Semmelweis Egyetem, Orvosi Mikrobiológiai Intézet, Budapest A prion betegségek elméleti alapja Dr. Füzi Miklós egyetemi docens Semmelweis Egyetem, Orvosi Mikrobiológiai Intézet, Budapest

A prion betegségek elméleti alapja Füzi Miklós Semmelweis Egyetem Orvosi Mikrobiológiai Intézet

A prion betegségek főbb jellemzői A központi idegrendszer degeneratív megbetegedései. Jellemző: a neuronok pusztulása és az astrocyták reaktív felszaporodása. Az agyállomány szivacsossá (spongiformmá) válik Fertőző betegségek Az inkubáció rendkívül hosszú A betegség progressziója nem állítható meg Halálos kimenetel

Emberi prion betegségek Betegségek Terjedés Creutzfeldt-Jakob ismeretlen (sporadikus) genetikus nosocomiális élelmiszerrel variáns CJD szarvasmarha egyéb állat?

Emberi prion betegségek Betegség Terjedés Gerstmann-Straussler-Scheinker genetikus ismeretlen Fatális familiáris insomnia genetikus Kuru kannibalizmus

Creutzfeldt-Jakob betegség szövettani képe

vCJD szövettani képe – „florid” plakk

Állatok között előforduló prion betegségek Betegség Terjedés Scrapie /juh/ kontakt élelmiszer (placenta) Bovin spongiform encephalopathia /BSE/ élelmiszer Nyércek spongiform encephalopathiája élelmiszer Macskák spongiform Kronikus senyvesztő betegség kontakt /szarvas fajok/

A prion betegségek kórokozójának rendhagyó tulajdonságai Rendkívüli hő rezisztencia Rendkívüli sav rezisztencia Rezisztencia számos fertőtlenítő szerrel szemben Érzékenység alkalikus pH-ra

A kórokozó tartalmaz fehérjét, de nem tartalmaz nukleinsavat Érzékeny fehérjét károsító fiziko-kémiai behatásokra Ellenálló nukleinsavat károsító fiziko-kémiai behatásokra Sugárrezisztencia a fehérjékére emlékeztet Mérete egy maximum 50.000 Da molek. súlyú fehérjének felel meg

Prion: „proteinaceous infectious particle” Stanley Prusiner 1982; Nobel díj: 1997 A kórokozó kizárólag fehérjéből áll A kórokozó a prion proteinnel azonos Normál formája: PrPC az agyban és nyirokszervekben expresszálódik Fiziológiás funkció: szerepet játszik a hosszú távú memoria kialakulásában Kóros forma: PrPSc Másodlagos szerkezetében a β-lemez aránya nagyobb; aminosav szekvenciája változatlan; aggregációra hajlamos Detergensekkel, proteináz K-val szemben ellenállóbb

A prion betegség kialakulásának pathomechanizmusa A kóros konformációjú prion protein (PrPSc) kivűlről jut be a szervezetbe, hozzákötődik a normál szerkezetű fiziológiás PrP-hez (PrPC-hez) és a sajátjává alakítja annak konformációját. A PrP génben előforduló mutációk destabilizálják a molekula másodlagos szerkezetét és spontán kóros konformáció változást hoznak létre. Mindkét esetben tovább folytatódik a PrPSc hatására a PrPC molekulák autokatalitikus konverziója.

A normál PrP (PrPC) kórossá (PrPSc) alakulása

PrPSc a prion betegségek kórokozója A lerakódott PrPSc mennyisége általában arányos a szövetek infektivitásával A PrP toxikus a neuronokra A PrP génnel nem rendelkező transzgenikus egerek nem fertőzhetők meg prion betegséggel In vitro szintetizált PrP fragmentum képes prion betegség létrehozására fogékony transzgenikus egérben (Stanley Prusiner, 2004)

A metionin oxidáció elősegíti a PrP konformáció váltását /Gabizon: Prion2009, Thessaloniki, Greece/ Oxidatív gyökök hatására gyakran bekövetkezik a fehérjékben található metioninek oxidálódása/szulfoxidálódása Az oxidálódás elősegíti a PrPSc konformáció kialakulását Idősebb korban a reparatív enzimek hatásfoka csökken → az oxidálódott metioninek megmaradnak; nagyobb a PrPSc kialakulásának valószínűsége Megelőzés: antioxidánsok szedése

A prion törzsekkel rendelkezik A prion törzsek tulajdonságai: - jellegzetes egymástól eltérő pathológiai kép - jellegzetes egymástól eltérő Western blot kép - jellegzetes egymástól eltérő inkubációs idő A törzsek megőrzik tulajdonságaikat azonos fajban történt sokszori átoltás után is A PrP molekula harmadlagos szerkezetében előforduló különbségek felelősek a törzsek létezéséért /Stanley Prusiner/

A prion törzsek keletkezése A prion törzsek különböző harmadlagos konformációval rendelkeznek (lila, vörös színnel jelölve) és ezt a jellemző szerkezetet „kényszerítik rá” a normál prion protein molekulákra (sárga) Source: Stanley Prusiner

Prion törzsek összehasonlítása: Western blot assay Scrapie sources include SBP1 and CH1641 experimental scrapie isolates and Chandler, 87V, 79A, and C506M3 scrapie strains in TgOvPrP4 mice (second passage). BSE is derived from C57Bl/6 mice infected with classical BSE (Mu BSE) (second passage in TgOvPrP4 mice). PrPres was analysed before (A, B) or after (C) PNGase deglycosylation and detected using Bar233 (A) or SAF84 (B, C). Thierry Baron et.al: PLoS Pathogen 2008

Prion törzsek növekedése különböző szövet kultúrákban /Karapetyan et al.: PLoS ONE, 2009, 4, e5730/

