов, расположенных между кодонами 51 и 91, в связи с чем патологию называют болезнью октопептидных кодирующих повторов. Тип наследования аутосомнодоминантный.
Болезнь Герстмана-Штреусслера, или прионная болезнь 3 типа
Болезнь Герстмана-Штреусслера, или прионная болезнь 3 типа, плохо диагностируется.
Характеризуется возрастом манифестации 20-50 лет. В этот период у больных начинает прогрессировать интеллектуальная недо-
статочность, мозжечковая атаксия, дизартрия, миоклонии мышц нёба и скелетных мышц, супрануклеарная офтальмоплегия, нистагм, спастичность, хореитические гиперкинезы, гиперестезия, полинейропатия, парестезии.
При морфологическом исследовании выявляются: спонгиозная дегенерация ЦНС, глиоз, амилоидные включения и нейрофибриллярные клубочки.
Генетически выделяют пять аллельных вариантов, связанных с заменой тимина на цитозин.
Болезнь телец Леви
Болезнь телец Леви, или паркинсонизм, сочетающийся с деменцией и клиническими проявлениями, сходными с таковыми при болезни Паркинсона. Возраст манифестации - 10 лет и старше.
В неврологическом статусе: атрофии мышц конечностей, галлюцинации, нарастающая дисфагия, ортостатическая гипотензия и/или гипертензионные кризы, прогрессирующая деменция, ригидность, спастичность, тремор, туловищная атаксия, фасцикуляции.
При морфологическом исследовании в субкортикальных областях мозга обнаруживаются тельца Леви.
В основе болезни лежит точковая мутация MET232ARG, обусловливающая появление конформационной формы прионного белка: мет232арг (M232R-мутация). Описан также один больной, у которого наблюдалась комбинация этой мутации с мутацией V180I.
Синдром Стила-Рихардсона-Олсцевски
Синдром Стила-Рихардсона-Олсцевски, или прогрессирующий супрануклеарный паралич (субкортикальный глиоз PSP1), манифестирует в возрасте 20-50 лет с нарушений речи, затем проявляются: агрессивное поведение, брадикинезия, деменция, диспраксия, дисфагия, миоклонии, мозжечковая атаксия, мышечная спастичность и ригидность, нарастающая акинезия, нистагм, супрануклеарная офтальмоплегия, тремор, хореитические гиперкинезы, эмоциональная лабильность.
При морфологическом исследовании выявляются неспецифические изменения в головном и спинном мозге и внутриклеточные включения в виде нейрофибриллярных клубочков или аргирофильных включений Пика и телец Леви.
Болезнь Пика
Болезнь или деменция Пика трудно диагностируется. Манифестирует в возрасте 20-50 лет с нарушений речи, сопровождается апатией и/или депрессией, нейродегенеративным регрессом и прогрессирующей деменцией.
При морфологическом исследовании выявляются: генерализованная или локальная (фронтальная или темпоральная) атрофия коры мозга, спонгиозная дегенерация, глиоз и внутриклеточные включения в виде нейрофибриллярных клубочков (аргирофильные включения).
Болезнь Куру
Болезнь Куру, или «смеющаяся болезнь» выделена в племени каннибалов, населяющих джунгли Новой Гвинеи. Характеризуется прогрессирующей дегенерацией нервных клеток, участвующих в формировании двигательного центра головного мозга. В результате спонгиоматозных нарушений изменяется контроль за мышечной активностью, развивается тремор туловища, конечностей и головы. Болеют преимущественно женщины и дети. Смерть наступает через 9-12 мес.
Семейная фатальная инсомния
Впервые описана в 1979 г. И. Ройтером, который наблюдал смерть от бессонницы двух родственниц своей жены. Всего в мире насчитывается 28 семей с этим заболеванием.
Болезнь дебютирует в возрасте 30-60 лет. Клинически выделяют 4 периода течения: первый период (длится 4 мес): больной начинает страдать от бессонницы, появляются приступы панических атак, фобии; второй период (5 мес): панические атаки учащаются, присоединяются галлюцинации; третий период (3 мес): развивается полная бессонница, больной теряет в весе; четвертый период (6 мес): пациент перестает говорить, не реагирует на окружающих, у него постепенно развивается коматозное состояние и наступает смерть.
Продолжительность жизни от момента манифестации: 7 мес - 3 года.
