NR AJRI
AU Prusiner,S.B.
TI Chemistry and biology of prions
QU Biochemistry 1992 Dec 15; 31(49): 12277-88
PT journal article; review; review, academic
ZR 169
IN Zusammenfassung von Sabine Flett aus Alsdorf: In der Einleitung werden die von Prusiner begrifflich eingeführten Prion Proteine (PrP) der Gruppe der infektiösen Krankheitserreger zugeordent, die neurodegenerative Krankheiten verursachen. Entdeckt wurden die Prione durch Clonen von PrP. Die Krankheitsursache wird in einer anormalen Isoform der zellulären PrP (PrPsc) gesehen. Prionerkrankungen gelten als vererblich und übertragbar. REINIGUNG/ISOLIERUNG VON SCRAPIEINFEKTIONEN: Erst nach der Entwicklung von Methoden zur Verkürzung der Inkubationszeit wurden präzise Untersuchungen möglich. Auf der Suche nach scrapiespezifischen Nucleinsäuren stellte sich heraus, dass eine Infektion von Polynukleotiden unabhängig ist und daß der Erreger gegen UV-Strahlen um 254 nm resistent ist. ENTWICKLUNG DES PRIONKONZEPTS: Wahrscheinlich ist Scrapie weder ein Virus noch viroid. Die Molekularstruktur des PrP ist bisher einzigartig. Seine Molekularmasse wurde experimentell auf 27-30kDa festgelegt. Bei diesen Untersuchungen wurde die Proteinabhängigkeit des Erregers festgestellt und seine relative Resistenz gegenüber Degradierung durch Proteasen. ERFORSCHUNG DER PRION-PROTEINE: Die Molekularmasse von PrPsc wurde auf 33-35 kDa festgelegt, und man entdeckte, dass im infizierten wie im nicht-infizierten Hamstergehirn ähnliche Mengen von PrPmRNA und einem proteaseempfindlichen Protein (PrPc) vorhanden sind. Ein PrP-ähnliches Molekül wurde bei Hühnern gefunden. Dort dient es als acetycholiner Rezeptor und induziert Aktivität. Die PrPc-Konzentration im Hirn scheint bei Jungtieren unerheblich zu sein. Alle versuche wurden als Beweis dafür gesehen, dass Scrapie und alle anderen Prionerkrankungen nicht auf PrPsc-Hemmung beruhen, sondern eine Anhäufung von PrSC entsteht bei bisher unbekannten Zellularprozessen. Ursache für Anormalien könnte die Abwesenheit von PrPc sein. PRP-GENE:STRUKTUR UND ORGANISATION: Weil der "open reading frame" (ORF) aller Säuger- und Vogel-PrP-Gene ein einzelnes Exon beinhaltet, ist ausgeschlossen, dass PrPsc aus alternativen RNA-Verbindungen besteht. Unbenannte G-C Sequenzen sind vielleicht Motive, die die grundsätzliche Bindung für den Transkriptionsfaktor darstellt. Kreuzungsstudien ergaben in diesem Zusammenhang, dass pro LD50 Einheit weniger als 0,002 PrP-Gensequenzen bestehen. Das Gen, das PrPsc einschließt, ist jedoch nicht infizierend, was es von Retroviren und Satellitenviren unterscheidet. AUSDRUCK DER PRP-GENE: Während der Entwicklung ist PrPmRNA im Gehirn reguliert. In der Scheidewand steigen die Konzentrationen von PrPmRNA und cholinen Acetyltransferasen fast gleich. Beim Erwachsenen ist die Konzentration von PrPmRNA in den Neuronen am höchsten. Ein Transport der Prione erfolgt entlang der Axone. Der Stand der PrPsc-Konzentration ist von der PrPc-Konzentration unabhängig. SYNTHESE DER PRP-ISOFORM: PrPc ist ein schnell synthetisier- und analysierbarer Stoff im Gegensatz zum PrPsc. Beide Prionformen wandern zur Modifizierung ihrer Oligosaccharide in den Golgi-Apparat. Die Zuckerketten sind allerdings zur PrPsc-Synthese nicht erforderlich in scrapieinfizierten Zellkulturen. Das PrPc wandert zur Zelloberfläche und das PrPsc sammelt sich im Cytoplasma. Bei zellfreien Studien wurden zwei PrP-Formen unterschieden: 1. transmembrane Form: ein Stop-Transfer_Effektor kontrolliert die Topogenese. 