Prioonid ehk priionid

Blogi, mis räägib kõigest, mis on Leonhardile oluline ja/või huvitav. Kommenteerige, tellige, lugege, nautige ja õppige.

Prioonid

Mine navigeerimisribaleMine otsikasti

Prioonid ehk priionid (kuju prion ei soovitata) on ebanormaalselt muundunud, iselaadseid haigusi tekitavad isekordistuvad valgumolekulid.

Ingliskeelne sõna prion on lühendatud vorm mõistetest protein infectious (infection) particles või proteinaceous infectious only. Prioonid on normaalsete valkude nakkuslikud vormid, mis muudavad terveid valke endasarnasteks.

Ajalugu

1960. aastatel tehtud teadusuuringute käigus avastati, et osadel haigustekitajatel puuduvad nukleiinhapped. Varem arvasid teadlased, et kõikidel teadaolevatel haigustekitajatel (nagu näiteks bakteritel, seentel ja viirustel) on nukleiinhapped olemas. Radiatsioonibioloog Tikvah Alper ja füüsik J. S. Griffith oletasid, et avastatud haigustekitajad võivad olla valgud. Seda uudset hüpoteesi esialgu ei tunnustatud, kuid järgnevate aastakümnete jooksul tõestati, et nakkuslikud valgud on siiski olemas.

Ameerika Ühendriikidest pärit teadlane Stanley B. Prusiner hakkas 1970. aastatel uurima närvisüsteemi kahjustavaid haigusi, mille põhjused olid ebaselged. Uurimise käigus jõudis ta järeldusele, et neid haigusi põhjustavad valgud. 1982. aastal nimetas Prusiner haigusttekitavaid valke prioonideks. Ta sai 1997. aastal teadusliku avastuse eest Nobeli auhinna.

Prioonvalk (PrP)

Prioonvalgud on viirustest väiksemad ja väga vastupidavad. Prioonvalgud ei hävi tavalisel kuumutamisel, külmutamisel ega kuivatamisel. Samuti on nad vastupidavad keetmisele, formaliinile, alkoholile, nukleaasidele ja kiirgustele, mis sageli suudavad elusorganisme ja viirusi hävitada (näiteks ultraviolettkiirgusele). Prioonvalku saab muuta mitteaktiivseks autoklaavi kasutades. Sel juhul peavad prioonid olema ühe tunni jooksul sobiva rõhu ja temperatuuri (132 °C) käes. Teine võimalus on hoida neid 5-protsendilises naatriumhüpokloriti (NaClO) lahuses üks tund.

Prioonvalgul on olemas kaks erinevat konformatsiooni: rakkudes ohutu PrP^C-vorm ning haigusi põhjustav PrP^Sc-vorm. Konformatsioonid erinevad teineteisest valkude teisase (sekundaarse) ja/või kolmandase (tertsiaarse) struktuuritaseme poolest.

PrP^C prioonvalku ekspresseerivad ka tüümuses paiknevad tümotsüüdid.

PrP^C-vorm

Normaalseid PrP^C-vormis valke võib leida kõikide imetajate ajukudedest. Need kesknärvisüsteemile omased valgud on konservatiivsed, mis tähendab, et erinevatel imetajaliikidel on vastavad valgud väga sarnased. Valgu ülesandeid ajus veel päris täpselt ei teata. Arvatavasti edastavad valgud ajus levivaid molekulaarseid signaale ning nad reguleerivad ööpäevaseid rütme. Teisases struktuuritasemes PrP^C-vormis valgu üldine kuju on α-spiraal. Valku kodeerib PRNP-geen. Kui normaalne valk avaldub liiga aktiivselt, siis võib ka see tervisele kahjulikuks muutuda.