Prion törzsek által okozott eltérő szövettani elváltozások az agy különböző régióiban Striatum Agytörzs Cortex Cerebel. Hippoc. Karapetyan et al.: PLoS ONE, 2009, 4, e5730

A prion preparátum többféle prion törzshöz tartozó molekulákból áll Bármely agyszövetből kivont prion preparátum többféle harmadlagos szerkezetet mutató PrPSc molekulából áll Egy bizonyos törzsre jellemző molekulák teszik ki a PrPSc legnagyobb részét, a többi csak kis mennyiségben van jelen Amennyiben a szövet kultúrán szaporított prion törzset vele szemben hatásosnak mutatkozó, prion ellenes szerrel kezeljük az infektivitás mértéke eleinte csökken idővel azonban újra emelkedik: a nagy mennyiségben jelenlévő variáns helyett egy a szerrel szemben rezisztens PrPSc típus szaporodik fel – a baktériumok antibiotikum rezisztenciájával analóg módon Charles Weissmann et al.: Prion2009, Thessaloniki, Greece

Az in vitro szintetizált prion törzsek konformációja mechanikusan befolyásolható Amennyiben az in vitro szintetizált PrP fragmentumokat és normál konformációjú PrPC molekulákat tartalmazó csövet különböző irányban rázzuk össze, a keletkezett prion törzsek pathogenitása is eltérő lesz. Ez kizárólag az eltérő konformációval magyarázható. Baskhakov et al. 2008

„Species barrier” Egyik fajból a másikra történő terjedés során a kórokozó tulajdonságai változnak: az inkubációs idő először meghosszabbodik, majd fokozatosan lerövidül és állandóvá válik Egyes fajokról másokra nem vihető át a fertőzés, de ha újabb fajokat iktatunk közbe, igen Egyik fajról a másikra történő transzmisszió során a kórokozó Western blot képe is megváltozhat Az egyik fajról a másikra történő transzmisszió az egyes törzsek tulajdonságaitól is függ: pl. bizonyos scrapie törzsek átolthatók rágcsálóra, mások nem

Nyitott kérdés Mi okozza a fertőzés terjedésében az egyes fajok között megfigyelt különbséget?

Scrapie terjed kontakt úton juhok között ? Scrapie nem terjed kontakt úton juhok között

Megfigyelték kontakt scrapie fertőzés előfordulását Chelle 1942 Gordon 1957 Dickinson 1965 Brotherston et al. 1968 Klinsporn and Hourrigan 1971 Dickinson et al. 1974 Hourringan et al. 1979 Greig 1940 Sigurdsson 1954

Nem figyelték meg kontakt scrapie fertőzés előfordulását Parry 1957 Parry 1960 Pattison and Millson 1960 Pattison and Millson 1961 Pattison and Millson 1962 Pattison 1964 Aldasy and Suveges 1964 Brotherston et al. 1968 Hadlow et al. 1974 Parry 1979

Vektor viszi át a scrapie fertőzést természetes körülmények között Vektor viszi át a scrapie fertőzést természetes körülmények között? Olyan vektor, amely csak néhány fajra képes átvinni az infekciót?

Egyéb prionszerű fehérjék Saccharomycesben három fehérjéről igazolták, hogy képesek prionként viselkedni és a gombában betegséget okozni

Az Alzheimer kór is átvihető Morales:  In vivo transmission of Alzheimer’s disease by a prion like mechanism. Prion2008, Madrid, Spain

Perspektíva Az eddig megismert human és gomba prion fehérjék valószínűleg csak a „jéghegy csúcsát” képezik a fehérje természetű pathogének között Valószínűleg igen sok fehérje képes prionszerű átalakulásra és betegség előidézésére. Igen nehéz lesz igazolni, hogy fertőző betegségekről van szó; speciális transzgenikus állatok szükségesek Számos degeneratív kórképet kísér aggregálódott fehérjék lerakódása

Köszönem a figyelmet

Képesek lehetnek mikróbiális fehérjék human proteinek prion szerű átalakítására? Több mikrobiális fehérjéről kimutatták, hogy képesek human proteinekhez kapcsolódni és azok aggregációját előidézni Rheumás láz: Streptococcus pyogenes M protein rheumatogén serotípusai kötődnek a human IV-es típusú collagenhez és azt aggregálják; az aggregált collagén a betegség legfontosabb „autoantigénjévé” válik Poststreptococcális glomerulonephritis? Lehetséges, hogy a természetes prion betegséget juhoknál és szarvasoknál egy mikróba idézi elő?

A prion betegségek laboratóriumi diagnózisa PrPSc kimutatása agyszövetből, esetleg tonsilla biopsziás mintából - Western blot - immunohisztokémia 14-3-3 fehérje kimutatása liquorban Transzgenikus állat oltása PrPSc kimutatása vérből: aggregációs testek – specificitásuk nem kielégítő

A prion betegségek therápiája A gyógyszeres kezelés csak lassítja a betegség lefolyását, ill. meghosszabbítja az inkubációs időt Pentosan polifoszfát (thrombosis ellenes, gyulladáscsökkentő) Quinacrine (malaria ellenes szer) Chlorpromazin Weissmann 2009: a rezisztencia gyorsan kialakul

Higiénés előírások Dezinfekció: 1N NaOH áztatás egy órán át Sterilizálás: csak autoklávban, 134C-on egy órán át CJD beteg: a vér fertőző, más váladékok (nyál, vizelet, széklet) a kórokozót nem tartalmazzák Műtét: csak ha feltétlenül szükséges – egyszerhasználatos eszközökkel Boncolás: csak az agyat kell eltávolítani. Bármely kórbonctanon elvégezhető a higiénés előírások betartása mellett.