При морфологическом исследовании обнаруживается дегенерация в ядрах таламуса.
В 1990 г. при этом заболевании впервые удалось идентифицировать точковую мутацию, наследуемую по аутосомно-доминантному типу.
Мутация в кодоне 178 гена PRNP проявляется заменой аспарагина на аспарагиновую кислоту в конформационной форме прионного белка, что вызывает появление в таламусе амилоидных бляшек и соответствующей симптоматики - бессонницы.
Болезнь Альцгеймера
Болезнь Альцгеймера, или старческое слабоумие - самостоятельное наследственное заболевание, обусловленное точковыми мутациями в генах, локализованных в локусах разных хромосом: 1q31-q42 - ген PS1, 17q11.2 - ген PS2, 19q13.2 - ген PS3 и 21q21.3-q22.05 - ген PS4, т.е. всего 4 генокопии болезни (см. главы 4, 9, 10 и 13).
Болезнь Альцгеймера проявляется в возрасте 20-50 лет акинезией, генерализованными судорожными приступами, дисфазией (афазией), миоклониями (в том числе мышц мягкого нёба), нарастающей мышечной ригидностью, прогрессирующей деменцией, тремором. В дальнейшем присоединяется старческое слабоумие.
При морфологических исследованиях выявляются генерализованная атрофия мозга, клубочки нейрофибрилл, сенильные бляшки (тельца Хирано) и тельца Леви.
Как установлено, при болезни Альцгеймера в головном мозге снижется активность фосфолипаз - это вынужденная компенсация в ответ на снижение скорости потери фосфолипидов. Наблюдаемые при этом рост количества глицерофосфорилхолина и увеличение активности лизофосфолипид-ацетилтрансферазы тесно связаны с изменением метаболизма холин-содержащих фосфолипидов и участием в этих реакциях амилоидных пептидов, что позволяет рассматривать болезнь Альцгеймера как прионное заболевание. Целесообразность рассмотрения этого заболевания в группе ПБ подтверждается выделением у одного больного с болезнью Альцгеймера точковой мутации MET129VAL, которая связана с заменой аденина на гуанин в первом нуклеотиде кодона 129 гена PRNP, что обусловливает появление конформационной формы прионного белка: мет129вал (М129^мутация); были выделены ее гомо- и гетерозиготные состояния по аллелям: met129 и val / met129.
Подходы к диагностике
Для диагностики ПБ в качестве биологического материала используется ткань из соскоба миндалевидных желез человека, в которой
после обработки протеинкиназой К выявляется протеазоустойчивый фрагмент PrP Sc с молекулярной массой 27-30 кДа.
В случае губчатых энцефалопатий для диагностики применяется метод циклической амплификации, позволяющий выявить патологическую форму PrP Sc в тканях и биологических жидкостях человека на ранних стадиях развития болезни.
Подходы к лечению
ПБ считаются неизлечимыми. Их терапия - в основном симптоматическая, и подходы к радикальной терапии только начинают разрабатываться.
В последние годы появились предпосылки к лечению ПБ антителами.
Например, in vitro показано, что антитела против некоторых эпитопов PrP ингибируют размножение патологической формы PrPSc. В связи с этим было продемонстрировано, что вакцинация рекомбинантными PrP (перед или сразу после инфицирования) и пассивная иммунизация антителами против эпитопов PrP приводили к подавлению экспрессии прионного гена, что подтверждало обоснованность вмешательства в иммунную систему как способа лечения. Было также предположено, что размножение конформационной формы PrPSc можно остановить с помощью блокаторов «в-структур» или пептидов, обогащенных пролином и имеющих гомологию с нормальной формой PrPc С этой целью был разработан второй подход, основанный на полиморфизме гена PRNP и учитывающий, что мутации в этом гене могут блокировать образование патологической формы PrPSc.
Третий подход основан на использовании дрожжей в качестве модели для поиска и изучения факторов, способных излечивать клетки от прионов (изгонять их).
Дрожжи как модель использовались для поиска соединений, «изгоняющих» из клеток такие прионы, как, например, PSI+ и URE3. В частности, проверили 2500 химических соединений и выделили 6 соединений, элиминирующих PSI+, в том числе 5 принадлежали к новому классу молекул - кастеллопаолитинам, а шестым был фенантридин - они «изгоняли» URE3 и ингибировали образование PrPSc в культуре клеток нейробластомы мыши.