PrP^Sc-vorm

Nagu nukleiinhapped, kannavad geneetilist infot ka prioonvalgud, mis on organismide rakkudes ülekandevõimelised ning päranduvad. Nakkuslikud prioonvalgud paljundavad ja säilitavad geneetilist infot organismile omaste valkude konverteerimisega, erinedes selles protsessis nukleiinhapetest, mis paljundavad geneetilist infot enda replitseerimisega.

PrP^Sc-vormis prioonvalgud omavad samasugust aminohapete järjestust nagu PrP^C-vormis normaalsed valgud. PrP^Sc-vorm tuleneb kas mutatsioonist PRNP-geenis või organismis leiduvate normaalsete valkude ruumilise struktuuri muundumisest. Valgu esialgne kuju muundub ning tekkinud PrP^Sc-vormile on iseloomulik β-struktuur. Nakkuslik valk ei suuda ennast õigesti kokku pakkida.

Prioonhaigused

Prioon on väikseim teadaolev haigustekitaja, mida arvatakse põhjustavat imetajatel mitmeid neurodegeneratiivseid haigusi.

Prioonhaigused moodustavad haigusterühma, millel on rida ühiseid tunnuseid: peaaju, mõnikord ka seljaaju neuronites kuhjuvad amüloidsed valguladestused, tavaliselt varbjate, vahel naastjate struktuuridena; toimub neuronite vakuoliseerumine ja koldeline hukkumine, sellega kaasneb astroglioos; peaaju hallolluse mikropreparaatidel on käsnjas väljanägemine. 

Prioonhaigused on skreipi (inglise keeles scrapie) lammastel, veiste käsnjas ajuhaigus ehk hullulehmatõbi veistel ja Creutzfeldti-Jakobi tõbi inimestel. Prioonid kahjustavad peaaju ja seljaaju. Nende toimel tekivad tavalisest valgust spetsiifilised fibrillid. Ajukude muutub arvukate vakuoolide tõttu poorseks ja meenutab struktuurilt käsna. Sellest ka haiguse nimetus – spongioosne ehk käsnjas entsefalopaatia. Prioonid on amüloididega üsna sarnased.

Prioonid põhjustavad närvisüsteemi kahjustavaid haigusi, millega kaasneb alati surm. Kahjustunud ajukudedes tekkinud vakuoolid on hukkunud rakkude alad ning nende läbimõõt on 20–100 μm. Prioonhaiguste tüüpilisteks sümptomiteks on dementsus ja koordinatsiooni puudumine. Pärast esimeste sümptomite avaldumist tuleb surm umbes 6–12 kuu pärast.

Prioonhaigused saavad olla kas pärilikud (dominantsed), sporaadilised (tundmata põhjusega üksikjuhud, olemuselt juhuslikud) või nakkuslikud.

Inimestel on eristatud vähemalt viit prioonhaigust:

• Kuru – ulatuslikum levik Paapua Uus-Guinea loodusrahvaste (eriti fore rahva) hulgas kannibalismi ja rituaalsete inimajude söömiste tõttu;
• Creutzfeldti-Jakobi tõbi (Creutzfeldt-Jakob disease, CJD) ja selle uus variatsioon (vCJD) – 15% pärilikud ja enamik sporaadilised; põhilised kahjustused väikeajus ja suuraju ajukoores;
• Gerstmanni-Sträussleri-Scheinkeri sündroom (Gerstmann-Sträussler-Scheinker syndrome, GSS) – enamikul juhtudest leitud perekondlikult pärilikuna (mõnel juhul 4–6 põlvkonda kordusi);
• Fataalne perekondlik unetus (fatal familial insomnia, FFI) – ainult pärilikuna mõnes suguvõsas.

Mõned uurijad peavad prioonhaiguseks ka Alpersi sündroomi – lastel esinevat degeneratiivset haigust, mille puhul aju käsnja degeneratsiooniga kaasneb sageli maksa tegevuse häireid.

