พรีออน: ลักษณะโครงสร้างหน้าที่โรค - ชีววิทยา - 2025

พรีออนเป็นโปรตีนโดยไม่ต้องจีโนมของกรดนิวคลีหรือที่ทำหน้าที่เป็นตัวแทนติดเชื้อ คำว่า "พรีออน" หมายถึงอนุภาคที่ติดเชื้อจากโปรตีน (จาก Proteinaceous Infectious Particles ในภาษาอังกฤษ) และได้รับการประกาศเกียรติคุณโดย Stanley B. Prusiner นักประสาทวิทยาและผู้ได้รับรางวัลโนเบล

ในปีพ. ศ. 2525 Prusiner และเพื่อนร่วมงานของเขาได้ระบุอนุภาคโปรตีนที่ติดเชื้อในขณะที่ศึกษาสาเหตุของโรค Creutzfeldt-Jakob (ในคน) และโรคไข้สมองอักเสบจากวัว

การตกค้างของโปรตีนพรีออนจากวัว ถ่ายและแก้ไขจาก: 23-230 López-García, F. , Zahn, R. , Riek, R. , Wuthrich, K. และ RCSB ผ่าน Wikimedia Commons

สารติดเชื้อที่หายากเหล่านี้พบได้ในเยื่อหุ้มเซลล์ปกติเช่นเดียวกับโปรตีนที่หลุดออกและ / หรือมีโครงสร้างสามมิติที่ผิดปกติ โปรตีนเหล่านี้ก่อให้เกิดโรคความเสื่อมหลายชนิดและมีอัตราการเสียชีวิตสูงมากซึ่งส่งผลต่อเนื้อเยื่อประสาทและโครงสร้างของสมอง

เรียกอีกอย่างว่าโรคพรีออน สิ่งที่สำคัญที่สุดที่ส่งผลกระทบต่อมนุษย์เรามีโรคคุรุ, โรค Gerstmann-Sträussler-Scheinker, โรค Creutzfeldt-Jakob และการนอนไม่หลับในครอบครัวที่เป็นอันตรายถึงชีวิต

ลักษณะทั่วไป

พรีออนเป็นโครงสร้างของโปรตีนที่มีอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ โปรตีนเหล่านี้มีรูปร่างหรือโครงสร้างที่เปลี่ยนแปลงไป

ในเรื่องการคูณนั้นทำได้โดยการแปลงรูปแบบเช่นเดียวกับในกรณีของโรคขูด ในโรคนี้พรีออนจะสรรหา PrP (C) (โปรตีนพรีออนที่มีโครงสร้างไม่เปลี่ยนแปลง) เพื่อกระตุ้นการเปลี่ยนเป็นไอโซฟอร์ม PrP (Sc)

สิ่งนี้ก่อให้เกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ที่แพร่กระจายวัสดุที่ติดเชื้อและทำให้เกิดการชลประทานของโรค กระบวนการแปลงนี้เกิดขึ้นได้อย่างไรยังไม่ทราบ

โปรตีนที่ผิดปกติเหล่านี้สามารถขยายพันธุ์ได้ไม่มีกรดนิวคลีอิก พิสูจน์ได้ว่ามีความทนทานต่อรังสีเอกซ์และรังสีอัลตราไวโอเลต สารเหล่านี้สลายกรดนิวคลีอิกได้ง่าย

โปรตีนพรีออนซึ่งเป็นส่วนประกอบของพรีออน (PrP) พบได้ทั่วร่างกายไม่เพียง แต่ในมนุษย์ แต่ในสัตว์มีกระดูกสันหลังที่มีสุขภาพดีอื่น ๆ โดยทั่วไปโปรตีนเหล่านี้ทนต่อโปรตีเอส (เอนไซม์ที่เร่งปฏิกิริยาโปรตีน)

ไม่ค่อยมีใครรู้เกี่ยวกับประโยชน์ของโปรตีนพรีออน PrP (C) ซึ่งเป็นรูปแบบปกติของโปรตีนที่ไม่ติดเชื้อในร่างกายมนุษย์