Кроме того, изучены два соединения, антиприонная активность которых проявлялась в культуре клеток млекопитающих: кинакрин
(используется для лечения малярии) и хлорпромазин (антипсихотическое средство). Соединения излечивали клетки дрожжей от PSI+
В целом показано: кастеллопаолитины, кинакрин, фенантридин и хлорпромазин действуют не на прионные агрегаты, а на механизмы, поддерживающие конформационное патологическое состояние прионных белков.
Текст: Марина Левичева
Белок - главный строительный материал организма и неизменная составляющая здорового рациона. Хотя белки всегда волновали исследователей, сегодня внимание последних переключилось на особый вид - прионы. В интернете как их только не называют: «идеальные убийцы», «ключ к бессмертию» и даже «молекулы-зомби». Научное сообщество ломает голову над тем, как использовать белки, способные стремительно и неотвратимо разрушить мозг, на благо человечества. Мы решили разобраться, что такое прионы, и спросили экспертов, чем белки-убийцы потенциально могут быть полезны для человека.
Прионы стали изучать, потому что именно они - причина редких, но очень опасных болезней человека и животных. В их числе так называемое коровье бешенство, почесуха овец и, например, летальная семейная бессонница , при которой человек практически перестаёт спать, а в течение 12–18 месяцев умирает на фоне прогрессирующей деменции. Другой пример прионного заболевания - болезнь Крейтцфельдта - Якоба , приводящая к смерти в течение полугода или года после появления первых симптомов; болезнь поражает головной мозг, поэтому развиваются нарушения памяти и внимания, а затем расстройство координации и судороги. Последняя входит в список самых опасных заболеваний в мире, потому что врачи просто-напросто не знают, что с ней делать. А началось всё с загадочной болезни куру в Папуа - Новой Гвинее, которой, казалось, не было никакого разумного объяснения.
История об открытии прионов тянет на приключенческий фильм с элементами фантастики: казалось бы, что может быть здоровее жизни на прекрасном острове среди океана, например в Новой Гвинее? Но на живший там народ форе однажды обрушилась болезнь неизвестной природы, которая проявлялась очень сильной тряской, мешающей человеку сначала ходить, затем - стоять и сидеть. В конце концов всё, на что оказывался способен больной, - это лежать и дрожать. Следом наступал паралич, а после - смерть. За необычные клинические проявления местные назвали болезнь куру (в переводе «дрожь»). Для изучения инфекционных заболеваний, в том числе загадочной куру, в Новую Гвинею отправился детский врач и вирусолог Карлтон Гайдушек. У него всё получилось: в 1976 году Гайдушек получил Нобелевскую премию «за открытия, касающиеся новых механизмов происхождения и распространения инфекционных заболеваний», разделив её с Барухом Бламбергом, открывшим вирус гепатита В.
Впрочем, Гайдушек не открыл собственно прионы - он лишь предположил, что вирус вызывает «патогенная частица», которая не видна под микроскопом. Для этого учёному пришлось провести на острове продолжительное время, вскрыть пару сотен умерших представителей форе и даже отсылать их органы (особенно Гайдушека интересовал мозг, который у больных приобретал губчатую структуру) своим коллегам из разных стран. Причиной эпидемии среди народа форе стал ритуальный каннибализм: его практиковали даже после официального запрета властей. Мотивы прозаичны: форе полагали, что вместе с поеданием плоти умершего человека к ним перейдут его ум, способности или таланты.
