Prion-Protein

Prion-Protein
Gliederung
1. Einleitung
2. Struktur und Biosynthese
3. Vergleich zwischen PrPC und PrPSc
4. Prion- Hypothese
5. Prionkrankheiten (TSE) in Mensch und Tier
Ch. Scheidegger / 21.6.2005
Einleitung
„
Prion = PRoteinacous InfeciOus particle
„
In Gliazellen, Neuronen und Leukozyten exprimiert
„
254 Aminosäuren langes Protein
„
Zwei Isoforme PrPC und das pathogene PrPSc (Sc=Scrapie associated)
„
un-, mono-, diglykosiliert an den Aminosäuren 181 und 197 (Asparagin)
„
Aminosäuresequenz des Prion-Proteins homolog zwischen verschiedenen Spezies,
dies weist auf eine gemeinsame physiologische Rolle hin, welche jedoch nicht
bekannt ist.
Ch. Scheidegger / 21.6.2005
„
Kupferbindende Eigenschaften der vier repetitiven, histidinhaltigen Sequenzen in der
N-terminalen Hälfte, die flexible Struktur des N – terminus wir durch das binden
stabilisiert (Kupferaufnahme?)
„
M/V Polymorphismus an der Stelle 129
Ch. Scheidegger / 21.6.2005
Struktur und Biosynthese
„
Prion-Gen PrnP besteht je nach Spezies aus 2-3 Exons, open-reading-frame immer
vollständig auf dem letzen Exon liegt
„
Beim Menschen ist es auf dem 20 Chromosom gelegen
„
Das transkribierte Gen wird vor dem Verlassen des Zellkerns gespleisst
„
Die mRNA wird durch die Signalsequenz (1-23 AA) zum rauhen Endoplasmatischen
Retikulum geführt wird.
Ch. Scheidegger / 21.6.2005
„
Abspalten der Signalsequenz und Translation, mit anschliessender Glykosilierung mit
Zuckern des „High Mannose“ Typ
„
Als posttranslationale Modifikation wird ein GPI-Anker angeheftet, welcher anstelle
des C - terminalen GPI - Signals angebaut wird und zur Verankerung in der
Zellmembran dient
„
Die Ausbildung einer Disulfidbrücke zwischen den zwei Cysteinen 178 und 213
„
Glykosilierungsmuster ist Stammspezifisch und dient zur Identifikation der TSE-Form
(beim Menschen deshalb nur post – mortem)
„
N - terminale Domäne ist eine speziell konservierte Region zwischen verschiedenen
Spezies. Sie besteht aus 5 oder mehr Kopien eines Prolin/Glycin reichen Octarepeat
der Sequenz P(H/Q)GGG(G)WGQ
Ch. Scheidegger / 21.6.2005
„
Konversion von PrPC zu PrPSc wahrscheinlich in Rafts (Cholesterol -,
Glykosphingolipid – reiche Mikrodomänen) wo GPI verankerte Proteine lokalisiert sind
„
Endocytose ereignet sich über Clathrin oder Caveolin bedeckte Vesikel, und führt
durch die Endosomen zum Lysosom
„
Abbau in Lysosomen, 60 min Zyklus
Ch. Scheidegger / 21.6.2005
Vergleich PrPC / PrPSc
„
Struktur aufgrund NMR-Berechnungen
„
PrPC: 40% α-Helix, 3% β-Faltblatt, der
Rest unstrukturierte Regionen
(enthalten Octarepeats)
„
PrPSc: 30% α-Helix, 40% β-Faltblatt
„
Die strukturellen Unterschiede zeigen
ihre Folgen in verschiedenen
Eigenschaften:
1. Sensitivität gegenüber Proteinase K
2. Abspaltung vom GPI-Anker mittels
Phospholipase C nur bei PrPC möglich
bei PrPSc sterisch gehindert
3.Exponierte hydrophobe Teile
ermöglichen Aggregatbildung aus
PrPSc
Ch. Scheidegger / 21.6.2005
Prion-Hypothese
Der Weg zur Hypothese:
„
Als erstes wurde TSE (spongiforme Enzephalopathie) bei Ziegen entdeckt. Es
handelte sich um Scrapie, wovon auch der Name PrPSc
„
In den 50-er Jahren wurde TSE erstmals beim Menschen entdeckt und war erstaunt,
dass bei den infizierten Menschen keine Entzündungsreaktion zu finden war (Kuru)
„
Bestrahlung mit UV von infektiösem Material zeigten, dass es nicht damit
inaktivierbar ist Æ enthält keine Nukleinsäuren
„
Andere Inaktivierungsversuche untermauerten die Theorie, dass keine Nukleinsäuren
bei der Infektion beteiligt sind
„
Es wurde trotzdem ein sehr robuster Virus als infektiöses Agens gehalten, bis Stanley
Prusiner 1982 die Prion - Hypothesen begründete
Ch. Scheidegger / 21.6.2005
1.Vorlagen assistierte Umwandlung :
„
Umwandlung PrPC zu PrPSc ist kinetisch kontrolliert
„
Hohe Aktivierungenergie verhindert die spontane Umwandlung
„
Kontakt von PrPC mit PrPSc Æ Konformationswechsel von PrPC zu PrPSc
„
Umwandlung beinhaltet grössere Schritte von Um- und Neufaltung, bei denen evtl.
