UCSF Wissenschaftler haben gezeigt, für das erste Mal, dass eine Änderung in der gefalteten Form eines Prion-Protein Änderungen ihrer infektiösen Eigenschaften - einschließlich der Prionen in der Lage ist, springen "Arten Hindernisse." Die Forschung, die sich auf Studien von Prion-Infektiosität in Hefe, löst eines der großen Rätsel über Prionen:
Wenn sie sind infektiöse Proteine nicht mit genetischem Material von ihren eigenen und nicht in der Lage zu mutieren genetisch, wie kann eine einzige Prionen gibt es in verschiedenen Stämmen, dass kann dazu führen, dass verschiedene Krankheiten? Das Puzzle hat einige zu bezweifeln, dass ein Protein allein Ursachen Rinderwahnsinn und der damit verbundenen Krankheiten.
Um die Vereinbarkeit von der Existenz von Prion-Stämme mit der "Protein-only"-Hypothese von Prionen-Vermehrung, Wissenschaftler hatte vorgeschlagen, dass eine einzige Protein kann misfold in mehrere verschiedene infektiöse Konformationen: eins für jede andere Art von Prionen-Stamm.
Die neue Feststellung bestätigt diese Ansicht. Es zeigt, dass die Form ändern Konten für Stamm Unterschiede, und es legt den Grundstein für die Forschung, um festzustellen, die physische Unterschiede, die es ermöglichen ein Prion, um ihre Form verändern und dazu führen, dass verschiedene Krankheiten. Antworten können dazu führen, dass Strategien zur Sperrung der Falten oder seine Route zu Krankheit, die Wissenschaftler sagen.
Die UCSF Entdeckung erscheint in der 18. März-Ausgabe von Nature. Ein zweites Papier in der gleichen Ausgabe der Zeitschrift von Wissenschaftlern an der Florida State University erreicht ähnlichen Schlussfolgerungen.
Ein News und Views Kommentar in der Natur über die zwei Forschungsergebnisse dem Schluss, dass die Arbeit fest stellt die Verbindung zwischen den verschiedenen Prion-Formen und verschiedenen Prion-Stämme.
Ein Prion ist gedacht Krankheit zu verursachen, indem sie andere Proteine sich, seine verzerrte Form und Formulare genannt amyloids. UCSF die Stanley Prusiner, MD, erhielt 1997 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für die Entdeckung der Prionen und die zugrunde liegenden Prinzipien ihrer Art der Maßnahme.
Verschiedenen Stämmen des Säugetier-Prionen spielen eine wichtige Rolle bei der Bestimmung des Ausmaßes, in dem ein Prion-pathogen ist. In Säugetiere, verschiedene Stämme der gleichen Prion-Protein dazu führen, dass Rinderwahnsinn, Scrapie und die damit verbundenen Creutzfeldt-Jakob-Krankheit (CJD), die alle, die zu Invalidität führenden neurologischen Schäden bekannt als übertragbare spongiforme enchephalopathy.
Studieren die mögliche Verbindung zwischen Säugetieren Prion-Form und Stämme hat sich als sehr schwierig, aber drei verschiedene Prionen wurden auch in Hefe, ein leistungsfähiges Modell in der Forschung im Hinblick auf das Verständnis der menschlichen genetischen Mechanismen. Die UCSF Studie gilt der vielseitige Organismus zu Studien von Proteinen und Prion-Infektiosität.
"Die Existenz verschiedener Prion-Stämme wurde eins der faszinierendsten und rätselhafte Eigenschaften von Prion-Biologie", sagte Jonathan Weissman, PhD, ein Howard Hughes Medical Institute Investigator und Professor für zelluläre und molekulare Pharmakologie an UCSF. Weissman ist Senior Autor des Papiers.