ПРИОНЫ ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА. ОСОБЕННОСТИ РЕПЛИКАЦИИ. ПРИОНЫ – ВОЗБУДИТЕЛИ МЕДЛЕННЫХ НЕЙРОДЕГЕНЕРАТИВНЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ
ПРИОНЫ – ОСОБЫЙ КЛАСС ИНФЕКЦИОННЫХ АГЕНТОВ – БЕЛКОВ, С АНОМАЛЬНОЙ ТРЕТИЧНОЙ СТРУКТУРОЙ, НЕ СОДЕРЖАЩИХ НУКЛЕИНОВЫХ КИСЛОТ И УСТОЙЧИВЫХ К ИНАКТИВИРУЮЩИМ ВОЗДЕЙТВИЯМ ПРОТЕАЗ (ФЕРМЕНТЫ, МОДИФИЦИРУЮЩИЕ БЕЛКИ). ВЫЗЫВАЮТ У ЧЕЛОВЕКА И ЖИВОТНЫХ МЕДЛЕННЫЕ ИНФЕКЦИИ, ПРИВОДЯЩИЕ К НЕОБРАТИМЫМ ИЗМЕНЕНИЯМ ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ (ГУБЧАТЫЕ ЭНЦЕФАЛОПАТИИ)
ПРИОНЫ ВЫЗЫВАЮТ НЕЙРОДЕГЕНЕРАТИВНЫЕ ЗАБОЛЕВАНИЯ, ОБРАЗУЯ ВНЕКЛЕТОЧНЫЕ СКОПЛЕНИЯ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЕ И ФОРМИРУЯ АМИЛОИДНЫЕ БЛЯШКИ (АМИЛОИДОЗ), КОТОРЫЕ РАЗРУШАЮТ НОРМАЛЬНУЮ СТРУКТУРУ ТКАНИ. РАЗРУШЕНИЕ ХАРАКТЕРИЗУЕТСЯ ОБРАЗОВАНИЕМ «ДЫР» (ПОЛОСТЕЙ) В ТКАНИ, ТКАНЬ ПРИНИМАЕТ ГУБЧАТУЮ СТРУКТУРУ ИЗ-ЗА ФОРМИРОВАНИЯ ВАКУОЛЕЙ В НЕЙРОНАХ (СПОНГИОЗ).
АМИЛОИДЫ - БЕЛКОВЫЕ АГРЕГАТЫ, ПРЕДСТАВЛЯЮТ СОБОЙ ФИБРИЛЛЫ, РАСТУЩИЕ НА КОНЦАХ, РАЗЛОМ ФИБРИЛЛЫ ПРИВОДИТ К ПОЯВЛЕНИЮ ЧЕТЫРЁХ РАСТУЩИХ КОНЦОВ. ДЛЯ РАЗМНОЖЕНИЯ ПРИОНА НЕОБХОДИМО ИСХОДНОЕ НАЛИЧИЕ НОРМАЛЬНО УЛОЖЕННОГО КЛЕТОЧНОГО ПРИОННОГО БЕЛКА; ОРГАНИЗМЫ, У КОТОРЫХ ОТСУТСТВУЕТ НОРМАЛЬНАЯ ФОРМА ПРИОННОГО БЕЛКА, НЕ СТРАДАЮТ ПРИОННЫМИ ЗАБОЛЕВАНИЯМИ.
НОРМАЛЬНАЯ ТКАНЬ МОЗГА ЗАМЕЩЕНИЕ НОРМАЛЬНОЙ ТКАНИ МОЗГА АМИЛОИДОМ ОБРАЗОВАНИЕ ВАКУОЛЕЙ – СПОНГИОЗ НАЛИЧИЕ ГЛЫБОК ПРИОНОВ
ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ 1976 г. – БЛАМБЕРГ И ГАЙДУШЕК - НОБЕЛЕВСКАЯ ПРЕМИЯ «ЗА ОТКРЫТИЕ НОВЫХ МЕХАНИЗМОВ РАЗВИТИЯ И РАСПРОСТРАНЕНИЯ ИНФЕКЦИОННЫХ БОЛЕЗНЕЙ» , ЗА ОТКРЫТИЕ ИНФЕКЦИОННОГО ХАРАКТЕРА БОЛЕЗНИ КУРУ
С. Прузинер – ЛАУРЕАТ НОБЕЛЕВСКОЙ ПРЕМИИ 1997 г. ЗА ОТКРЫТИЕ «ПРИОНОВ – КАК НОВОГО БИОЛОГИЧЕСКОГО ПРИНЦИПА ИНФЕКЦИИ»
ПРИОНОВЫЙ БЕЛОК СУЩЕСТВУЕТ В 2 ФОРМАХ – НОРМАЛЬНОЙ (Pr. PC – PRION PROTEIN of CELL) АНОМАЛЬНОЙ (Pr. PSc), ОБНАРУЖИВАЕТСЯ У ПАЦИЕНТОВ С ПРИОННЫМИ ИНФЕКЦИЯМИ
