Nemoci způsobené patologickou konformací proteinů

1. Nemoci způsobené patologickou konformací proteinů Jan ILLNER Alice Skoumalová

3. Teoretický model zavinování (hierarchický): • tvorba lokálních sekundárních struktur • tvorba terciálních struktur (subdomény, domény) • stabilní konformace • Termodynamický model: • Protein se zavinuje tak, aby byla co nejmenší jeho volná energie: • nativní stav • Existuje však několik alternativních • konformací: • různé funkce proteinu • patologický protein

4. Abnormální terciální struktura specifického proteinu způsobí patologickou konformaci α-helix β-skládaný list konformační změna Normální protein (nativní struktura) Protein způsobující onemocnění (patologická konformace) Agregace Toxická aktivita Neurodegenerativní choroby Ztráta funkce

5. Protein s patologickou konformací Mutace (familiární) Chyba v procesu skládání (sporadické) Rozpoznání Degradace(systém kontroly kvality proteinů) 1. Chaperony 2. Systém ubikvitinproteasom

6. Molekulární chaperony Hsp 70 - nově syntetizované proteiny: (heatshock protein) Chaperoniny - špatně zavinuté proteiny: Hsp 60

7. DNA Ubikvitin Ribosom RNA ATP Chaperony Nativní protein Protein s patologickou konformací Agregát/fibrilární amyloid Chaperony Proteasom Ukládání (Amyloidózy) Degradovaný protein Toxická bílkovina (Alzheimerova choroba) Ztráta funkce (Cystická fibróza)

8. Důsledky patologické konformace proteinů: Vznik toxické bílkoviny neurodegenerativní onemocnění - chronické, progresivní onemocnění ztráta neuronů kumulace patologických proteinů • vznik agregátů (Alzheimerova, Parkinsonova, Hungtingtonova choroba) Ztráta funkce cystická fibróza - mutace genu pro chloridový kanál Ukládání amyloidózy - fibrily nejsou toxické, ale nerozpustné ukládání způsobuje poškození tkání

9. Struktura amyloidních fibril • rovné, nerozvětvené, velikost 8-16 nm • složeny ze 2 až 6 protofilament (3-4 nm) • bohaté na β-struktury (řetězec β-skládaného listu je kolmý na osu fibrilu, vzájemně jsou spojeny vodíkovými můstky)

10. Molekulární faktory tvorby amyloidu • patologická konformace proteinu je klíčová pro tvorbu amyloidu • stabilita proteinu (stálost nativní konformace proti abnormální) je důležitý faktor pro náchylnost k tvorbě amyloidu Destabilizační faktory: 1.Extrémní podmínky prostředí (např. kyselé buněčné kompartmenty) 2. Proteolytické štěpení proteinů (endogenní proteázy) 3. Mutace, které pozmění primární strukturu (mnoho amyloidóz má familiární formu způsobenou mutací proteinovém prekursoru amyloidu) 4. Kontakt s lipidovou dvojvrstvou membrán (Aβ)

11. Tvorba amyloidu

12. Kontrola kvality proteinů

13. Alzheimerova choroba

14. Charakterizace: • progresivní neurodegenerativní onemocnění • nejčastější forma demence spojená se stářím • celkový pokles kognitivních funkcí • afektivní poruchy a poruchy chování • Diagnóza: • histologické vyšetření mozkové tkáně (senilní plaky, neurofibrilárnítangly) • klinická kritéria: neuropsychologické vyšetření • zobrazovací metody • laboratorní testy • problematická diagnostika: symptomy společné pro další demence nebo se • překrývají s projevy stárnutí • Léčba: nemoc nelze zastavit, pouze zpomalit včasná diagnostika • Příčina:nejasná; ukládání β-amyloidního peptidu, oxidační stres ??? • Cíle výzkumu: vyvinout laboratorní testy (např. z krve nebo mozkomíšního moku), které by umožnily lepší diagnostiku

15. Typy a prevalence ACH v populaci sporadická familiární • většina • pozdější nástup • neznámé příčiny • méně než 2 % • nástup před 65. rokem