อย่างไรก็ตามนักวิจัยบางคนประสบความสำเร็จในการแสดงให้เห็นว่าในหนูโปรตีนเหล่านี้กระตุ้นการซ่อมแซมไมอีลินในเซลล์ของระบบประสาทส่วนปลาย นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นว่าการขาดสิ่งเหล่านี้ทำให้เกิดการหลุดลอกของเซลล์ประสาทดังกล่าว

โครงสร้าง

ความรู้ที่มีเกี่ยวกับโครงสร้างของพรีออนส่วนใหญ่อยู่ในการตรวจสอบที่ดำเนินการในแบคทีเรีย Escherichia coli

จากการศึกษาพบว่าโพลีเปปไทด์ในสายโซ่ PrP (C) (ปกติ) และ PrP (Sc) (ติดเชื้อ) มีองค์ประกอบของกรดอะมิโนเหมือนกัน แต่แตกต่างกันในรูปแบบ 3 มิติและการพับ

PrP (C)

พรีออนที่ไม่ติดเชื้อเหล่านี้มีกรดอะมิโน 209 ชนิดในมนุษย์ พวกมันมีพันธะไดซัลไฟด์ โครงสร้างของมันคืออัลฟ่า - ขดลวดซึ่งหมายความว่ามีกรดอะมิโนรูปเกลียว (แอลฟาเฮลิกส์) และกรดอะมิโนเส้นแบนเพียงไม่กี่เส้น (แผ่นเบต้า)

โปรตีนนี้ไม่สามารถแยกออกได้โดยการหมุนเหวี่ยงซึ่งหมายความว่าไม่สามารถตกตะกอนได้ ย่อยสลายได้ง่ายด้วยน้ำย่อยซีรีนสเปกตรัมกว้างที่เรียกว่าโปรตีนเอสเค

PrP (Sc)

เป็นโปรตีนติดเชื้อที่เปลี่ยน PrP (C) เป็นไอโซฟอร์ม PrP (Sc) ที่ติดเชื้อและมีการกำหนดค่าหรือรูปร่างที่ผิดปกติ

ไม่ค่อยมีใครรู้เกี่ยวกับโครงสร้าง 3 มิติ แต่เป็นที่ทราบกันดีว่ามีรูปทรงเป็นเกลียวน้อยและมีเส้นแบนหรือแผ่นเบต้ามากกว่า การเปลี่ยนไปใช้ไอโซฟอร์มคือสิ่งที่เรียกว่าเหตุการณ์สำคัญของโรคพรีออน

คุณสมบัติ

โปรตีนพรีออนในเซลล์ตั้งอยู่บนผิวเซลล์ของอวัยวะและเนื้อเยื่อต่างๆ ไม่ค่อยมีใครรู้เกี่ยวกับการทำงานทางสรีรวิทยาของพรีออนในร่างกาย ถึงกระนั้นการทดลองในหนูยังบ่งชี้ถึงฟังก์ชันที่เป็นไปได้เช่น:

ด้วยตัวรับ metabotropic glutamate

แสดงให้เห็นว่า PrP (C) ทำหน้าที่ร่วมกับตัวรับกลูตาเมต (ไอออโนโทรปิกและเมตาโบโทรปิก) PrP (C) มีส่วนร่วมเป็นตัวรับสำหรับ Synaptotoxic oligomers ของAβ peptide ที่ผิวเซลล์

ในการพัฒนาตัวอ่อน

ในหนูในตระกูล Murinae พบว่าโปรตีนพรีออน PrP (C) แสดงออกภายในไม่กี่วันหลังการปลูกถ่ายในการพัฒนาตัวอ่อน

สิ่งนี้บ่งชี้ว่าพวกมันมีบทบาทในระหว่างการพัฒนาของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมขนาดเล็กเหล่านี้ บทบาทที่นักวิจัยกล่าวว่าเกี่ยวข้องกับการควบคุมการสร้างเซลล์ประสาท (การผลิตแอกซอนและเดนไดรต์ของเซลล์ประสาท)

