Термин “медленные вирусные инфекции” был предложен Bjorn Sigurdson в 1954 г. во время его работы в Исландии над смертельным заболеванем, называемым почесухой овец, или скрепи [Sigurdsson, B. (1954)]. Скрепи известно с 1732 года. Название связано с тем, что больные животные конвульсивно чешутся о камни, скалы, деревья или заборы. Болезнь поражает центральную нервную систему овец, вызывая ощущение непереносимого зуда. В процессе развития болезни, появляются и другие симптомы: чмоканье губами, странная походка, и, в конце концов, всё завершается судорогами и смертью [Foster, J.D. at al (2001)]. Болезнь передаётся между особями через пищу или через повреждения на коже [Detwiler, L.A., Baylis, M. (2003)]. Инфекционная природа заболевания была показана в 1946 году при попытке вакцинации овец экстрактами тканей мозга больных животных [Покровский В.И., Киселёв О.И., Черкасский Б.Л. “Прионы и прионные болезни”, (2004)].
Через пять лет (в 1959 г.) William Hadlow выдвинул предположение, что куру, заболевание аборигенов Новой Гвинеи, напоминающее скрепи по характеру повреждений тканей головного мозга, так же вызывается “медленными вирусными инфекциями” [Hadlow, W.J. (1959)]. Куру, было впервые обнаружено в высокогорных районах Новой Гвинеи, у аборигенов племени Форе в 50-х годах прошлого века. Болезнь была подробно описана Карлтоном Гайдучеком (Carleton Gajdusek) [Gajdusek, D.C. and Zigas, V. (1957)] в 1957 г. Им же в 1966 г. был впервые продемонстрирован инфекционный характер заболевания в экспериментах по заражению шимпанзе [Gajdusek, D.C., Gibbs, C.J, Jr., and Alpers, M. (1966)], за что Карлтон Гайдучек был удостоен нобелевской премии в области физиологии и медицины в 1976 г.
Рис. 2. Даниель Карлтон Гайдучек. Американский врач родом из Словакии, лауреат нобелевской премии в области физиологии и медецины в 1976 г. за доказательство инфекционной природы куру и синдрома Крейцфельда-Якоба.
Куру распространялась через ритуальный каннибализм. Представители племени Форе верили, что, употребляя в пищу мозг умершего человека, они присваивают себе его силу. С искоренением каннибализма куру практически исчезла. Однако всё ещё появляются отдельные случаи, потому что инкубационный период этого заболевания может длиться более 30 лет.
Главными признаками заболевания являются сильная дрожь, порывистые движения головой, иногда сопровождаемые улыбкой, подобной той, которая появляется у больных столбняком. На начальной стадии болезнь проявляется головокружением и усталостью. Потом добавляются головная боль, судороги и, в конце концов, типичная дрожь. В течение нескольких месяцев ткани головного мозга деградируют, превращаясь в губчатую массу. Заболевание характеризуется прогрессирующей дегенерацией клеток центральной нервной системы, особенно в тех областях головного мозга, которые контролируют осуществляемые человеком телодвижения [Collinge, J. et al. (2006)].
Рис. 3. Абориген с Южных гор Папуа-Новая Гвинея в национальной окраске.
http://ru.wikipedia.org/wiki/Файл:Huli_wigman.jpg
http://ru.wikipedia.org/wiki/Файл:Huli_wigman.jpg
Тогда же в 1959 г. к “медленным вирусным инфекциям” Игорь Клатцо причислил редкое заболевание - синдром Крейцфельда-Якоба (СКЯ) [Klatzo, I., Gajdusek, D.C. and Zigas, V. (1959)]. Заболевание было впервые описано в 1920 г. Гансом Кройцфельдтом (Hans Gerhard Creutzfeldt). А в 1921 г. Альфонсом Якобом (Alfons Maria Jakob) было впервые отмечено сочетание психических нарушений при этом расстройстве с поражением передних рогов спинного мозга, и двигательных нейронов головного мозга [Belay, E.D., Schonberger, L.B. (2002)]. Основными симптомами СКЯ являются быстро прогрессирующая потеря памяти, изменения личности, галлюцинации. Они сопровождаются физическими нарушениями: изменениями походки, позы, нарушениями координации движений и равновесия, расстройствами речи, конвульсиями [Belay, E.D., Schonberger, L.B. (2002)]. Продолжительность заболевания значительно варьирует, от нескольких месяцев и даже недель до многих лет (в случае наследственных форм). В 1930 г. в нескольких статьях были отмечены семейные случаи заболевания СКЯ [Meggendorfer, F. (1930)]. Однако это открытие довольно быстро оказалось забыто. Более 40-ка лет СКЯ оставался удивительным, редким нейродегенеративным заболеванием неизвестной этиологии, пока в 1968 г. уже упоминавшийся ранее Карлтон Гайдучек с коллегами не показали его инфекционную природу, подобно куру, в аналогичном эксперименте с шимпанзе [Gibbs, C.J., at al. 1968].
