NR AJSS
AU Prusiner,S.B.
TI Novel proteinaceous infectious particles cause scrapie
QU Science 1982 Apr 9; 216(4542): 136-44
PT journal article
AB After infection and a prolonged incubation period, the scrapie agent causes a degenerative disease of the central nervous system in sheep and goats. Six lines of evidence including sensitivity to proteases demonstrate that this agent contains a protein that is required for infectivity. Although the scrapie agent is irreversibly inactivated by alkali, five procedures with more specificity for modifying nucleic acids failed to cause inactivation. The agent shows heterogeneity with respect to size, apparently a result of its hydrophobicity; the smallest form may have a molecular weight of 50,000 or less. Because the novel properties of the scrapie agent distinguish it from viruses, plasmids, and viroids, a new term "prion" is proposed to denote a small proteinaceous infectious particle which is resistant to inactivation by most procedures that modify nucleic acids. Knowledge of the scrapie agent structure may have significance for understanding the causes of several degenerative diseases.
IN
In seinem Review schreibt Prusiner, es gebe keine Berichte über tatsächlich beobachteten Kanibalismus im Gebiet der Fore. Dies ist erstaunlich, da Gajdusek mit seinen detallierten Berichten genau diesen Eindruck erweckt [AEID].
Bei den von der Prusiner-Gruppe gehaltenen Hamstern und dem dort verwendeten Scrapie-Stamm beträgt die LD50 für die Infektion bei intrazerebraler Inokulation nur 1 Milliardstel der LD50 bei oraler Inokulation. Prusiner schreibt allerdings ID50 anstatt LD50 und offenbart damit die naive Vorstellung, jede Scrapie-Infektion verlaufe tödlich und sei daher erkennbar. Außerdem übersetzt er ID50 falsch als "median infectious dose", also mittlere infektiöse Dosis.
Dem Autor war 1982 keine antigene Wirkung des Scrapie-Erregers bekannt. Da man diesen auch nicht in Zellkulturen vermehren oder nachweisen kann, war für ihn die Entwicklung eines Nachweissystems mit sehr kurzen Inkubationszeiten bei Hamstern sehr wichtig.
Prusiner wiederholt seine Feststellung, dass bei intrazerebraler Inokulation von Hamstern die Inkubationszeit umgekehrt proportional zur eingesetzten Dosis ist. Genauer gesagt ist der Logarithmus der in Tagen gemessenen mittleren Inkubationszeit minus 40 eine lineare Funktion vom Logarithmus der eingesetzten Dosis. Diese sehr genaue und schnelle Methode zur Ermittlung der Infektiosität einer Präparation nutzte Prusiner, um eine Methode zur Anreicherung der Infektiosität aus Hamsterhirnen zu entwickeln und damit deren Eigenschaften untersuchen zu können. Deoxycholsäure-Extrakte von Hamsterhirnhomogenaten wurden bei 4° zunächst mit Microkokkennuklease und anschließend mit Proteinase K verdaut. Aus den Verdauungstrümmern wurde die verbliebene Infektiosität durch Cholsäure-Sarkosyl-Extraktion, eine Ammoniumsulfat-Fällung und anschließend noch durch eine Sarkosyl-Agarosegelelektrophorese bei 4° angereichert. Nach der Eluation aus dem Gel war das Verhältnis von Infektiosität zu Protein 100-1000-fach größer als zu Beginn der Reinigung. Bei einer Infektiosität von 10^6,5-10^8,5 lD50 fand man in einem Milliliter noch 20-50 µg Protein, <1 µg DNA und weniger als 10 µg RNA.
Einen Tag nach einer intrazerebralen Inokulation mit 10^7 LD50 findet man in einem Hamsterhirn nur noch 10^2 LD50. Während der folgenden 50 Tage steigt der Titer gleichmäßig über das ganze Gehirn verteilt bis auf 10^9 LD50 an, ohne das klinisch oder neuropathologisch irgendwelche Störungen oder Schäden erkennbar wären. Während der folgenden 10-15 Tage entwickeln sich die typischen Bewegungsstörungen und man findet 60-70 Tage nach der Inokulation überall im Gehirn vakuolisierte Neuronen und eine Astrogliose, obwohl der Titer nicht weiter ansteigt.