16. Patologické znaky ACH • Amyloidní (senilní) plaky • fibrily β-amyloidního proteinu (Aβ) • abnormální zpracování APP (amyloidový prekurzorovýprotein) • Neurofibrilárnítangly (klubka) • helikálnífilamenta tvořená z hyperfosforylovanéhotau proteinu

17. Úloha amyloidu βv patogenezi ACH Snaha při výzkumu: snížit hromadění Aβ42 inhibicí β- neboγ-sekretáz, podporou α-sekretázy nebo zvýšení odstraňování Aβ42 pomocí specifických protilátek

18. Jednotlivá stádia ACH • Preklinická fáze: pouze mírné často přehlédnutelné příznaky • zapomínání nedávných událostí, časová a prostorová dezorientace, ztráta iniciativy • Časná (prodromální) fáze: výraznější příznaky, nemocný nedokáže vykonávat řadu běžných každodenních aktivit • výrazné výpadky paměti, snížená schopnost postarat se sám o sebe bez pomoci, zhoršení řeči, nemocný se ztratí na známých místech • Stádium demence: úplná závislost, kognitivní poruchy ústí v rozklad celé osobnosti • obtíže při příjmu potravy, neschopnost poznat členy vlastní rodiny, obtížná chůze, neudržení moči a/nebo stolice

19. Úloha oxidačního stresu v patogenezi ACH patologické změny v mozku oxidační stres

20. Priony a prionová onemocnění

21. Definice prionů • Priony jsou proteinové přenosné patogeny způsobující některé fatálníneurodegenerativníchoroby • Creutzfeld-Jakobova nemoc • kuru • bovinní spongioformníencefalopatie • Prion je zkratka pro proteinaceousinfectiousparticle(analogie virion) • Jde o infekční agens, které nenese genetickou informaci uloženou v nukleové kyselině! • Prionyjsou proteiny s patologickou konformací, které jsou schopny dále propagovat konformační změny nativních proteinů na abnormální struktury

22. PrPC Název PrPC(cellular) Normální protein Transmembránový glykoprotein (neurony, lymfocyty); funkce není známá; váže Cu2+ Dominantní struktura α-helix Dobře rozpustný ve vodě Monomerní, snadno štěpen proteázami Kódován genem zvaným PRNP na chromosomu 20 PrPSc Název PrPSc (scrapie) Abnormální protein způsobující nemoc Stejná sekvence aminokyselin (primární struktura) Dominantní struktura β-skládaný list Nerozpustný ve vodě Multimerní, rezistentní k působení proteáz Když je v kontaktu s normálním proteinem PrPC, konvertuje ho na abnormální PrPSc Tvoří agregáty (způsobují onemocnění a/nebo vznikají jako vedlejší efekt)

23. Molekulární model struktury: PrPCPrPSc Převažuje α-helix (3x) β-skládaný list (40%), α-helix (30%)

24. Prionovéagregáty

25. Prionové choroby: vzácná neurodegenerativní onemocnění sporadické familiární přenosné • u starších lidí • rychlá progrese • CJD • vrozené • mutace PrPC genu na patologický PrPSc • velmi vzácné • mediálně známé • BSE, kuru • Creutzfeldt-Jakobova choroba • nejčastější prionové onemocnění • smrt přichází do 1 roku • neléčitelná choroba • Kuru („roztřesený zimou a horečkou“) • prionové onemocnění mezi domorodci na Nové Guinei • kanibalismus: pojídání mozků mrtvých

26. Přenos prionů Přímý kontakt s infikovanou tkání Konsumpce infekčního masa • kanibalismus, nemoc kuru • požití masa z krav s BSE, vCJD • z instrumentů mozkové chirurgie • rohovkové transplantáty • elektrodové implantáty Mechanismus přenosu prionů z trávicího traktu do mozku není znám! Hypotéza: Proteiny nejsou tráveny (rezistence k proteázám), ale jsou transportovány přes lymfatickou tkáň střeva (gut-associatedlymphoidtissue)