Нормальный клеточный прион (PrPc)
Нормальная изоформа белка обозначается как $ ext{PrP}^c$ (cellular prion protein). В здоровом организме это обычный гликопротеин, который прочно заякорен в клеточной мембране.
- Структура и свойства: Молекулярная масса составляет 33–35 кДа. В своей вторичной структуре белок содержит очень мало $\beta$-складок (всего около 3%). Отличается чувствительностью к расщеплению ферментами-протеазами.
- Распространение: В наибольшем количестве белок обнаруживается в тканях центральной нервной системы. Кроме того, он присутствует в селезенке, фолликулярных дендритных клетках, лимфатических узлах, желудочно-кишечном тракте и коже.
- Биологическая роль: Белок участвует в жизненно важных процессах: регулирует передачу нервных импульсов, контролирует циркадные ритмы, участвует в метаболизме меди в тканях головного мозга и регулирует процессы деления стволовых клеток в костном мозге.
Патологический прион (PrPsc)
Инфекционная форма белка обозначается как $ ext{PrP}^{sc}$ (scrapie prion protein). Важно понимать, что это не сторонний вирус или бактерия, а изоформа собственного нормального белка, которая образовалась вследствие посттрансляционных модификаций.
Ключевые особенности патогенетической формы:
- Измененная структура: Молекулярная масса снижена до 27–30 кДа. Происходят резкие конформационные изменения — доля $\beta$-складочных структур возрастает с 3% до 40% и более.
- Экстремальная устойчивость: Мутировавший белок не разрушается под действием факторов, уничтожающих обычные микроорганизмы. Он устойчив к высоким температурам, радиационному излучению, формальдегиду, $\beta$-пропиолактону и ферментативному протеолизу (включая протеазу К).
- Агрегация и накопление: Белок приобретает гидрофобные свойства и накапливается в плазматических везикулах. Он склонен образовывать плотные амилоидные фибриллы, так называемые «бляшки».
- Иммунологическая толерантность: Поскольку патологический прион имеет эндогенное происхождение (это собственный измененный белок), иммунная система организма на него не реагирует. Инфекция протекает без признаков воспаления и классического иммунного ответа.
Механизм размножения (пролиферации)
Пролиферация прионов не связана с классическим размножением микроорганизмов. В основе патогенеза лежит нарушение кинетического равновесия, при котором нормальный белок меняет свою пространственную структуру.
Этапы молекулярной конверсии:
- Контакт: Глобулярный и гидрофобный патологический белок ($ ext{PrP}^{sc}$) вступает во взаимодействие с нормальным мембранным белком ($ ext{PrP}^c$).
- Агрегация: На поверхности клетки формируются специфические комплексы — гетеродимеры.
- Трансформация: Под влиянием патологической формы нормальный белок меняет свою третичную структуру, превращаясь в $ ext{PrP}^{sc}$. Важную роль в этом процессе агрегации и правильного (или неправильного) сворачивания полипептидной цепи играют белки-шапероны (chaperon).
- Цепная реакция: Потеряв нормальные мембранные белки, клетка начинает активно синтезировать новые молекулы $ ext{PrP}^c$. Они, в свою очередь, снова вовлекаются в патологический контакт и трансформируются.
Итогом этого каскада становится массивное накопление нерастворимых агрегатов $ ext{PrP}^{sc}$ внутри нейронов. Инфицируются соседние структуры, а нервные клетки приобретают характерный «губкообразный» вид, что неизбежно ведет к их массовой гибели.
Коротко: ответы на вопросы по теме
Какие морфологические изменения происходят в нервной ткани при накоплении патологических прионов?
При накоплении патологических прионов в нервной ткани развивается спонгиоформная (губчатая) дегенерация без признаков воспаления. Основные морфологические изменения включают:
- Спонгиоз — появление в нейропиле и нейронах множественных вакуолей, слияние которых образует микрокисты, придающие ткани характерный губкообразный вид.
