Priony. co dobrego mówią nam drożdże? Takao Ishikawa Zakład Biologii Molekularnej Uniwersytet Warszawski

Transkrypt

1 Priony co dobrego mówią nam drożdże? Takao Ishikawa Zakład Biologii Molekularnej Uniwersytet Warszawski

2 Choroba Kreutzfeldta-Jakoba Pierwsze opisy pochodzą z lat 30. XX wieku Zakaźna choroba, często rodzinna Okres trwania choroby: miesiące Objawy nerwowość z anik pamięci trzęsienie się kończyn utrata mimiki Brak reakcji immunologicznej

3 Choroby powodowane prionami Cell, Vol. 93, , May 1, 1998

4 Czy istnieją bariery gatunkowe? Tak - najprawdopodobniej zależy to od podobieństwa struktury przestrzennej PrP C 5g

5 Struktura prionów PrP C PrP Sc

6 Właściwości prionów gskkrpkpgg wntggsrypg qgspggnryp pqggggwgqp hgggwgqphg ggwgqphggg wgqphgggwg qgggthsqwn kpskpktnmk hmagaaaaga vvgglggyml gsamsrpiih fgsdyedryy renmhrypnq vyyrpmdeys nqnnfvhdcv nitikqhtvt tttkgenfte tdvkmmervv eqmcitqyer esqayyqrgs PrP C PrP Sc Rozpuszczalne w środowisku wodnym Podatne na trawienie proteazami Dominująca struktura drugorzędowa Tak Tak α-heliks Nie Nie β-kartka

7 Właściwości prionów PrP C Cell, Vol. 93, , May 1, 1998 PrP Sc

8 Jak powstają formy PrP Sc PrP C PrP Sc Curr Opin Struct Biol 2000, 10:69 74

9 Budowa PrP Gen PrP składa się z jednego eksonu nie ma alternatywnego składania eksonów, które mogłoby prowadzić do powstania PrP C i PrP Sc Cell, Vol. 93, , May 1, 1998

10 Struktura PrP C ą ą ż

11 Czym są priony Funkcja nie jest znana być może jest to SOD (ang. Super Oxide Dismutase) Glikoproteina błonowa z kotwicą fosfatydyloinozytolową Formy PrP Sc tworzą neurotoksyczne złogi β - amyloidowe PrP C Curr Opin Struct Biol 2000, 10:69 74

12 Dawne hipotezy roli PrP C Receptor błonowy dla wirusów scrapie osobniki PrP -/- wykazywały odporność na chorobę czas rozwijania się choroby był skorelowany z poziomem ekspresji PrP C Czy choroby prionowe powodowane są przez wirusy?

13 Przełom w badaniu prionów Istnieją mutacje powodujące przyjmowanie konformacji PrP Sc Cell, Vol. 93, , May 1, 1998

14 fcjd, icjd i vcjd fcjd w genie PrP występują mutacje, które powodują przyjmowanie konformacji PrP Sc icjd podanie ludzkiego hormonu wzrostu z PrP Sc vcjd infekcja prionami bydlęcymi?

15 Mechanizm patogenezy PrP Trends in Neurosci. Vol.26 No.7 July 2003

16 Priony w drożdżach piekarniczych Saccharomyces cerevisiae Cytoplazmatyczne czynniki dziedziczne Nie wywołują chorób prowadzących do śmierci komórki [PSI+] Zwiększa częstość pomijania kodonów stop

17 Priony drożdżowe [PSI+] Sup35p Nie są to białka odpowiadające ssaczym PrP Zmieniają strukturę przestrzenną bez zmiany sekwencji aminokwasowej Odkładają się złogi β - amyloidowe

18 [PSI+] Fenotyp determinowany przez Sup35p Sup35p jest składnikiem kompleksu uwalniającego rybosom [psi-] [PSI+] Translacja kończy się w odpowiednim miejscu Sup35p jest rozpuszczalne i funkcjonuje poprawnie Kodony stop są często ignorowane Sup35p nie jest rozpuszczalne a jego funkcje utracone

19 Annu. Rev. Microbiol :703 41

20 Jak wykryć drożdże z prionami? [psi-] [PSI+] ADE2 ADE2 Mutacja ade 2-1 (UAA) Mutacja ade 2-1 (UAA) Zaburzona biosynteza adeniny powoduje akumulację czerwonego barwnika

21 Sup35p Phil. Trans. R. Soc. Lond. B (2001) 356, Rejon zawierający dużo aminokwasów polarnych Domena N jest konieczna do rozprzestrzeniania się cząsteczek prionowych Domena posiadająca aktywność uwalniania rybosomów

22 Konstruowanie sztucznych prionów Res. Microbiol. 152 (2001) N M GR 526 czynnik transkrypcyjny GR 526 Utrata funkcji lacz GRE Phil. Trans. R. Soc. Lond. B (2001) 356,

23 β-galaktozydaza i X-gal lacz β-galaktozydaza X-gal bezbarwny reakcja enzymatyczna Produkt rozkładu niebieski Często wykorzystuje się ten system w biologii molekularnej

24 Konstruowanie sztucznych prionów Res. Microbiol. 152 (2001) N M GR 526 czynnik transkrypcyjny GR 526 Utrata funkcji lacz GRE Phil. Trans. R. Soc. Lond. B (2001) 356,

25 Przejście z jednego stanu do drugiego Częstość wynosi od 10-5 do 10-7 Czynniki sprzyjające konwersji Dodanie lizatu komórek [PSI+] Ekspresja Sup35N (domeny prionowej) Mutacje (np. ok razy wydajniej)

26 Sens fenotypu prionowego [PSI+] Dla szczepów z wieloma mutacjami typu nonsense Domena prionowa epigenetycznie wpływa na funkcje białka, do którego przylega

27 Zalety fenotypu [PSI+] Termostabilność szczepu [PSI+] Zapewnia różnorodność fenotypu (i genotypu) Różnice między [psi-] i [PSI+] stają się wyraźne dopiero na ubogich lub toksycznych pożywkach Przebadano ponad 150 warunków

28 [PSI+] [psi-] Spontanicznie pojawiająca się kolonia [PSI+] Nature, Vol 407, 28 September 2000

29 [PSI+] i ewolucja Po osiągnięciu odpowiedniego rozmiaru populacji pojawia się [PSI+] Jeśli dobór faworyzuje fenotyp [PSI+] jest on dziedziczony bez utraty pierwotnego genotypu Po osiągnięciu odpowiedniego rozmiaru populacji pojawia się [psi-] Jeśli warunki środowiska wrócą do poprzednich, jest duża szansa na powrót do fenotypu [psi-]

30 [psi-] [PSI+] [PSI+] i ewolucja

31 [PSI+] i ewolucja [PSI+] pozwala zająć nową niszę ekologiczną bez utraty możliwość zajęcia poprzedniej Jeśli rozmiar populacji będzie rósł, zwiększa się szansa na pojawienie się mutacji, która wyeliminowałaby kodon stop Utrwalenie fenotypu [PSI+] przez zmianę również genotypu

32 Leki przeciwprionowe? Wykorzystanie mutacji ade 2-1 w poszukiwaniu leków na choroby prionowe Trends in Mol. Med. Vol.7 No.11 November 2001 Trends in Biotech. Vol.21 No.12 December 2003

33 Pachyptila turtur Fairly prion