พวกเขายังทำหน้าที่เกี่ยวกับการเจริญเติบโตของแกน โปรตีนพรีออนเหล่านี้มีส่วนเกี่ยวข้องกับการพัฒนาวงจรสมองน้อย ด้วยเหตุนี้จึงเชื่อกันว่าการไม่มีปริออน PrP (C) เหล่านี้นำไปสู่ความล่าช้าในการพัฒนามอเตอร์ของสัตว์ฟันแทะ

ระบบประสาท

ในการศึกษาเกี่ยวกับการแสดงออกมากเกินไปของ PrP (C) โดยการวางแนวของยีนพบว่าการไม่มีพรีออนเหล่านี้ทำให้เกิดปัญหากับการส่งเลือดไปยังบางส่วนในสมอง (ภาวะสมองขาดเลือดเฉียบพลัน)

ซึ่งหมายความว่าโปรตีนพรีออนทำหน้าที่เป็นเซลล์ประสาท นอกจากนี้ยังแสดงให้เห็นว่าการแสดงออกที่มากเกินไปของ PrP (C) สามารถลดหรือปรับปรุงการบาดเจ็บที่เกิดจากภาวะขาดเลือดได้

ระบบประสาทส่วนปลาย

เมื่อไม่นานมานี้มีการค้นพบบทบาททางสรีรวิทยาของ Prp (C) ในการบำรุงรักษาไมอีลินส่วนปลาย

ในระหว่างการศึกษาในห้องปฏิบัติการพบว่าในกรณีที่ไม่มีโปรตีนพรีออนหนูทดลองได้พัฒนาข้อบกพร่องในเส้นประสาทที่นำข้อมูลจากสมองและไขสันหลังในสิ่งที่เรียกว่าโรคระบบประสาทส่วนปลาย

การตายของเซลล์

มีโปรตีนบางชนิดที่คล้ายกับพรีออนและโปรตีนเหล่านี้อยู่ในส่วนอื่น ๆ ของร่างกายมากกว่าสมอง

หน้าที่ของโปรตีนดังกล่าวคือการเริ่มต้นควบคุมและ / หรือควบคุมการตายของเซลล์เมื่อสิ่งมีชีวิตถูกโจมตี (เช่นพรหมจารี) ดังนั้นจึงป้องกันการแพร่กระจายของเชื้อโรค

การทำงานที่แปลกประหลาดของโปรตีนเหล่านี้ทำให้นักวิจัยคิดถึงความสำคัญที่เป็นไปได้ของพรีออนที่ไม่ติดเชื้อในการต่อสู้กับเชื้อโรค

หน่วยความจำระยะยาว

การศึกษาที่จัดทำขึ้นที่ Stowers Institute ในมิสซูรีสหรัฐอเมริกาแสดงให้เห็นว่า PrP prion อาจมีบทบาทในการรักษาความจำระยะยาว

การศึกษาพบว่าโปรตีนพรีออนบางชนิดสามารถควบคุมให้ทำงานในการรักษาการทำงานทางสรีรวิทยาของหน่วยความจำระยะยาวได้

การผลัดเซลล์ต้นกำเนิด

การตรวจสอบโปรตีนพรีออนที่แสดงออกในเซลล์ต้นกำเนิดของเนื้อเยื่อในเลือดพบว่าเซลล์ต้นกำเนิด (เม็ดเลือด) ทั้งหมดนี้แสดงโปรตีนพรีออนในเยื่อหุ้มเซลล์ ดังนั้นจึงเชื่อกันว่าพวกมันมีส่วนร่วมในกระบวนการผลัดเซลล์ที่ซับซ้อนและสำคัญมาก

โรคที่เกิดจากพรีออน

พยาธิสภาพของแหล่งกำเนิดพรีออนได้รับการยอมรับว่าเป็นความผิดปกติของสมองเสื่อมแบบก้าวหน้า พวกมันสามารถโจมตีวัวควายกวางกวางคาริบูแกะและแม้แต่มนุษย์ได้