2. membranabhängige Form: fördert in infizierten Zellen scheinbar die PrPsc-Synthese. GENETISCHE VERBINDUNG ZWISCHEN PrP UND DER SCRAPIE-INKUBATIONSZEIT: Bei Studien mit PrP-Genen (Prn-p) unterschiedlicher Inkubationszeit erforschte man das für die Inkubationszeit verantwortliche Fragment (Prn-i). Das "Inkubationszeitgen" (Sinc) ist kongruent zu PrP und Prn-i. Kreuzt man Prn-pa und Prn-pb ergibt sich eine Verkürzung der Inkubationszeit. ES stellt sich nun die Frage, ob diese Verkürzung auf eine höhere Konzentration von PrPc-B zurückzuführen ist. PRIONERKRANKUNGEN BEI TIEREN: Laut Parry sind bei Schafen die Wirtsgene für Scrapieerkrankungen verantwortlich. Die Empfänglichkeit für Scrapie wird von einem Rezessivgen gesteuert. PRIONERKRANKUNGEN BEIM MENSCHEN: Die beim Menschen auftretenden Krankheiten CJD und GSS sind vererbbar und können durch Genmutation im Erben zum Ausbruch kommen. Das Krankheitsbild wird dadurch bestimmt, an welchem Codon die Mutation stattfindet. Bei der Prionreplikation stehen anscheinend PrPc/PrPsc-Komplexe im Vordegrund. VERSUCHE DIE DE NOVO SYNTHESE DER PRIONE SICHTBAR ZU MACHEN: Es besteht Grund zur Annahme, dass Prione keine fremden Nukleinsäuren enthalten. Es erkrankt zwar nur einer von 1 Mio. Menschen und stirbt an dieser Krankheit aber 100% aller Menschen mit PrP-Mutationen leiden unter neurologischen Fehlfunktionen. Sporadische CJD entsteht aus spontaner Konversation zwischen PrPc und PrPcJD. SPECIESBARRIEREN BEI DER ÜBERTRAGUNG VON PRIONERKRANKUNGEN: Die de novo-Synthese der Prione ist artspezifisch und reflektiert den Ursprung des Erregers. Prione synthetisieren die Sequenz der PrP-Wirtsgene und nicht die der PrPsc-Moleküle, was eine Verkürzung der Inkubationszeit unwahrscheinlich macht. PRIONREPLIKATION: Man nimmt an, dass ein Polynukleotid für die Prionreplikation sorgt. Die Verbreitung von Prionerkankungen verlaufen rasch, da ihre Multiplikation exponential verläuft. Peptide, die in die Spiralstruktur der PrP eingebunden sind, haben eine Sekundärstruktur. Diese Struktur wird beim PrP 27-33 durch eine Scrapie-Infektion denaturiert. Verschiedene Studien führen zu der Annahme, dass die Prionkristallisation von der Amyloid-Anordnung beeinflußt wird. Dagegen spricht allerdings, dass bei verschiedenen Prionerkrankungen kein Amyloid-Belag gefunden wurde. PRIONUNTERSCHIEDE: Der Mechanismus, durch den isolationsspezifische Informationen von Prionen getragen werden, ist noch weitgehend unbekannt. Sicher scheint allerdings, dass Scrapie von virusähnlichen Partikeln verursacht wird, die spezielle Nukleinsäuren enthalten. ÜBERBLICK ÜBER STRUKTUR UND REPLIKATION: Es ist noch nicht gesichert, dass PrP ein Polynukleotid enthält und daß eine scrapiespezifische Säure die Verbindung vonPrPc und PrPsc stimuliert. Weitere Annahmen sind dahingehend, dass ein Fragment der Prione, das keine Nucleinsäure ist, ein Polypeptid, Polysaccharid, Glycerid oder Phospholipid ist. ZUSAMMENFASSUNG/PERSPEKTIVEN: Verschiedene Faktoren unterscheiden Prione von Viren: 1.Prione können vielfache Molekularstruktur annehmen, 2.-Prione sind nicht immunogetisch, 3.es gibt keine Hinweise auf Nukleinsäure, 3.es ist nur eine Proteinkomponente bekannt. Erwiesen ist allerdings, dass die Reaktion von PrPc und PrPsc ein posttranslationaler Prozess ist.
MH Animal; Carbohydrate Sequence; Human; Molecular Sequence Data; Prion Diseases/epidemiology/transmission/veterinary; Prions/*chemistry/genetics/metabolism; Support, Non-U.S. Gov't; Support, U.S. Gov't, P.H.S.
AD Department of Neurology, University of California, San Francisco 94143.
SP englisch
PO USA
OR Prion-Krankheiten 6