Prionová onemocnění
Zde najdete materiály z patfyzu 11.3.2010.
V sekci fotoabum je celá prezentace přefoceného ppt.
Prionové choroby, transmisivní spongiformní encefalopatie (TSE), jsou smrtelná neurodegenerativní onemocnění.
Termín prion vznikl přesmyčkou zkratky původního názvu proteinaceous infectious particle.
Pro tyto morby je typický výskyt ve třech různých formách:
infekční (získané)
familiární (genetické )
sporadické
V průběhu prionového onemocnění dochází k ukládání abnormálního prionového proteinu (PrPtse, prion, PrPSC) ve formě amyloidních plaků v CNS, který je jediným funkčně postiženým orgánem. Po infekci priony dochází nejprve k akumulaci PrPSC v lymfatické tkáni a následně k invazi do CNS. Hlavní úlohu v periferní replikaci prionů hrají folikulární dendritické buňky (FDC), které jsou rovněž nezbytné pro neuroinvazi. Během TSE infekce dochází k up-regulaci některých složek komplementu, nicméně imunitní systém nereaguje tvorbou protilátek, dokonce se podílí na šíření prionů v organismu.
Mezi lidské prionové choroby patří:
Creuzfeldt-Jakobova choroba (CJD)
Kuru
Gerstmann-Straussler-Scheinker syndrom (GSS)
fatální familiární insomnie (FFI).
Prionové choroby postihující zvířata zahrnují například scrapie ovcí, bovinní spongiformní encefalopatii (BSE) hovězího dobytka a „chronic wasting disease“ jelenovité zvěře (CWD).
Strains
Existují různé kmeny prionů („strains“) s rozdílnou konformací PrPSC, které se liší inkubační dobou, klinickými příznaky, délkou trvání onemocnění, vakuolizací CNS a tvorbou amyloidních plaků. Prionové kmeny hrají roli v druhové specifitě prionů, např. přenos „scrapie“ z ovcí na člověka nebyl dosud zaznamenán, naproti tomu BSE priony jsou relativně druhově nespecifické a na člověka byly přeneseny ve formě vCJD.
Význam exprese PrPc na buňkách IS
PrPc je membránový glykoprotein kódovaný genem Prnp, u člověka lokalizovaný na 20. chromozomu. Působí jako receptor pro Cu++.
Je exprimován na řadě buněk imunitního systému, včetně leukocytů a FDC. Exprese PrPc je regulována během vývoje lymfocytů v medulle a thymu a během následné mitogenní aktivace.
Jako membránový protein není příliš stabilní a kontinuálně cirkuluje mezi povrchem buňky a endozomem, internalizován do klathrinem povlečených vesikul. Z endozomu se většina molekul PrPC uvolňuje a translokuje do membrány, malá část podléhá štěpení a uvolňuje se do intersticia. Tato dráha představuje jednu z možností konverze na PrPSC.
Cu ionty reverzibilně stimulují endocytózu PrPc.
Výzkumu recetoru PrPC se přikládá velký význam, je klíčem k poznání funkce PrPC, což do budoucna představuje základ terapie založené na inhibici endocytické internalizace těchto receptorů a tím množení prionů.
Tvorba nascentního PrPSc
Charakteristickým znakem je zvýšená rezistence k proteázám, fosfolipáze C a k relativně vysokým teplotám.
Při postranslační modifikaci PrPSc probíhá odstranění N-terminálního fragmentu v jiném místě než v případě PrPC, kde je narušena právě amyloidogenní a neurotoxická oblast. U PrPSc zůstává tato oblast nedotčena. N-terminální štěpení je tedy důležitým faktorem regulace patogenity. Proces probíhá v lyzozomech a endozomech za současné akumulace patologických proteinů.
Základem konverze je změna v konformaci, obě izofomy mají stejnou primární strukturu (sekvence AMK) .V sekundární struktuře u PrPC převažuje alfa-helix, u PrPSc beta-skládaný list.
Modely konverze
1.nukleačně polymerizační
Předpokládá, že spontánní konverze probíhá a stabilizuje se přidáváním monomerů ke koncům již existujícího polymeru (jádro) složeného z PrPsc. Proces pokračuje zrychlující se řetězovou reakcí, jejímž výsledkem je výlučně PrPsc. Zesílení intenzity spontánní konverze se přisuzuje fragmentaci jádra, která zvyšuje počet vazebných míst pro připojení dalších monomerů PrPc.
Nukleačně polymerizační proces je podobný polymerizaci tubulinu, flagellinu a tvorbě virové kapsidy. Rozpustný monomer flagellin se inkorporuje do rostoucího konce bičíku. Monomery v roztoku i v milimolárních koncentracích zaujímají konformaci, v níž se nemohou spontánně seskupovat, pokud v roztoku není přítomen fragmentovaný bičík , kterým se rychle rozběhne polymerizační proces.
2.matricový
Předpokládá, že konverze molekuly PrPc nebo její málo stabilní varianty PrP* na PrPsc je extrémně pomalá za nepřítomnosti molekul PrPsc, ale proces konverze je ireverzibilní. PrPsc se sám schopen se zmnožit tím, že katalyzuje konverzi jiných molekul ( PrPInt = částečně destabilizovaný intermediární produkt) na stabilnější PrPsc.
3.model předpokládající přítomnost chaperonů
Malý počet molekul PrPsc a PrPc oligomerizuje za účasti hypotetického chaperonu. PrPsc složka působí jako katalyzátor nebo matrice, která vtiskuje svou konformaci do substrátu PrPc.