โรคเหล่านี้เกิดจากการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างของโปรตีน PrP (C) และการทำงานที่เฉพาะเจาะจงยังไม่แน่นอนในปัจจุบัน โรคพรีออนสามารถเกิดขึ้นได้โดยไม่ทราบสาเหตุ พวกมันสามารถมีต้นกำเนิดทางพันธุกรรมที่สืบทอดมาและยังสามารถถ่ายทอดด้วยวิธีการติดเชื้อ - ติดต่อได้

พรีออนก่อให้เกิดโรคในครอบครัวเป็นพัก ๆ และติดต่อได้ โรคพรีออนในครอบครัวเป็นโรคที่สามารถถ่ายทอดทางพันธุกรรมได้ โรคประปรายพบได้บ่อยที่สุดและเกิดขึ้นโดยไม่ทราบสาเหตุ

โรคติดต่อถือได้ว่าเป็นโรคที่หาได้ยากโดยสามารถถ่ายทอดได้จากคนสู่คนสัตว์สู่สัตว์คนสู่สัตว์และในทางกลับกัน สาเหตุมีหลายประการและมีตั้งแต่การบริโภคเนื้อสัตว์ที่ปนเปื้อนการกินเนื้อคนการถ่ายเลือดไปจนถึงการจัดการอุปกรณ์ผ่าตัดที่ปนเปื้อน

โรคพรีออนที่พบบ่อยที่สุด ได้แก่

โรค Creutzfeldt-Jakob (CJD)

ถือได้ว่าเป็นโรคพรีออนที่พบบ่อยที่สุดในมนุษย์เป็นโรคที่มีความเป็นสากลกล่าวคือมีการกระจายไปทั่วโลก อาจเป็นกรรมพันธุ์ (ครอบครัว) เป็นพัก ๆ หรือติดเชื้อ

ผู้ป่วยมีอาการเช่นสมองเสื่อมกระตุกหรือเคลื่อนไหวโดยไม่สมัครใจกะทันหันและระบบประสาทส่วนกลางขาดดุล

ขึ้นอยู่กับการรักษาและรูปแบบของโรคความตายอาจเกิดขึ้นได้ระหว่าง 4 เดือนถึง 2 ปีหลังจากการได้รับของโรค การวินิจฉัยทำได้ยากโดยปกติจะต้องทำการชันสูตรในระหว่างการชันสูตรพลิกศพ

photomicrograph แสงของเนื้อเยื่อสมองเผยให้เห็นการปรากฏตัวของโล่ amyloid ทั่วไปที่พบในกรณีที่แตกต่างกันของโรค Creutzfeldt-Jakob ถ่ายและเรียบเรียงจาก: ผู้ให้บริการเนื้อหา: CDC / Teresa Hammett Photo Credit: Sherif Zaki; นพ.; ปริญญาเอก; Wun-Ju Shieh; นพ.; ปริญญาเอก; MPH ผ่าน Wikimedia Commons

โรค Gerstmann-Sträussler-Scheinker

เป็นโรคที่เกิดจากพรีออนในกระบวนการทางสมองที่มีการติดเชื้อที่ถ่ายทอดทางพันธุกรรมได้หรือโดยอัตโนมัติ โรคนี้ปรากฏในคนอายุ 40 ถึง 60 ปี

คนเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงปัญหาในการพูดชัดแจ้ง (dysarthria) การกระตุกหรือการเคลื่อนไหวโดยไม่สมัครใจกะทันหันความก้าวร้าวเป็นประจำ

พวกเขามีความเสื่อมของสมองน้อยพร้อมกับการเดินที่ไม่มั่นคง นอกจากนี้ยังสามารถสังเกตอาการ hyporeflexia, หูหนวก, อัมพาต, ภาวะสมองเสื่อมและอาการอื่น ๆ อายุขัยประมาณ 5 ปีหรือนานกว่านั้นเล็กน้อย

