UCSF-Wissenschaftler berichten von erster direkter Demonstration, dass allein eine deformierte Prionenproteinform Infektionen und Krankheiten verursacht

UCSF-Wissenschaftler berichten von erster direkter Demonstration, dass allein eine deformierte Prionenproteinform Infektionen und Krankheiten verursacht
UCSF-Wissenschaftler berichten von erster direkter Demonstration, dass allein eine deformierte Prionenproteinform Infektionen und Krankheiten verursacht
Anonim

Wissenschaftler haben zum ersten Mal gezeigt, dass reine Prionproteine ​​dazu führen können, dass normale Proteine ​​ihre Form ändern und infektiös werden. Die Argumente für diese neuartige Infektionsform wurden in den letzten 20 Jahren nachgewiesen, aber Forscher konnten eine Infektion durch reine Prionenproteine ​​nicht direkt nachweisen. Die Entdeckung von Wissenschaftlern der University of California in San Francisco verwendet ein neues System, um Prionen in Hefe einzuführen, und schließt die Möglichkeit aus, dass Nicht-Prion-Proteine, Zucker und andere Moleküle zum Infektionsprozess beitragen.

In der Ausgabe der Zeitschrift Science vom 28. Juli wird über den Nachweis reiner Prion-Infektionsaktivität berichtet.

Prionen sind in der Lage, sich zu replizieren, zu aggregieren und tödliche Infektionen bei Menschen und Rindern zu verursachen, ohne Gene und DNA einzusetzen, die ersten bekannten Infektionserreger. Sie werden auch mit neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer in Verbindung gebracht. Stanley B. Prusiner, MD, UCSF-Professor für Neurologie, Biochemie und Biophysik, erhielt 1997 den Nobelpreis für Physiologie und Medizin für die Entdeckung dieser völlig neuen Kategorie von Krankheitserregern und die Aufklärung ihrer Wirkungsweise.

Die Fähigkeit von Prionen, Kopien von sich selbst zu erstellen, indem sie andere Proteine ​​dazu bringen, die deformierte Prionenform anzunehmen, ist nicht nur eine neuartige Infektionsform, sondern stellt zumindest bei Hefen eine neue Art der Vererbung dar, sagt Jonathan Weissman, PhD, UCSF außerordentlicher Professor für zelluläre und molekulare Pharmakologie und leitender Autor des Science-Papiers.

In den letzten Jahren haben Weissman und seine Kollegen sich ein leistungsstarkes genetisches System in Hefe zunutze gemacht, um schnell die Fähigkeit eines Proteins zu testen, seine Form in ein Prion zu verwandeln und diese Form zu vermehren. Das System kann auch auf verwandte Proteinveränderungen testen, die an Alzheimer, Parkinson und anderen menschlichen Krankheiten beteiligt sind, die durch missgebildete aggregierende Proteine ​​verursacht werden. In Studien mit Nagetieren und anderen Säugetieren haben Wissenschaftler immer wieder gezeigt, dass auf das Einbringen von Prionen in Tiere oder Zellkulturen eine Infektion folgt. Aber niemand hatte reine Prionen in diese Experimente eingeführt. Stattdessen stammten die Prionen von zuvor infizierten Tieren und trugen andere Moleküle mit sich, von denen nicht vollständig ausgeschlossen werden konnte, dass sie die Infektion verursachten, sagt Weissman.

"Obwohl die Beweise dafür, dass Prionen dazu führen, dass Proteine ​​ihre Form verändern und infektiös werden, ziemlich stark sind, bestand immer die Möglichkeit, dass andere Moleküle, die gleichzeitig eingeführt wurden – Zucker, andere Proteine, Lipide – zur Infektion beigetragen haben, " er erklärt.

Bei der Arbeit mit Hefe standen die Forscher jedoch vor dem gegenteiligen Problem: Sie konnten leicht reine infektiöse Prionen erzeugen, aber es gab keinen klaren Weg, sie in die dickwandige Hefe einzuschleusen.

Sie passten ein Abgabesystem an, das von Francis Szoka, Jr., PhD, UCSF-Professor für biopharmazeutische Chemie, für Studien an Säugetierzellen entwickelt worden war.

Der neue Ansatz ahmt weitgehend die Strategie nach, die Viren anwenden, um ihre DNA in Wirte einzuführen. Während Viren eine zweischichtige Konformation verwenden, die als Lipiddoppelschicht bekannt ist, um infektiöse DNA auf ihrer Reise zu ihrem Ziel einzukapseln, verwendeten die UCSF-Forscher synthetische Kügelchen, sogenannte Liposomen, um die Prionen für den Transport in die Hefe einzuschließen. Und während Viren Co-Proteine ​​und Rezeptoren verwenden, um ihre Proteinpakete in die richtigen Wirtszellen zu leiten, verwendet die Liposomenstrategie ein kleines Molekül namens Biotin, um die Liposomen und ihre Prionfracht an die Hefe zu binden.

Schließlich setzte die UCSF-Strategie anstelle der viralen Verwendung sogenannter Fusionsproteine, um die Zellmembran des Wirts zu durchdringen, ein Alkoholmolekül ein, um die defensive Hefezellwand zu durchbrechen.

"Ein Molekül bringt Sie hinein, und ein anderes bricht es ab", charakterisiert Weissman den Ansatz seines Teams.

Mit dem künstlichen Abgabesystem konnten die Forscher zeigen, dass sich reine Prionen unbegrenzt vermehren können, sobald sie die Hefezellen infiziert haben. Das Team verwendete fluoreszierende Proteine, um Veränderungen in der Form der infizierten Hefeproteine ​​zu verfolgen, was zeigte, dass die reinen Prionen das Hefeprotein tatsächlich dazu veranlassten, sich zu aggregieren und die Prionenform anzunehmen.

Die Forschung zeigte auch, dass Prionen einer Hefeart andere Arten nicht infizieren können. Zumindest bei Hefen verhindert die Speziesbarriere eine Infektion zwischen den Spezies. Es wurde angenommen, dass die Barriere die Übertragung von Scrapie und Rinderwahn vom Vieh auf den Menschen verhindert, aber einige neuere Studien haben alarmierende Beweise dafür gefunden, dass Prionen von Rindern in einigen Fällen andere Arten, einschließlich Menschen, infizieren können.

Erstautor der Arbeit ist Helmut E.Sparrer, PhD, Postdoktorand in Weissmans Labor. Der Lipsome-Stratege Frank Szoka ist ebenfalls Co-Autor, ebenso wie Alex Santoso, PhD, Postdoktorand im Weissman-Labor. Die Forschung wurde durch Stipendien der National Institutes of He alth, des Searle Scholars-Programms, der David and Lucile Packard Foundation und der European Molecular Biology Organization unterstützt.

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