Feltárták a prionok fertőzésének titkát

Amerikai tudósoknak először sikerült magyarázatot találni arra, miként fertőznek meg egy szervezetet a súlyos idegrendszeri elváltozások kiváltásáról elhíresült prionok.

Már évtizedek óta ismert, hogy bizonyos idegrendszeri eredetű (neurodegeneratív) betegségek - mint a kergemarha-kór, vagy annak emberi változata, a variáns Creutzfeldt-Jakob-szindróma - kialakulásáért prionok felelnek.

A prionok még a vírusoknál is egyszerűbb felépítésű fertőző ágensek, amelyek csupán fehérjékből állnak - örökítőanyagot nem tartalmaznak. Rendkívüli ellenállóképességgel rendelkeznek - nem inaktiválódnak még UV-besugárzásra, vagy magas (80°C-os) hőhatásra sem. Emlősökben általában az agyvelő szöveteit támadják. Nemrég azonban azonosítottak olyan prionokat is, amelyek nem okoznak megbetegedést (nem-patogén prionok), sőt egyes tanulmányok alapján a tanulás folyamatában, illetve a memória kialakulásában is fontos szerepük lehet.

"Életciklusuk" alapjaiban feltáratlan még - nem ismert például, hogyan sokszorozódnak, illetve hogyan adódnak át egyik szervezetről a másikra, így a prionkutatás napjainkban nagy figyelmet kap.

A legfrissebb eredmények

Az amerikai Whitehead Intézet tudósai régóta tanulmányozzák a prionok viselkedését. Legújabb eredményeiket a Nature című tudományos folyóirat online kiadásában tették közzé. A kísérleteket Susan Lindquist, a bostoni Műszaki Egyetem biológiaprofesszora vezette.

A kutatócsoport nem-toxikus (adott szervezetre nem ártalmas) élesztő-prionok vizsgálata során rábukkant azokra a fehérjeszakaszokra, amelyek valószínűleg meghatározzák a prionok legfőbb tulajdonságait.

A fehérjéknek általánosságban meghatározott térbeli szerkezetet (konformációt) kell felvenniük ahhoz, hogy működőképesek legyenek. Ezt a folyamatot - amelynek során kialakul a fehérjék megfelelő térszerkezete - "feltekerdésnek" (foldingnak) nevezik. A prionoknál ez valószínűleg nem megfelelően megy végbe (misfolding).

A hibás térszerkezet mellett fontos jellemvonásuk, hogy más - eredetileg helyesen feltekeredő - fehérjéket is hibás szerkezet kialakítására, misfoldingra kényszerítenek. Lindquist ezt a folyamatot konformációs kaszkádnak nevezi. Amennyiben patogén prionról van szó, a betegség kialakulásának hátterében pontosan ez a mechanizmus áll: a prionok hosszú, fonalas szerkezetű, fehérjetermészetű, úgynevezett amiloid plakkokat képeznek az agyszövetben, ami módosíthatja az agysejtek működését, illetve el is pusztíthatja azokat.

A tudósoknak sikerült azonosítania a prionfehérjét alkotó aminosavak azon szakaszait, amelyek felelősek a hibás térszerkezet megjelenéséért, illetve a konformációs kaszkád kiváltásáért.

Felismerési elemek és hőmérséklet

Lindquist kollégája, Peter Tessier az amiloid plakkok kialakulásának lehetséges útjait fürkészve vitte tovább a kutatást. A vizsgálathoz ún. peptid-arrayt használt. Ez nem más, mint egy üveglaphoz kötött, apró fehérjedarabok (fragmentek) ezreiből álló keverék. Hagyományosan a módszert arra használják, hogy azonosítsák a fehérjék más molekulákkal alkotott kötőhelyeit, ez esetben azonban a cél a fehérjék feltekeredésének, illetve az amiloidok kialakulásának megfigyelése volt.

Tessier az arrayt pékélesztőből származó fehérjefragmentekkel (peptidekkel) fedte le, majd az élesztőből származó prionokat adott a rendszerhez. A prionfehérjék ezután a peptidek egy kis csoportjához kötődve amiloid struktúrát vettek fel. A kapcsolódás helyét - ami a prion teljes hosszának körülbelül 10%-át teszi ki - Tessier felismerési elemnek ("recognition element"-nek) nevezte el. A kutató megismételte a kísérletet úgy, hogy mind az arrayhez rögzített peptideket, mind a priont egy másik gombafajból izolálta. Így is ugyanazokat az eredményeket kapta, mint a pékélesztő felhasználásával. Ezek után kevert rendszert próbált létrehozni, de azt találta, hogy a prionok erős fajspecifitást mutatnak, azaz a pékélesztőből származó prion nem kapcsolódott a másik gombafaj peptidjeivel, és fordítva.

Korábban egy kutatócsoport a fenti kísérletben szereplő két prion összevonásával megalkotott egy mesterséges priont. Megfigyelték, hogy ez az ágens képes átadódni a két gombafaj között, de ennek mechanizmusát akkor még nem sikerült tisztázniuk. Tessier most ezt a priont használta fel: először az élesztőből, majd a másik gombafajból származó peptidekkel fedett arrayhez adta. Mindkét esetben tapasztalta az amiloidok megjelenését, amiből arra következtetett, hogy a mesterséges prion tartalmazza mind a két gombára specifikus felismerési elemet.

Tessier következő lépésként különböző hőmérsékleti viszonyok mellett végezte el kísérleteit. Ez esetben meglepő eredményeket tapasztalt: amikor 4°C-on hajtotta végre a vizsgálatot, a mesterséges ágens csak a pékélesztő peptidjeihez kapcsolódott, míg 37°C-on a másik gombához tartozó felismerési elem aktiválódott. Azaz valójában a hőmérséklet határozza meg, hogy a prion melyik fajt fertőzi.

Ezzel Tessier tulajdonképpen meg is magyarázta, hogyan lehetséges, hogy egyes, a természetben előforduló prionok képesek fajról fajra terjedni, mások nem. Valószínű, hogy előbbiek egynél több felismerési elemet is tartalmaznak. Az pedig, hogy ezek épp melyik fajt támadják meg, sokféle külső tényező függvénye lehet (nem valószínű, hogy a hőmérséklet az egyetlen).

A kutatás, illetve annak eredményei Lindquist professzor szerint kétféle szempontból is nagy jelentőséggel bírnak. Egyrészt első ízben alkalmazták a peptid-arrayeket a fehérjék térszerkezetének vizsgálatára, ami egy egészen újfajta megközelítése a technikának. Másrészt pedig, a labor korábban (2005) már azonosította a prionok azon régióját, amellyek kölcsönhatásba lépnek más fehérjékkel. Ezeket jellemezte most Tessier felismerési elemekként, igazolva, hogy a prionok aktivitásának kulcsfontosságú területeit tárták fel.

A kutatók a jövőben az emlősökben idegrendszeri megbetegedéseket okozó prionok viselkedésének tanulmányozásával folytatják kísérleteiket.