Prionopathy ที่มีความไวต่อน้ำย่อย

เป็นโรคที่หายากมากจนถึงจุดที่ระยะการเกิดคือ 2 ถึง 3 รายต่อประชากร 100 ล้านคน พยาธิวิทยาคล้ายกับโรค Gerstmann-Sträussler-Scheinker

อาการทางคลินิกของโปรตีนบ่งบอกถึงความต้านทานต่อโปรตีเอสต่ำบางชนิดมีความไวต่อเอนไซม์เหล่านี้น้อยลง

อาการที่ผู้ป่วยมี ได้แก่ ปัญหาเกี่ยวกับการพูดและความบกพร่องทางสติปัญญาการสูญเสียเซลล์ประสาทในบริเวณที่สมองควบคุมการเคลื่อนไหวและดำเนินการประสานงานของกล้ามเนื้อ

โรคนี้พบบ่อยในผู้ป่วยสูงอายุ (70 ปี) และช่วงชีวิตโดยประมาณเมื่อติดเชื้อประมาณ 20 เดือน

โรคนอนไม่หลับร้ายแรง

เป็นโรคที่เกิดจากกรรมพันธุ์หรือในครอบครัวก็สามารถเกิดขึ้นได้เป็นพัก ๆ โรคนี้เป็นที่ทราบกันดีว่าเกิดจากการกลายพันธุ์ที่โดดเด่นทางพันธุกรรมหรือ autosomal

ผู้ป่วยมีอาการเช่นปัญหาสะสมในการนอนหลับและการนอนหลับภาวะสมองเสื่อมความบกพร่องทางสติปัญญาแม้กระทั่งปัญหาความดันโลหิตสูงหัวใจเต้นเร็วภาวะไขมันในเลือดสูงและอื่น ๆ

อายุที่มีผลค่อนข้างกว้างคือระหว่าง 23 ถึง 73 ปี แต่อายุเฉลี่ย 40 ปี ช่วงชีวิตที่ติดเชื้อเพียง 6 ปี

คุรุ

โรคพรีออนนี้ถูกตรวจพบในชาวปาปัวนิวกินีเท่านั้น เป็นโรคที่เกี่ยวข้องกับการกินเนื้อคนและประเพณีทางวัฒนธรรมของพิธีไว้ทุกข์คนตายที่คนเหล่านี้กินสมองหรือเนื้อมนุษย์

ผู้ที่เป็นพาหะของโรคมักจะมีการเคลื่อนไหวที่ไม่สามารถควบคุมได้และไม่ได้ตั้งใจในส่วนต่างๆของร่างกาย

มีอาการสั่นการสูญเสียการควบคุมการเคลื่อนไหวและการสูญเสียการประสานงานของกล้ามเนื้อ อายุขัยของผู้ติดเชื้อคือสองปี

โรคในสัตว์

ในบรรดาพยาธิสภาพที่เกิดจากพรีออนในสัตว์ ได้แก่ โรคไข้สมองอักเสบจากกระดูกวัว โรคนี้ทำให้เกิดความเสียหายในยุโรปในด้านสาธารณสุขของสัตว์และในเศรษฐกิจของประเทศที่ได้รับผลกระทบ

โรคอื่น ๆ ในสัตว์ ได้แก่ โรคระบบประสาทส่วนกลางเสื่อมที่ถ่ายทอดไม่ได้โรคกระษัยเรื้อรัง (ในกวาง) และโรคไข้สมองอักเสบในแมว

โรคเหล่านี้เช่นเดียวกับที่พบในมนุษย์ขาดการรักษาที่มีประสิทธิภาพดังนั้นการป้องกันจึงเป็นสิ่งสำคัญโดยเฉพาะอย่างยิ่งหลังจากการติดเชื้อในมนุษย์ซึ่งเกิดขึ้นจากการบริโภคเนื้อจากวัวที่ติดเชื้อ