ein Enzym oder Chaperon beteiligt ist, was die hohe Aktivierungsenergie erklärt
„
Die Erkrankung an sporadischer TSE, wäre das Produkt vom zufälligen Überwinden
der Aktivierungsenergie (sehr selten)
Vorlagen assistierte Umwandlung
PrPC
PrPSc
Ch. Scheidegger / 21.6.2005
2. Saatkorn – Modell:
„
Konversion thermodynamisch kontrolliert und reversibel
„
PrPSc ist nur stabilisiert wenn es sich an ein Saatkorn oder Aggregat anlagern kann
„
Saatkornbildung ist ein sehr, sehr langsamer Prozess
„
Saatkorn vorhanden führt zu exponentieller Konversionskaskade
PrP C
Saatkorn Modell
Sehr langsam
Schnell
Ch. Scheidegger / 21.6.2005
Schnell
PrP Sc
Prionenkrankheiten
„
Erkrankungen an Prionen gehören zu den TSE (transmissible spongiform
encephalopathies / übertragbare spongiforme Enzephalopathien) Erkrankungen, die
alle tödlich enden
„
Es gibt 3 verschiedene Arten der Entstehung:
1. vererbte Erkrankung, sie gehen auf Vererbung von Mutationen zurück, und werden
in der Familie weitergegeben
2. sporadische Erkrankung, zufälliges Entstehen des pathogenen Isoforms, ca. 1 Fall
pro 1 Million Bevölkerung pro Jahr
3. infektiöse Erkrankung, entstehen bei medizinischen Eingriffen durch Prionenverunreinigte Werkzeuge oder Wachstumshormone
Ch. Scheidegger / 21.6.2005
TSE im Menschen:
„
GSS: P206L Nur vererbbar. Tritt zwischen 35 und 50 Altersjahr auf.
Symptome: cerebrale Ataxie, Demenz, abnormale Reflexe und Gang
„
Kuru: mutationsunabhänig, rein infektiös, übertragen durch rituellen Kannibalismus
auf Papua – Neuguinea.
Symptome: Verlust des Gleichgewichtssinns, Defekte in der Feinmotorik, Zittern und
am kurz vor dem Tod Demenz
„
CJD: E200K Leuten über 50 Jahren vor, die iatrogenen Fälle jedoch können auch
jüngere Menschen betreffen.
Symptome: Demenz, später folgen Ataxie und nach 8 Monaten folgt der Tod
„
vCJD: rein infektiös, Übertragung über infiziertes Fleisch (BSE)
Symptome: auch junge Menschen, sonst wie CJD
Ch. Scheidegger / 21.6.2005
„
FFI: D178N und der M/V Polymorphismus bei Aminosäure 129 muss
Methionin sein. Sympthome: Schlaflosigkeit, Disfunktion und der Verlust
des zirkadischen Rhythmus
Ch. Scheidegger / 21.6.2005
TSE im Tier:
„
BSE:
Tier: Kuh
bekannteste Erkrankung, Fütterung von
Tiermehl
Symptome: Kühe sind schreckhaft, später
Ataxie
„
Scrapie:
Tier: Ziege / Schaf
erste bekannte TSE Erkrankung, die schon
seit 2 Jahrhunderten bekannt ist
Symptome: Juckreiz (Tier reiben sich an
Bäumen wund), später Ataxie und
Schreckhaftigkeit
„
CWD:
Tier: Hirsch
Vokommen in Nordamerika
Symptome: Chronische Abmagerung,
Apathie, Zittern, später Ataxie
Ch. Scheidegger / 21.6.2005