Role IS v šíření prionů v organismu
Po orální infekci priony se nejprve infekční agens akumuluje v FDC v Peyerových placích v GALT, „gut associated lymphoid tissue“ a v gangliích ENS. Transport infekčních prionů z apikálního na bazolaterární povrch střevního epitelu není zcela objasněn, roli prostředníka mohou hrát M buňky. V mechanismu přenosu prionů ze střevního lumen do GALT mohou podle posledních poznatků mít významnou roli migrující hematopoetické CD11c+ dendritické buňky. Jejich deplece v GALT a slezině před orální inokulací priony u myší zabránila akumulaci prionů v těchto tkáních a snížila vnímavost k infekci. Po replikaci v Peyerových placích a mesenteriálních lymfatických uzlinách priony přecházejí do lymfy a do krve a jsou transportovány do vzdálenějších lymfatických orgánů. Následuje pomnožení ve slezině, apendixu a tonsilách, které však nevede k jejich funkční poruše. Poté dochází k infekci periferních nervů a invazi prionů do CNS.
Neuroinvaze je závislá na expresi PrPc v periferních nervech, které spojují lymfatické tkáně a CNS. Rovněž struktura lymfatických tkání zásadně ovlivňuje proces neuroinvaze. Na myším modelu bylo demonstrováno, že ablace receptoru pro chemokin 5 způsobující přiblížení FDC a hlavních slezinných nervů, vede k urychlení transportu intraperitoneálně aplikovaných prionů do míchy.
Význm IS u TSE
V průběhu prionových chorob dochází v CNS k rozsáhlé aktivaci a proliferaci mikroglií a T-buněk, je zvýšena exprese prozánětlivých a efektorových cytokinů. Bylo prokázáno, že intracerebrální inokulace prionů vyvolala TSE u myší s různými imunodeficiencemi, jako je zejména deficience T-buněk, B-buněk, receptorů pro interferon, složek komplementu, TNFα, lymfotoxinů a receptorů pro chemokiny. Ve všech modelech po intracerebrální inokulaci probíhala patogeneze se stejnou kinetikou jako u imunokompetentních myší. To nasvědčuje tomu, že pokud priony proniknou do mozku, nemají již imunologické reakce na onemocnění vliv.
Úloha T- a B-lymfocytů v patogenezi TSE
T-lymfocyty se zřejmě nepodílí na patogenezi prionových chorob. Dokladem jsou výsledky studie ukazující, že thymektomie nemá vliv na inkubační dobu onemocnění vyvolaného periferní infekcí. Oproti tomu B-lymfocyty hrají klíčovou roli v periferní patogenezi prionových chorob. U myší s deficitem B-lymfocytů je signifikantně narušená akumulace prionů v lien a následná neuroinvaze. B-lymfocyty produkují TNF-α a lymphotoxin α1β2, nezbytné pro dozrávání FDC v lymfoidních orgánech. Myši s deficitem B-lymfocytů zcela postrádají zralé FDC, které jsou nezbytné pro akumulaci prionů a jejich následnou neuroinvazi.
Úloha makrofágů v patogenezi TSE
Makrofágy jsou podobně jako FDC dlouho žíjící buňky exprimující PrPc. Ve slezinných makrofázích myší infikovaných priony byla popsána intralysozomální akumulace prionů. Odstranění makrofágů před nebo krátce po periferní inokulaci priony vedlo ke zvýšenému hromadění PrPtSc ve slezině a ke zkrácení inkubační doby onemocnění.
Úloha komplementu v patogenezi TSE
Nepřítomnost C1q, C2 a C3 složek komplementu nebo receptoru CD21/CD35, jehož prostřednictvím FDC vážou opsonizované antigeny, brání hromadění prionů ve slezině a prodlužuje inkubační dobu. Priony jsou opsonizovány složkami komplementu C1q, C2 a C3. Opsonizace prionům umožňuje využít receptor pro komplement na povrchu FDC a usnadnit zakotvení a replikaci PrPSC na těchto buňkách.
Úloha komplementu v neurodegeneraci CNS
Gliové buňky a neurony mohou syntetizovat molekuly komplementu jako odpověď na infekci CNS. Aktivace komplementu představuje základní imunitní obranný mechanismus, ovšem jeho nekontrolovaná aktivace může způsobit neuropatologické změny; např. Alzheimerova choroba, Huntingtonova choroba a roztroušená skleróza jsou spojeny s chronickou aktivací a syntézou komplementu.
C1q a C3 složky komplementu byly detekovány v amyloidních placích v mozcích pacientů s variantní, sporadickou a familiární CJD a pacientů s GSS.
Membránu atakující komplex MAC byl nalezen v mozcích jedinců infikovaných TSE, přičemž přítomnost MAC korelovala se závažností neurodegenerace. U jedinců infikovaných TSE byla rovněž pozorována zvýšená exprese clusterinu. Clusterin (apolipoprotein J) je glykoprotein, který mimo jiné inhibuje komplementem zprostředkovanou cytolýzu. V průběhu TSE je clusterin asociován s deposity abnormálního prionového proteinu v CNS.
Data získaná na experimentálně infikovaných hlodavcích naznačují, že exprese clusterinu je indukována hromaděním patologického prionového proteinu.
Terapeutické strategie
1. Inhibitory replikačního cyklu PrPSc
2. Vývoj imunoséra:
protilátky proti specifické sekvenci AK PrPSc
3. Vývoj peptidů rozrušující struktury β-skládaného listu
4. Genová terapie
5. Léky inhibující konverzi
antimalarikum chinakrin, antipsychotikum chlorpromazin