การรักษา

จนถึงปัจจุบันยังไม่มีวิธีการรักษาโรคพรีออนที่เป็นที่รู้จัก การรักษาเป็นไปตามอาการ ขอแนะนำให้ผู้ป่วยวางแผนการดูแลแบบประคับประคองและแนะนำให้ทำการทดสอบทางพันธุกรรมและให้คำปรึกษาสำหรับสมาชิกในครอบครัว

มีการทดสอบยาหลายชนิดในผู้ป่วยที่เป็นโรคพรีออนเช่นยาต้านไวรัสยาต้านมะเร็งยารักษาโรคเช่นพาร์กินสันการรักษาภาวะภูมิคุ้มกันบกพร่องยาปฏิชีวนะยาต้านเชื้อราแม้กระทั่งยาซึมเศร้า

อย่างไรก็ตามในปัจจุบันยังไม่มีหลักฐานที่บ่งชี้ว่าอาการเหล่านี้ลดอาการหรือเพิ่มการรอดชีวิตของผู้ป่วย

การป้องกัน

พรีออนมีความทนทานต่อการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพและทางเคมีที่หลากหลาย อย่างไรก็ตามมีการใช้เทคนิคต่าง ๆ เพื่อหลีกเลี่ยงการปนเปื้อนของผู้ป่วยด้วยเครื่องมือผ่าตัดที่ปนเปื้อน

เทคนิคที่ใช้กันมากที่สุดคือการฆ่าเชื้ออุปกรณ์ในหม้อนึ่งที่อุณหภูมิ 132 ° C เป็นเวลาหนึ่งชั่วโมงจากนั้นแช่เครื่องมือในโซเดียมไฮดรอกไซด์เป็นเวลาอย่างน้อยหนึ่งชั่วโมง

ในทางกลับกันองค์การอนามัยโลก (WHO) ได้พัฒนามาตรการเพื่อป้องกันการแพร่กระจายของโรคพรีออน องค์กรนี้กำหนดบรรทัดฐานสำหรับการจัดการเนื้อเยื่อต้องห้ามหรืออาจมีความเสี่ยงเช่นตาสมองลำไส้ต่อมทอนซิลและไขสันหลัง

อ้างอิง

1. พรีออนตัวแทนติดเชื้อ กู้คืนจาก britannica.com.
2. Prion คืออะไร? กู้คืนจาก Scientamerican.com.
3. PC Kalikiri, RG Sachan. 2546. พรีออน - อนุภาคติดเชื้อโปรตีน. วารสาร Indian Academy of Clinical Medicine.
4. พรีออน. สืบค้นจาก en.wikipedia.org
5. KM Pan, M. Baldwin, J. Nguyen, M. Gasset, A. Serban, D. Groth, I. Mehlhorn, Z. Huang, RJ Fletterick, FE Cohen (1993) การแปลงอัลฟา - เฮลิกส์ให้เป็นคุณสมบัติของแผ่นเบต้าในการสร้างโปรตีนสแครปซี่พรีออน การดำเนินการของ National Academy of Sciences of the United States of America
6. ม. - อ. Wulf, A. Senatore & A. Aguzzic (2017). การทำงานทางชีวภาพของโปรตีนพรีออนในเซลล์: การปรับปรุง BCM ชีววิทยา
7. CC Zhang, AD Steele, S.Lindquist, HF Lodish (2006) โปรตีนพรีออนแสดงออกมาจากเซลล์ต้นกำเนิดเม็ดเลือดในระยะยาวและมีความสำคัญต่อการต่ออายุตัวเอง การดำเนินการของ National Academy of Sciences of the United States of America
8. การทบทวนโรคพรีออน (Spongiform Encephalopathies ที่ถ่ายทอดได้) สืบค้นจาก msdmanuals.com.
9. E. Arranz-Martínez, G.Trillo-Sánchez-Redondo, A.Ruiz-García, S. Ares-Blanco (2010) Prionpathies: prion encephalopathies เวชศาสตร์ครอบครัว. เซเมอร์เจน