Pr. PC ПРИСУТСТВУЕТ В ОРГАНИЗМЕ ВСЕХ МЛЕКОПИТАЮЩИХ. ДЕТЕРМИНИРУЮЩИЙ ЕГО ГЕН У ЧЕЛОВЕКА ЛОКАЛИЗОВАН НА КОРОТКОМ ПЛЕЧЕ 20 -й ХРОМОСОМЫ. ГЕН ВЫСОКОКОНСЕРВАТИВЕН. Pr. PC УЧАСТВУЕТ В ПЕРЕДАЧЕ НЕРВНЫХ ИМПУЛЬСОВ ИГРАЕТ ОПРЕДЕЛЯЮЩУЮ РОЛЬ В ПОДДЕРЖАНИИ СУТОЧНЫХ РИТМОВ АКТИВНОСТИ И ПОКОЯ В КЛЕТКАХ, ОРГАНАХ И ОРГАНИЗМЕ В ЦЕЛОМ
ОТЛИЧИЯ ПРИОНОВ НОРМАЛЬНЫЙ (Pr. PC) ПРИОН АНОМАЛЬНЫЙ (Pr. PSc) ПРИОН ВЫПОЛНЯЕТ РЯД ВАЖНЫХ ФУНКЦИЙ, ФУНКЦИОНАЛЬНО НЕАКТИВЕН, НЕИНФЕКЦИОНЕН, ЧУВСТВИТЕЛЕН К НАГРЕВАНИЮ, УФО, ИОНИЗИРУЮЩЕМУ ИЗЛУЧЕНИЮ, ПЕРЕВАРИВАЮЩЕМУ ДЕЙСТВИЮ ПРОТЕАЗ ВЫСОКО УСТОЙЧИВ К НАГРЕВАНИЮ, УФО, ИОНИЗИРУЮЩЕМУ ИЗЛУЧЕНИЮ, ПЕРЕВАРИВАЮЩЕМУ ДЕЙСТВИЮ ПРОТЕАЗ
КОНВЕРСИЯ Pr. PC В Pr. PSc ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ ПОСТТРАНСЛЯЦИОННЫЙ ПРОЦЕСС, ВКЛЮЧАЮЩИЙ ГЛУБОКОЕ КОНФОРМАЦИОННОЕ ИЗМЕНЕНИЕ – ИЗМЕНЕНИЕ ТРЕТИЧНОЙ И ДАЖЕ ЧЕТВЕРТИЧНОЙ СТРУКТУРЫ НОРМАЛЬНОГО БЕЛКА.
ПРОЦЕСС НАКОПЛЕНИЯ ИНФЕКЦИОННОГО ПРИОНА ПРОИСХОДИТ НЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ СИНТЕЗА В ЗАРАЖЁННОМ ОРГАНИЗМЕ МОЛЕКУЛ Pr. PSc, А ВСЛЕДСТВИЕ КОНФОРМАЦИОННЫХ ИЗМЕНЕНИЙ УЖЕ СИНТЕЗИРОВАННЫХ НОРМАЛЬНЫХ МОЛЕКУЛ Pr. PC ПОД ВЛИЯНИЕМ МОЛЕКУЛ ИНФЕКЦИОННОГО ПРИОНА Pr. PSc
МЕХАНИЗМЫ ПОВРЕЖДЕНИЯ КЛЕТОК АНОМАЛЬНЫМ ПРИОНОМ В ОТЛИЧИЕ ОТ НОРМАЛЬНОГО Pr. PC – ЦИТОЗОЛЬНОГО ИЛИ МЕМБРАННОГО БЕЛКА, Pr. PSc ОБРАЗУЕТ АГРЕГАТЫ, ВЫПАДАЮЩИЕ ВНУТРИ ИЛИ ВНЕ КЛЕТКИ ИНИЦИАЦИЯ АПОПТОЗА НЕЙРОНОВ АГРЕГАТЫ МОГУТ ЗАХВАТЫВАТЬ ФАКТОРЫ ТРАНСКРИПЦИИ, ФЕРМЕНТЫ, КОМПОНЕНТЫ ЦИТОСКЕЛЕТА НЕОБРАТИМЫЕ ПОВРЕЖДЕНИЯ КЛЕТКИ КЛЕТКА ПЫТАЕТСЯ ИЗБАВИТЬСЯ ОТ АГРЕГАТОВ, ПРОДУЦИРУЯ АКТИВНЫЕ ФОРМЫ КИСЛОРОДА
Прион - это белок с аномальной третичной структурой, способный катализировать конформационное превращение нормального клеточного белка в себе подобный (прион). при переходе белка в прионное состояние его α-спирали превращаются в β-слои. Новые прионы перестраивают новые молекулы белка запуская цепную реакцию, в ходе которой образуется огромное количество неправильно свёрнутых молекул. Прионы - единственные известные инфекционные агенты, размножение которых происходит без участия нуклеиновых кислот.
