Prioni in proteinsko Prioni in proteinsko dedovanje pri dedovanje pri

kvasovkahkvasovkah

Martina LenarčičMartina Lenarčič

Adrijana OblakAdrijana Oblak

Kaj so prioni?Kaj so prioni?

- proproteinaceous ininfectious particle

- 250 AK dolgi proteini

- možgani, limfatični organi, kri

- PrPC in PrPSc

PrPC in PrPScPrPC in PrPSc

Creutzfeldt – Jakobova bolezen Creutzfeldt – Jakobova bolezen (CJB)(CJB)

- napade starejše nad 60 let

- nemogoče kontrolitrati ali ozdraviti

- 90 % pacientov umre v enem letu

- težave s spominom,

- sprememba obnašanja, zmanjša se koordinacija

- halucinacije

Variantna Creutzfeldt – Jakobova bolezen (vCJB)

- mlajši pacienti (29 let)

- traja dlje časa (16 mesecev)

- moten spanec, zmanjšan apetit

- utrujenost, zmedenost

- izguba spomina, izguba vida

- slaba mišična koordinacija, problemi z govorom

- izguba mentalnih in telesnih sposobnosti

PrimerjavaPrimerjava

Zdravi človeški možgani CJB

vCJB

Spongiformna encefalopatija pri Spongiformna encefalopatija pri govedu (BSE) ali bolezen norih kravgovedu (BSE) ali bolezen norih krav

- nemirno, napadalno govedo, slabo koordinirano gibanje, daje manj mleka in izgublja na teži

- kostna moka

- prenosljiva smrtna možganska bolezen

Praskavec (Scrapie) pri ovcahPraskavec (Scrapie) pri ovcah

- prvi odkrit primer prionske bolezni

- dva možna načina prenosa v ovce:• okužba z okuženo krmo, ki vsebuje

PrPsc ali direktna okužba prenos ovca-jagnje;

• genetska okvara

KuruKuru

- kanibali

- podoben CJB

Mehanizem delovanjaMehanizem delovanja

Diagnostika bolezniDiagnostika bolezni

- PMCA = podobna PCR

- FACS

- masna spektrometrija SELDI

Možni načini zdravljenjaMožni načini zdravljenja

- celica ne proizvaja protiteles - 3 x α – heliks β – plošče - zdravilo za zdravljenje malarije - antipsihotik - preprečitev sinteze PrP

Prednost preučevanja pri Prednost preučevanja pri kvasovkahkvasovkah

• hitro razmnoževanje• nezahtevno gojenje• poceni gojišča• tvorba Sup35 in Ure2 ne škodujeta

kvasovkam

Dva proteina kvasovk, ki tvorita prione in sta lahko v obliki PrPC in PrPSc:

- Sup35- Sup35

- Ure2- Ure2

Determinanta [[URE3URE3] ] = prionska oblika genetsko kodiranega proteina Ure2

Determinanta [[PSI+PSI+] ] = prionska oblika genetsko kodiranega proteina Sup35

[[URE3URE3]]• mutanta z ureidosukcinsko kislino (USA),

prekurzor v biosintezi uracila• porabljajo ureidosukcinat v prisotnosti

NH4+• ne morejo sintetizirati prekurzorja uracila,

vendar rastejo v odsotnosti uracila • USA ne najdemo v celicah divjega tipa

(ure-0)

[[PSI+PSI+]]• modifikator nonsensesupresije pod vplivom tRNA • [psi- ] = topen Sup35

• alel ade2 – 1 ni inhibiran, rdeč pigment• če je alel inhibiran, so kolonije bele barve

Širjenje TSE - PrusinerŠirjenje TSE - Prusiner

šablonski model; model polarizacije z zasnovo

odpornost na proteaze, tvorba agregatov ali odpornost na proteaze, tvorba agregatov ali amiloidnih fibrilovamiloidnih fibrilov

očitne konformacijske razlike značilne za prione sesalcev (PrPSc)

iste lastnosti lahko pripišemo tudi Ure2 in Sup35 proteinoma ter njunima prionskima

oblikama

regija z veliko nenabitimi, polarnimi AK, posebno Q in N

esencialne za prionske lastnosti teh proteinov

domene, ki formirajo prione (PrD)

na N terminalni polovici prionskega proteina (Ure2, Sup35) ali na C koncu (Rnq1).