Поскольку было показано, что СКЯ является инфекционным заболеванием, семейным случаям внимание больше практически не уделялось, тем более что большее количество случаев наблюдалось вне семей. Эпидемиологические исследования, направленные на поиск источника инфекции не обнаружили никаких преобладающих факторов риска, зато были выявлены определённые географические очаги её распространения. Так в 1974 г. было обнаружено, что среди ливийских евреев, проживающих в Израиле, СКЯ встречаетсясь в 30 раз чаще, чем у других израильтян [Kahana, E., at al. (1974)]. На тот момент, в качестве объяснения этого открытия, было высказано предположение, что ливийские евреи заразились СКЯ, употребляя в пищу плохо проваренные мозги овец, ещё до эмиграции, проживая в Триполи. Однако уже впоследствии, в начале 90-х, у них у всех была обнаружена мутация в 200 кодоне в гене PRNP, кодирующим прионный белок [Hsiao, K., at al. (1991)].
Непонятный возбудитель этих болезней значительно отличался по своим физико-химическим свойствам от любых известных до этого вирусов, за что его начали именовать “нетрадиционным вирусом”. Во-первых, в отличие от традиционных вирусных инфекций этот возбудитель не вызывал никакого иммунного ответа и воспалительной реакции. Во-вторых, в отличие от традиционных вирусов, “нетрадиционные вирусы” губчатых энцефалопатий были необычно устойчивы к облучению ультрафиолетом, ионизирующей радиацией, к воздействию ультразвука, высоких температур, протеаз, нуклеаз и химическому воздействию: формальдегиду, ЭДТА. На срезах тканей мозга под электронным микроскопом не наблюдалось никаких вирусных частиц. Вирионы не удавалось обнаружить ни в экспериментах in vivo ни in vitro, ни в высоко инфекционном центрифугате клеток, который, очевидно, должен содержать чрезвычайно высокие концентрации возбудителя [Siakotos, A. N., at al. (1976)].
В 1974 г. Стэнли Прузинер (Stanley Ben Prusiner) принимает звание доцента кафедры неврологии на медицинском факультете UCSF, и начинает собирать лабораторию по изучению скрепи. Прузинер предполагал, что после выделения и очистки возбудитель скрепи окажется просто очень небольшим вирусом, поэтому был серьёзно озадачен, когда оказалось, что полученные препараты содержат в основном белок и практически не содержат нуклеиновых кислот. На протяжении практически восьми лет в лаборатории продолжают накапливаться данные о том, что только белок является единственным и необходимым компонентом возбудителя скрепи [^ a b c "Stanley B. Prusiner - Autobiography". NobelPrize.org. Retrieved 2007-01-02.]. .
Рис. 4. Стенли Прузинер. Американский невролог и биохимик, первооткрыватель прионов, лауреат нобелевской премии в области физиологии и медицины в 1997г.
Суть работы Прузинера заключалась в том, что гомогенаты тканей мозга больных животных подвергались различным методам разделения (как правило, проверялись различные, уже известные в вирусологии, методики очистки инфекционных агентов) после чего, уровень инфекционности разных фракций определялся при помощи заражения мышей. Все попытки амплифицировать возбудителя в культурах клеток терпели неудачу, поэтому приходилось продолжать длительные и дорогостоящие эксперименты на животных. Препараты с самой высокой степенью очистки содержали в 20-50 раз больше белка, чем нуклеиновых кислот. Высокоочищенные препараты возбудителя скрепи проявляли поразительную устойчивость к воздействию на них разнообразных агентов, разрушающих или модифицирующих нуклеиновые кислоты. Трансфекция нуклеиновых кислот, в небольшом количестве обнаруженных в препарате, в эмбриональные фибробласты мышей, не привела к амплификации этого агента в культуре клеток. Эксперименты по заражению мышей полученными нуклеиновыми кислотами, путём введения их в селезёнку, так же не дали положительного результата. Таким образом, складывалось впечатление, что нуклеиновые кислоты, в небольшом количестве содержащиеся в препарате, не были необходимы для размножения возбудителя скрепи.