ПУТИ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ПРЯМОЕ ЗАРАЖЕНИЕ (ЗАРАЖЁННАЯ ПИЩА) ПРИОНЫ СОХРАНЯЮТЯ В ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЕ В ОСТАНКАХ МЁРТВЫХ ЖИВОТНЫХ, В ПОЧВЕ, В НАВОЗЕ. ПРИСУТСТВУЮТ В МОЧЕ, СЛЮНЕ И ДРУГИХ ЖИДКОСТЯХ И ТКАНЯХ ТЕЛА. ЗАРАЖЕНИЕ В ХОДЕ ПОЛЬЗОВАНИЯ НЕСТЕРИЛЬНЫМИ ХИРУРГИЧЕСКИМИ ИНСТРУМЕНТАМИ. НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ (НА ДОЛЮ НАСЛЕДСТВЕННЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ ПРИХОДИТСЯ ОКОЛО 15 % ВСЕХ СЛУЧАЕВ) В НЕКОТОРЫХ СЛУЧАЯХ ДЛЯ РАЗВИТИЯ БОЛЕЗНИ ТРЕБУЕТСЯ КОМБИНАЦИЯ ФАКТОРОВ, Т. Е. ГЕНОТИП ПРЕДОПРЕДЕЛЯЕТ ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ ИЛИ ВОСПРИИМЧИВОСТЬ К ЗАБОЛЕВАНИЮ. БОЛЬШИНСТВО ПРИОННЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ ВОЗНИКАЕТ СПОНТАННО ПО НЕВЫЯСНЕННЫМ ПРИЧИНАМ.
ПРИОНЫ УСТОЙЧИВЫ К ПРОТЕАЗАМ, ВЫСОКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ, РАДИАЦИИ, УФ ИЗЛУЧЕНИЮ, ХРАНЕНИЮ В ФОРМАЛИНЕ НЕ ТЕРЯЮТ АКТИВНОСТИ ПОСЛЕ ПРЕБЫВАНИЯ В ТЕЧЕНИЕ 18 МИНУТ ПРИ ТЕМПЕРАТУРЕ 134 °C В ГЕРМЕТИЧНОМ ПАРОВОМ АВТОКЛАВЕ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫ К ОБРАБОТКЕ ХЛОРНОЙ ИЗВЕСТЬЮ, СИЛЬНОКИСЛЫМИ И СИЛЬНОЩЕЛОЧНЫМИ СРЕДСТВАМИ ПОТЕНЦИАЛЬНЫМ МЕТОДОМ ДЛЯ ДЕЗАКТИВАЦИИ И ДЕНАТУРАЦИИ ПРИОНОВ МОЖЕТ БЫТЬ СТЕРИЛИЗАЦИЯ ОЗОНОМ
ПРИОННЫЕ ИНФЕКЦИИ ЧЕЛОВЕКА БОЛЕЗНЬ КРЕЙТЦФЕЛЬДА- ЯКОБА ХРОНИЧЕСКАЯ СЕМЕЙНАЯ БЕССОННИЦА КУРУ СИНДРОМ ГЕРСТМАННА – ШТРАУССЛЕРА-ШЕЙНКЕРА
ИНКУБАЦИОННЫЙ ПЕРИОД ПРИОННЫХ ЗАБОЛЕВАНИЙ, КАК ПРАВИЛО, ОЧЕНЬ ДОЛОГ, ПОСЛЕ ПОЯВЛЕНИЯ СИМПТОМОВ БОЛЕЗНЬ ПРОГРЕССИРУЕТ БЫСТРО, ПРИВОДЯ К РАЗРУШЕНИЮ МОЗГА И СМЕРТИ. СИМПТОМЫ: КОНВУЛЬСИИИ, ДЕМЕНЦИЯ (СЛАБОУМИЕ), РАССТРОЙСТВО КООРДИНАЦИИ ДВИЖЕНИЙ (АТАКСИЯ), ПОВЕДЕНЧЕСКИЕ И ЛИЧНОСТНЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ.