- Патология нейронов — прогрессирующая вакуольная и гидропическая дистрофия, приводящая к гибели клеток и диффузной атрофии коры головного мозга.
- Глиоз — реактивная пролиферация глиальных элементов (нарастающий астроцитоз).
- Амилоидоз — образование прион-протеиновых амилоидных бляшек, содержащих патологический белок.
Какие конкретно нейродегенеративные заболевания человека вызываются прионами?
К прионным заболеваниям и связанным с прионами формам человека в источниках отнесены:
- Болезнь Крейтцфельдта—Якоба.
- Болезнь куру — инфекционная форма, связанная с ритуальным каннибализмом.
- Синдром Герстманна—Штраусслера—Шейнкера — семейное заболевание с мозжечковой атаксией.
- Фатальная семейная бессонница — наследственная болезнь с прогрессирующей инсомнией.
- Болезнь Альперса — редкая наследственная хроническая прогрессирующая энцефалопатия с поражением печени, развивающаяся преимущественно в детском и юношеском возрасте.
- Амиотрофический лейкоспонгиоз.
- Спонгиоформный миозит с прион-ассоциированными включениями — заболевание, при котором в мышечной ткани выявляются прионные белки, Ab-пептиды и аполипопротеин Е.
Какими путями происходит передача прионных инфекций человеку?
Передача прионных инфекций человеку происходит приобретенным и наследственным путями. Основные механизмы инфицирования включают:
- Алиментарный путь — употребление инфицированных продуктов животного происхождения (мяса больных животных), пищевых добавок или ритуальный каннибализм.
- Артифициальный (ятрогенный) путь — заражение при медицинских манипуляциях. Включает инструментальный путь (через недостаточно обработанные хирургические инструменты), трансплантацию (пересадка роговицы, органов), гемотрансфузию и медикаментозный путь (введение гормона роста или других препаратов животного происхождения).
- Наследственный путь — передача мутантного гена по аутосомно-доминантному типу.
Какие методы лабораторной диагностики применяются для выявления прионных инфекций?
Для выявления прионных инфекций применяется комплекс патоморфологических, иммунохимических и молекулярно-генетических методов. Основные подходы включают:
- Патогистологическое исследование — «золотой стандарт», предполагающий прижизненную или посмертную биопсию ткани ЦНС для выявления губкообразных изменений, астроцитоза и амилоида при отсутствии воспалительных инфильтратов.
- Иммунохимические методы — исследование цереброспинальной жидкости (ликвора) с помощью иммуноферментного анализа (ИФА) и иммуноблотинга с моноклональными антителами для выявления специфических белковых маркеров.
- Молекулярно-генетические методы — проведение полимеразной цепной реакции (ПЦР) для детекции прионного белка (PrP) и генетический анализ прионного гена.
PrPc (Cellular) — Целый/нормальный белок. PrPsc (Scrapie) — Смертельный/Сломанный.
Вопросы с занятий и экзамена
Почему при инфицировании прионами нет воспаления?
Патологический прион является измененной изоформой собственного белка организма, поэтому иммунная система не распознает его как чужеродный антиген.
Можно ли уничтожить прионы обычным кипячением или протеазами?
Нет. Патологическая форма экстремально устойчива к высокой температуре, протеолизу (в том числе протеазе К) и химическим дезинфектантам (формальдегид).
Какова главная причина гибели нейронов при прионных болезнях?
Накопление внутри клеток нерастворимых гидрофобных агрегатов (амилоидных фибрилл), которые нарушают работу нейрона и придают ему «губкообразный» вид.
Что ещё разобрать по теме
- Роль белков-шаперонов в конформационных изменениях
- Участие нормального приона в метаболизме меди
- Механизм формирования амилоидных фибрилл и бляшек
- Морфологическая картина гибели нейронов (губкообразный вид)
Разберите тему целиком в курсе «Микробиология»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Прионный белок» и ещё 4 383 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 141 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Медленные вирусные инфекции и прионы»
Бесплатные видеоуроки: микробиологияКороткие уроки с конспектами — без регистрации.
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.