Напротив, инфекционность полученных препаратов значительно снижалась под воздействием соединений денатурирующих (SDS, гуанидин тиоционат, мочевина), химически модифицирующих (диэтил пирокарбонат), или гидролизующих белки (трипсин, протеиназа К), что указывало на несомненную важность выделенного белка в жизненном цикле “необычного вируса”.
Стенли Прузинер постепенно убеждается в том, что получаемые результаты - не артефакт, и в 1982 г. решается суммировать все полученные данные в статье “Скепи вызывается неизвестными до настоящего момента инфекционными белковыми частицами” (“Novel proteinaceous infectious particles cause scrapie”), опубликованной в Science [Prusiner, S.B. (1982)]. В ней приводятся многочисленные результаты, полученные в лаборатории, а также в исследованиях других авторов, указывающие на то, что единственным функциональным компонентом нового инфекционного агента является белок. Для обозначения подобного нового инфекционного агента Стенли Прузинер предлагает новый термин прион (prion) – акроним, состоящий из букв словосочетания proteinacious infectious particles (инфекционные белковые частицы).
Публикация статьи вызвала бурю негодования. Основная масса вирусологов отнеслась к полученным результатам с недоверием, а некоторые исследователи скрэпи и СКЯ были откровенно разгневаны. Тем не менее, нуклеиновую кислоту “вируса скрепи” так никому и не удавалось обнаружить. По признанию Стэнли Прузинера, в тот момент он сам, возможно, сильнее всех верил, в то, что нуклеиновая кислота вскоре будет обнаружена и термин “прион” исчезнет так же как появился [^ a b c "Stanley B. Prusiner - Autobiography". NobelPrize.org. Retrieved 2007-01-02.].
В 1984 г. в лаборатории Стэнли Прузинера удаётся получить полностью очищенный белок возбудителя скрепи, названный PrP (prion protein, прионный белок), и описать его физико-химические свойства [Prusiner, S.B., at al. (1984)].
В 1985 г. другой группой учёных в цитоплазме клеток были обнаружены мРНК, кодирующие PrP, при этом было показано, что уровень экспрессии PrP в здоровых и больных клетках не отличается. В этом же году в лаборатории Прузинера обнаруживают ген, кодирующий белок PrP (PRNP) [Oesch B., at al. (1985)], а в 1986 г. расшифровывают его последовательность [Kretzschmar, H.A., at al. (1986)]. Довольно скоро в лаборатории Призинера было показано, что PrP, кодируемый клеточным геном, и в норме синтезируемый в клетке, отличается по свойствам от PrP 27-30. Клеточный PrP, в отличие от PrP 27-30, оказывается протеазочувствительным и растворимым в неденатурирующих детергентах. Для обозначения новой изоформы PrP было введено обозначение PrPC (PrP cellular, PrP клеточный), инфекционная же изоформа PrP, накапливающаяся в тканях мозга больных животных была обозначена как PrPSc (PrP scrapie, PrP скрепи) [Basler, K., at al. (1986); Meyer, R.K., at al. (1986)]. Впоследствии, в 1994-1995 гг. в лаборатории Вейсманна было продемонстрировано, что мыши, лишённые гена PRNP, устойчивы к заражению скрепи [Weissmann, C., Flechsig, E. (2003)].
В последствии было показано, что PrPSc прочно ассоциирован с прионными заболеваниями, и образует в нервных тканях в ходе развития трансмиссивных губчатых энцефалопатий амилоидные фибриллы на подобии тех, которые образует пептид бета-амилоида 1-42 при развитии болезни Альцгеймера. Таким образом “медленные вирусные инфекции” оказались особой экзотической формой амилоидных заболеваний [Aguzzi, A., Polymenidou, M. (2004)].
Рис. 5. Стенли Прузинер получает нобелевскую премию из рук Его Величества, Короля Шведции
Важным событием было распространение губчатой энцефалопатии коров («коровьего бешенства») в Великобритании, эпидемия которого была сначала в 1992—1993 гг, а потом и в 2001 г охватила несколько европейских государств, но тем не менее экспорт мяса во многие страны не был прекращён. Заболевание связывают с использованием «прионизированной» костной муки в кормах и премиксах, изготовленной из туш павших или заболевших овец, возможно, и не имевших явных признаков скрепи.
На данный момент остаются неизученными до конца структура амилоидных фибрилл PrP, а также механизм проникновения и переноса инфекционных частиц в организме. В 1997 г. Стенли Прузинер за открытие и исследование прионных белков был удостоен нобелевской премии в области физиологии и медецины.
При составлении обзора использовались материалы, размещённые на сайте www.wikipedia.org.
Комментариев нет:
Отправить комментарий