БОЛЕЗНЬ КРЕЙЦФЕ ЛЬДТА-Я КОБА (КОРОВЬЕ БЕШЕНСТВО) - ПРОГРЕССИРУЮЩЕЕ ДИСТРОФИЧЕСКОЕ ЗАБОЛЕВАНИЕ КОРЫ БОЛЬШИХ ПОЛУШАРИЙ, БАЗАЛЬНЫХ ГАНГЛИЕВ И СПИННОГО МОЗГА. - СЧИТАЕТСЯ ОСНОВНЫМ ПРОЯВЛЕНИЕМ ПРИОННОЙ БОЛЕЗНИ (85 % ВСЕХ ГУБЧАТЫХ ЭНЦЕФАЛОПАТИЙ). - ПОРАЖАЕТ ЛЮДЕЙ ВСЕХ НАЦИОНАЛЬНОСТЕЙ И РАС, МУЖЧИН И ЖЕНЩИН, ВЗРОСЛЫХ И ДЕТЕЙ. - ПОРАЖАЕТ ЛЮДЕЙ В ВОЗРАСТЕ СТАРШЕ 50 ЛЕТ И ПРОЯВЛЯЕТСЯ С ВЕРОЯТНОСТЬЮ 1 -2 СЛУЧАЯ НА МИЛЛИОН.
БОЛЕЗНЬ КРЕЙЦФЕ ЛЬДТА-Я КОБА проявляется в форме кратких потерь памяти, изменениями настроения, потерей интереса к происходящему вокруг. Больной постепенно перестает осиливать и текущие действия, связанные с каждодневной жизнью. В конечной фазе наступает расстройство зрения, галлюцинации и расстройство речи (особенная медленная речь).
Новый вариант БОЛЕЗНИ КРЕЙЦФЕ ЛЬДТА-Я КОБА 1995 год в Великобритании (умерло 100 человек). заражение мясными продуктами, содержащими бычьи прионы из мозга «бешеных коров» . В отличие от «классической» формы болезнь поражает и молодых людей в возрасте 20 лет. проявляется в изменении личности, потеря интереса к своему хобби, сторонятся своих самых близких людей, поддаются депрессиям. Похудение, нарушение координации движений. Пациент не способен сам о себе позаботиться, отсутствие гигиены, не может без чужой помощи поесть. отдалено наступление слабоумия, пациент очень долго осознает свое ухудшающееся состояние.
БОЛЕЗНЬ КУРУ - У АБОРИГЕНОВ ПЛЕМЕНИ ФОРЕ НОВОЙ ГВИНЕИ, СВЯЗЫВАЮТ С ОСОБЕННОСТЯМИ НАЦИОНАЛЬНЫХ ТРАДИЦИЙ (РИТУАЛЬНОГО КАННИБАЛИЗМА), КОГДА ЖЕНЩИНЫ И ДЕТИ ПОЕДАЮТ МОЗГ УМЕРШИХ И ПОЛУЧАЮТ ВЫСОКУЮ ДОЗУ АНОМАЛЬНОГО ПРИОНА. ИНКУБАЦИОННЫЙ ПЕРИОД БОЛЕЕ 30 ЛЕТ.
ФАТАЛЬНАЯ СЕМЕЙНАЯ БЕССОННИЦА Болезнь открыта итальянским доктором Игнацио Ройтером в 1979 году (смерть от бессонницы нескольких родственников жены). В конце 90 -х идентифицирована мутация, ответственная за болезнь - в 178 кодоне гена синтеза нормального приона, в 20 -й хромосоме, аспарагин заменён на аспарагиновую кислоту. В результате форма белковой молекулы изменяется, и она превращается в прион. накопление амилоидных бляшек в таламусе, отделе мозга, отвечающем за сон, приводит к бессоннице и далее к смерти.
СИНДРОМ ГЕРСТМАНА - ШТРАУССЛЕРА - ШЕЙНКЕРА очень редкое, семейное, смертельное нейродегенеративное заболевание, развивается у пациентов в возрасте от 20 до 60 лет. Причина – мутации прионного белка. характеризуется, главным образом, мозжечковой атаксией, расстройствами глотания и фонации, прогрессирующим слабоумием на протяжении от 6 до 10 лет (средняя продолжительность болезни составляет 59, 5 месяцев), после чего наступает смерть. Инкубационный период длится от 5 до 30 лет.
