Gliederung. 1. Einleitung. 2. Struktur und Biosynthese. 3. Vergleich zwischen PrP C und PrP Sc. 4. Prion - Hypothese

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1 Prion-Protein

2 Gliederung 1. Einleitung 2. Struktur und Biosynthese 3. Vergleich zwischen PrP C und PrP Sc 4. Prion - Hypothese 5. Prionkrankheiten (TSE) in Mensch und Tier

3 Einleitung Prion = PRoteinacous InfeciOus particle In Gliazellen, Neuronen und Leukozyten exprimiert 254 Aminosäuren langes Protein Zwei Isoforme PrP C und das pathogene PrP Sc (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.

4 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

5 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.

6 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

7 Konversion von PrP C zu PrP Sc 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

8 Vergleich PrP C / PrP Sc Struktur aufgrund NMR-Berechnungen PrP C : 40% α-helix, 3% β-faltblatt, der Rest unstrukturierte Regionen (enthalten Octarepeats) PrP Sc : 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 PrP C möglich bei PrP Sc sterisch gehindert 3.Exponierte hydrophobe Teile ermöglichen Aggregatbildung aus PrP Sc

9 Prion-Hypothese Der Weg zur Hypothese: Als erstes wurde TSE (spongiforme Enzephalopathie) bei Ziegen entdeckt. Es handelte sich um Scrapie, wovon auch der Name PrP Sc 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 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

10 1.Vorlagen assistierte Umwandlung : Umwandlung PrP C zu PrP Sc ist kinetisch kontrolliert Hohe Aktivierungenergie verhindert die spontane Umwandlung Kontakt von PrP C mit PrP Sc Konformationswechsel von PrP C zu PrP Sc 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 PrP C PrP Sc

11 2. Saatkorn Modell: Konversion thermodynamisch kontrolliert und reversibel PrP Sc 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 Saatkorn Modell PrP C PrP Sc Sehr langsam Schnell Schnell

12 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

13 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

14 FFI: D178N und der M/V Polymorphismus bei Aminosäure 129 muss Methionin sein. Sympthome: Schlaflosigkeit, Disfunktion und der Verlust des zirkadischen Rhythmus

15 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