fuzija Sup35 PrD z zelenim fluorescentnim proteinom (GFP)

nastanejo različni in prenosljivi agregati

Ure2 vsebuje PrD, ki je prenosljiv

QNR Sup35QNR Sup35

8 – 26 AK

mutacijska zamenjava enega Glu/Asn

Sup35 se združi v agregate

povečanje topnosti in funkcionalnosti Sup35

PNM (Psi no more), oblike Sup35

nastanek prionskih oblik

OPR Sup35OPR Sup35

41 – 97 AK 5 kopij + 1 delna kopija (med seboj tandemsko

povezane)

PHGGGWGQ PHGGGWGQ

če pride do mutacij v ponavljajočem se delu,dobimo PNM fenotip

5 kopij na N koncu PrP

Oligopeptidne ponovitve in Oligopeptidne ponovitve in razmnoževanje prionovrazmnoževanje prionov

PrP vsebuje le eno oktaponovitev (PHGGGWGQ) na C koncu

zamenjava oligopeptidnih ponovitev Sup35 PrD s PrP oktaponovitvijo zatre okvare v razmnoževanju prionov, ki jih povzroča

mutanta Sup35

Domena, ki formira prion Ure2Domena, ki formira prion Ure2

• 1 – 65 PrD;• 1 – 80 - povzročitelj prekomernega izražanja [URE3]; • 221 – 227 - pri nastanku priona; • 151 – 158 in 348 – 354 - zatreta indukcijo [URE3], ko je Ure2 prekomerno izražen - prion inhibitorski regiji (PiR, podčrtano)

Domena, ki formira prion Sup35Domena, ki formira prion Sup35

Konformacijske spremembe in PrDKonformacijske spremembe in PrD

PrPSc povzroči konformacijsko spremembo PrPC (α-heliks), ki je topna,

v agregate ß-ploskev (PrPSc)

PrD iz priona kvasovk so nujni za konverzijo priona

Konformacijska konverzija Sup35Konformacijska konverzija Sup35

2 fazi: • tvorba oligomerne nukleacijske enote• posledična polimerizacija enot z

dvosmerno rastjo amiloidnih fibril

Sup35NM - amino terminalna (N) in srednja (M) regija Sup35

'nukleacijska konformacijska konverzija''nukleacijska konformacijska konverzija'

'nukleacijska konformacijska konverzija''nukleacijska konformacijska konverzija'

• protein tvori neobstojne oligomere različnih velikosti (iz 20 – 80 molekul) v stopljeni globularni obliki

• nestabilni oligomeri potem preko počasne konformacijske konverzije preidejo v stabilne nuklecijske enote (prionska 'semena')

Polarne zadrgePolarne zadrge= večje število vodikovih vezi, ki nastane

med stranskimi in glavnimi verigami amidov

• poliGln tvorijo z ß-ploščami agregate preko polarnih zadrg

• nastanek lokaliziranih regij PrD iz ß-plošč - sprožijo proces agregacije.

Konformacijske spremembe in Konformacijske spremembe in njena funkcijanjena funkcija

Ure2 PrD se konformacijsko spremeni, C domena ostane enaka - ostane

funkcionalen

Sup35 je v obliki agregatov i in je nujen za rast

ohranitev stopnje funkcije na končni stopnji translacije

Razmnoževanje različnih variant Razmnoževanje različnih variant prionovprionov

različne vrste prionov sesalcev vsebujejo različne strukturne oblike PrP

prionske variante [PSI+]

Sup35NM

Celični faktorji in razmnoževanje Celični faktorji in razmnoževanje prionov pri kvasovkahprionov pri kvasovkah

[prion-] [Prion+] [prion-] [Prion+]

reverzna mutacija [PSI+] in [URE3]

Hsp104 Hsp104

uspešno razmnožuje [PSI+]

prekomerno izražanje gena Hsp104 destabilizira prionsko obliko

razpad agregatov napačno zvitih proteinov

Hsp104Hsp104

AAA+ ATP-aza

ATP hidroliza vodi do konformacijske spremembe in sprostitve substrata iz šaperona

Ali Hsp104 povzroči razpad agregatov?Ali Hsp104 povzroči razpad agregatov?

povzroči razpad visoko molekularnih prionskih agregatov v manjše enote, ki nato delujejo kot ¨semena¨ (propagoni)

Kemijsko zmanjšanje izločanja prionov Kemijsko zmanjšanje izločanja prionov kvasovkkvasovk

Gvanidin hidroklorid

vodi k hitremu

zmanjšanju vseh znanih

prionov kvasovk

Model za pretvorbo in razmnoževanje Model za pretvorbo in razmnoževanje prionov pri kvasovkahprionov pri kvasovkah

ZaključekZaključek

prionske bolezni

PrPC PrPSc

kvasovke: prionska poteina Sup35 in Ure2

Hsp104 - razpad agregatov

kemijski mutageni – zmanjšanje prionov