Als Urheber der Hypothese replizierender Proteine nennt Prusiner korrekt Pattison [AJHH] und Griffith [AEWT], vergißt dabei allerdings Alper et al. [AAFU] und [AAFT]. Außer der Kreation eines neuen Namens bestand seine eigene Leistung offenbar in der Auswahl der richtigen unter einer großen Zahl alternativer Hypothesen, die er aufzählt. Wichtig, weil ohne Beteiligung von Nukleinsäuren, waren darunter aber nur die 1967 von Gibbons und Hunter publizierte Idee sterisch veränderter Membrankomponenten unter Beteiligung von Zuckerstrukturen [AENG] und eventuell eine E.J.Field zugeschriebene Hypothese mit replizierenden Polysacchariden [AEAF]. Prusiner wählte aber auch nicht einfach zufällig, sondern aufgrund intensiver Erfahrung mit der Anreicherung der Infektiosität aus. Insbesondere gelang es seiner Arbeitsgruppe, Scrapie-Infektiosität frei von Membranen anzureichern, obwohl ein Teil der Infektiosität an Lipide gebunden zu sein schien.
Prusiner beschreibt eine Reihe vergeblicher Versuche, die Scrapie-Infektivität anzureichern. Dabei fielen eine erstaunliche Heterogenität hinsichtlich verschiedener Eigenschaften wie elektrischer Ladung, Partikelgröße und Dichte, sowie die störende Eigenschaft auf, bei Wärme mit Bestandteilen der Zellen zu aggregieren. Diese Heterogenität sowie die Erfahrung aus den Isolierungsversuchen ließen Prusiner vermuten, dass es auf der Oberfläche des infektiösen Agens hydrophobe Bereiche geben könnte. Offenbar dachte er dabei an die Möglichkeit der Aggregation durch hydrophobe Wechselwirkungen bzw. Wasserausschluß.
Der Autor zählt eine große Anzahl von Experimenten auf, die eine außerordentliche Unempfindlichkeit des Scrapie-Agens gegenüber Nukleinsäure schädigenden Prozeduren ergaben. Dagegen kann die Infektiosität mit Methoden reduziert werden, die Proteine angreifen:
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Behandlung wirkungslos inaktivierend
Proteasen Proteinase K, Trypsin
chemische Angriffe Diethylpyrocarbonat,
Butanedion,
Phenylmethylsulfonylfluorid,
Detergentien Triton X-100 Natrium-Dodecylsulfat (SDS)
Nonidet P-40 Lithium-Dodecylsulfat (LDS)
Octylglucosid
Sulfobetain 3-14
1-Dodecyl-
Propandiol-3-
phosphorylcholin,
Cholsäure,
Sarkosyl
Ionen Na+, K+, Cl-, Guanidiniumionen,
SO4-2, EDTA-4, Thiocyanationen,
PO4-3 Trichloressigsäure
Denaturantien Harnstoff
organische Methanol, Phenol
Lösungsmittel Ethanol
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Wegen der neuartigen Eigenschaften des Scrapie-Agens, nennt der Autor es Prion für "small proteinaceous infectious particle". Vermutlich erstmals fällt auch der Begriff Prionprotein. Die Aufzählung verschiedener Möglichkeiten zur Erklärung einer Krankheitsübertragung ohne Nukleinsäuren erweist sich im Nachhinein als unvollständig und fehlerhaft. Zu diesem Zeitpunkt war der Autor noch weit davon entfernt, den Übertragungsmechanismus zu verstehen.
MH Animal; Nucleic Acids/analysis; Prions/*analysis/growth & development; Scrapie/*etiology; Sheep; Support, Non-U.S. Gov't; Support, U.S. Gov't, Non-P.H.S.; Support, U.S. Gov't, P.H.S.; Terminology; Viral Proteins/*analysis
AD Stanley B. Prusiner, Department of Neurology and Biochemistry and Biophysics, University of California, San Francisco 94143, California
SP englisch
PO USA
OR Prion-Krankheiten 6
ZF kritische Zusammenfassung von Roland Heynkes