Pärilikud prioonhaigused esinevad eri rahvarühmades erineva sagedusega, sporaadilised juhud aga kõikjal umbes 1 juhtum miljoni elaniku kohta aastas. Prioonhaiguste kindlalt tõestatud nakkusjuhud on inimesel olnud harvad (välja arvatud kurupuhang Uus-Guineal). Need nakkused on enamasti saadud silma sarvkesta siirdamisest, inimese hüpofüüsihormoonide manustamisest või ajju viidud EEG-elektroodide kaudu.

Loomadel esinevad järgmised prioonhaigused:

• kraapimistõbi (scrapie) – lammaste ja kitsede kratsimistõbi;
• hullulehmatõbi ehk veiste käsnjas ajuhaigus (bovine spongiform encephalopathy, BSE) – teadaolev 1985. aastast; ulatuslikum levik Suurbritannias 1990. aastatel;
• krooniline lahjumistõbi (chronic wasting disease, CWD) – hirvedel ja põtradel.

Lisaks on olemas haigused ja seisundid, mis kaasnevad ka normaalse PrP^C-vormis valgu liigse avaldumisega. Nende hulka kuuluvad näiteks perifeerne neuropaatia ja müopaatia vormid.

Prioonnakkus

Prioonhaigused on enamasti nakkushaigused, kuid on ka võimalik haigestumine ilma välise nakkuseta. Haigestunud organismis ei teki antikehi priooni vastu. Kuna prioonvalgud tunduvad justkui nagu organismile omased valgud, siis immuunvastust ei kujune. Haiguse peiteaeg on väga pikk, olenevalt liigist ja nakatumise teest mitmest kuust 10 aastani. Äärmisel juhul tulevad sümptomid esile 40 aastat pärast nakatumist.

Prioonhaigused võib üle kanda surnud (või haigestunud) indiviidi ajukudede või nende ekstraktide manustamisega suukaudselt, verre või ajju. Kõige infektsioossemad on pea- ja seljaaju, lümfoidsed organid (peamiselt põrn) ja soolestikukude. Eksperimentaalselt ei ole kinnitust leidnud haiguse levik lihaskoe, vere ja piima kaudu. Kuid Eestis verd loovutada prioonhaiguse, selle kahtluse, peres esinemise, käbikehast pärit ravimite tarbimise puhul ei tohi. Lisaks sellele on vere annetamine keelatud neile, kellele on siiratud aju kõvakelmet või silma sarvkesta. Kõige kergemini toimub nakatumine priooniallika inokuleerimisel peaajju, raskem on haigustekitajat üle kanda intravenoosselt, subkutaanselt, intraperitoneaalselt või suu kaudu. Ka liikidevaheline ülekanne on võimalik, kuid raskem kui sama liigi piires. Liigibarjäär on seda suurem, mida erinevamad on vastavad liigid geneetiliselt ja mida erinevamad seega ka nende proteiinid on.

Seniste uurimiste alusel väidetakse, et emalt lapsele, loote- ega imikueas nakkus üle ei kandu. Vastuvaidlematuid tõendeid inimese nakatumisest haigete loomade toiduks tarvitamisest ei ole, kuigi on kaudseid (põllumajanduses töötajatel esineb CJD sagedamini kui teistel elanikkonna gruppidel). Haigestunud loomade liha söömine on kindlasti ohtlik siis, kui lihas leidub ajukudesid. Inimese kõigi prioonhaiguste, sealjuures nii nakkuslike, pärilike kui ka sporaadiliste juhtude puhul on saadud haiguse ülekandeid katseloomadele.

Ravi

Prioonhaigusi ei ole võimalik enne sümptomite avaldumist diagnoosida. Seetõttu ei saa haigusi õigel ajal ravida ega tõkestada.

Geeniteraapia võimaldab prioonhaigusi ennetada. PRNP-geenide avaldumist saab siRNA-molekulide abil takistada. Prioonigeenide väljalülitamisega muutuvad loomorganismid prioonhaiguste suhtes vastupanuvõimelisteks.