Czy Twoje własne białka mogą Cię zabić?

autorka: Emilia Przechrzta

W pewnym plemieniu, żyjącym na terenie Papui Nowej Gwinei, panowała nietypowa tradycja. Zmarłym członkom plemienia usuwano mózgi, po czym gotowano je i spożywano. Po pewnym czasie z członkami tego plemienia zaczęły się dziać dziwne rzeczy: zaczynali drżeć na całym ciele i tracili kontrolę nad swoimi ruchami. W końcu około 90% z nich zginęło. Klątwa? Oczywiście nie, chociaż tak właśnie mogłoby się wydawać – aż do roku 1957, kiedy Carleton Gajdusek opublikował publikację, w której napisał o odkryciu całkiem nowych cząstek zakaźnych – zostały one ochrzczone nazwą: ”priony”.

A więc czym właściwie są priony? Okazuje się, że są to infekcyjne cząsteczki białka niezawierające kwasu nukleinowego! Z początku wielu naukowców nie wierzyło w ich istnienie, ponieważ zawsze przyjmowano, że żywa materia potrzebuje informacji genetycznej, aby istnieć. W końcu jak bez niej organizm miałby wiedzieć, jak tak naprawdę ma działać? Okazuje się, że ten gen kodujący priony trochę jest, a trochę go nie ma.

Priony występują naturalnie w ludzkim organizmie - nazywa się je wtedy PrPc (prionowa proteina komórkowa) i nieznacznie różnią się od prionów infekcyjnych PrPSc, powodujących choroby. Tak naprawdę priony są bardzo istotne dla naszego organizmu, mają duży wpływ na działanie naszego mózgu i układu nerwowego (np. na działanie jednego z najważniejszych neuroprzekaźników GABA), zapobiegają też apoptozie (programowej śmierci komórki). Znajdują się one w błonach komórkowych i, jak się okazuje, nie mogą się replikować bez kwasu nukleinowego – koduje je gen PRNP. Jednak, co niezwykłe, priony infekcyjne potrafią zmieniać priony PrPc na swoje podobieństwo, co pokazuje, że są w pewnym stopniu niezależnym bytem.

Jeśli zwykłe priony są kodowane przez gen obecny w naszym organizmie, to skąd bierze się ich infekcyjna wersja? Zacznijmy od wyjaśnienia, czym one się właściwie różnią. Okazuje się, że na poziomie sekwencji aminokwasowej - niczym. Dopiero ich konformacja przestrzenna jest inna - priony infekcyjne, w przeciwieństwie do zwykłych prionów, przybierają strukturę beta-harmonijkową (przypominającą trochę kartkę papieru). Te zmienione białka mogą się znaleźć w naszym organizmie na różne sposoby, np. mogą być wrodzone (na skutek nieprawidłowej struktury genu PRNP), dostać się do organizmu podczas operacji w szpitalu lub też… poprzez nacieranie i spożywanie mózgu zmarłego krewnego. Okazuje się, że właśnie w taki sposób plemię z Papui Nowej Gwinei doprowadziło do własnego wyginięcia.

Chorobę, na którą wszyscy chorowali, dziś znamy pod nazwą “kuru”, często określanej mianem śmiejącej się śmierci, ze względu na jeden z jej objawów. Na szczęście od czasu pechowego plemienia nie było ani jednego przypadku tej choroby, więc nie jest ona raczej czymś, czym powinniśmy się martwić, a raczej fascynującą ciekawostką. 

Obraz prionów PrPc i PrPSc na błonie komórkowej. Źródło: Byron Caughey (NIAID, NIH, HHS) and Allison Kraus (Case Western Reserve University). - NIAID blog 

Jeśli chodzi o częściej występujące choroby prionowe, to najpopularniejszym przykładem byłaby choroba Creutzfeldta-Jacoba (CJD) (chociaż nawet ona występuje stosunkowo rzadko). Jest ona najczęściej wrodzona, jednak odnotowano też przypadki zarażeń na skutek zabiegów lekarskich. Jej głównymi objawami są drżenie mięśni, senność, apatia, końcowo prowadzące do demencji i utraty kontroli nad ruchami. I właśnie na jej przykładzie możemy zobaczyć, dlaczego właściwie priony są tak niebezpieczne dla naszego organizmu, czyli zajrzeć, jak to wygląda od środka. 

Jak już wspominałam, do organizmu trafiają infekcyjne białka prionowe, które są trochę jak niegrzeczne dziecko, które ma zły wpływ na wszystkie inne dookoła. Właśnie tak coraz więcej prawidłowo zwiniętych prionów zmienia się w białka infekcyjne, więc coraz mniej białek PrPc wykonuje swoje funkcje, a cała reszta zalega w postaci ciasno upakowanych włókien we wnętrzu komórek w ośrodkowym układzie nerwowym. Możemy to potem zauważyć, oglądając obrazy mikroskopowe mózgów osób z chorobami prionowymi. Kolejnym objawem infekcji tymi białkami jest gąbczenie kory mózgowej (czyli po prostu jej zanik). Jak już można zauważyć, choroby prionowe są schorzeniami neurodegeneracyjnymi, czyli skupiają się na układzie nerwowym i prowadzą do utraty komórek nerwowych. 

Z chorobami prionowymi wiążą się dwa problemy. Po pierwsze, nasz układ odpornościowy w żaden sposób na nie nie reaguje, a po drugie współczesna medycyna jest wobec nich całkowicie bezsilna.  Pozostaje więc mieć nadzieję, że pozostaną równie rzadkie, jakie były dotychczas, i że żadne z nas nie znajdzie się w gronie pechowców, którzy tych chorób doświadczają.

Źródła:

Legname, Giuseppe, and Fabio Moda. “The Prion Concept and Synthetic Prions.” Progress in Molecular Biology and Translational Science, 2017, pp. 147–56. https://doi.org/10.1016/bs.pmbts.2017.06.002.

Kazula, A., and E. Kazula. "Prion diseases–characteristics, diagnostics and therapy." Farm Pol 65.8 (2009): 594-604.

Spagnolli, Giovanni, et al. “Understanding Prion Structure and Conversion.” Progress in Molecular Biology and Translational Science, 2020, pp. 19–30. https://doi.org/10.1016/bs.pmbts.2020.07.005.