"Mit diesen Studien haben wir jetzt zwingende Beweise dafür, dass die Fähigkeit der Proteine an misfold in mehrere Amyloid-Formen stellt die physikalische Grundlage der Stamm Phänomen. Die Herausforderung besteht nun darin, zu verstehen, was unterscheidet die verschiedenen Strukturen in den verschiedenen Prion-Stämme, und wie diese unterschiedlichen Strukturen ändern, ein Prion-Eigenschaften - auch, wie gefährlich sie sind. "
In ihrem Labor am UCSF der Mission Bay Campus, Weissman und seine Kollegen eingeführt misfolded Formen der Hefe ein Prion-Protein in normalen (Prion-free) Hefe.
Die Hefezellen waren gewachsen unter Bedingungen, die zu normalen Hefe Organismen zu bilden kleine, rote Kolonien, während die Hefe mit Prionen infiziert, als [PSI], bilden Kolonien von verschiedenen Farben. Sie fanden heraus, dass die Einführung des misfolded Prion-Form ergab Hefe "infiziert" mit dem [PSI] Prion.
Wie Prionen, die dazu führen, dass Säugetier-Krankheit, die Prionen in Hefe natürlich gibt es in verschiedenen Formen oder Stämme. Um die Verbindung zwischen Prion-Stämme und die Konformation des misfolded Proteine in der Amyloid-Blätter, die Forscher erste generiert amyloids bei verschiedenen Temperaturen.
-Studiums an der Schmelztemperaturen der Prionen und ihren Widerstand gegen Aufteilung von Enzymen darauf hin, dass die Bedingungen, die Prionen mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften.
Weissman und seine Kollegen ein auch eingefügt biophysikalischen Sonde in regelmäßigen Abständen entlang der Prion der Aminosäure-Kette - eine Art Leuchtfeuer, die Abholung durch eine Technik namens Elektronen-paramagnetischer-Spektroskopie. Dieses Verfahren gezeigt, dass die Proteine, die bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche Formen haben.
Sie dann infizierten lebenden Hefe mit den verschiedenen Konformationen und fand deutliche Unterschiede: Infektion mit amyloids bildeten auf die niedrigste Temperatur führte zu den "starken", hoch ansteckende [PSI] Stamm, während die Infektion mit amyloids, das auf dem höheren Temperaturen in erster Linie produziert eine Alternative [ PSI] Stamm, als "schwach". Einmal infiziert, die Hefe, könnte man auf diese verschiedenen Prion-Stämme zu Generation nach Generation.
Die Studien zeigen, dass eine einzige infektiöse Proteine können die verschiedenen, unterschiedlichen, selbst-Vermehrungs-Formen und Konformationsänderungen, dass diese Unterschiede zugrunde liegen die Unterschiede in der Prion-Stämme, die Wissenschaftler schließen. Seit früheren Arbeiten in der Weissman Labor hatten gezeigt, dass verschiedene Prion-Stämme haben unterschiedliche Fähigkeiten zum Sprung von einer Spezies auf eine andere, die neue Feststellung zeigt, dass Prion-Form liegt diese Fähigkeit.
"Bis jetzt war es sehr schwierig zu unterscheiden, die Funktionen, die wir sehen, in einem Reagenzglas sind nur Kuriositäten und die sind wirklich von grundlegender Bedeutung für das Verständnis Prion Biologie," sagte Weissman.
"Der Schlüssel voraus in diesen Studien ist, dass wir können jetzt erstellen Prionen im Reagenzglas aus reinem Proteine und sie zu" infizieren "Hefe. Wir können nun nahtlos an in-vitro-Experimente zum Verständnis, wie Prionen-Funktion in lebenden Organismen, und dies erlaubt es uns, erforschen grundlegende Fragen darüber, wie Prionen wachsen und sich auch, warum Prionen in der Lage sind, manchmal zu springen Arten Hindernisse. "
Lead-Autor auf dem Papier ist Motomasa Tanka, PhD, Postdoc-Wissenschaftlerin in Weissman's Lab. Co-Autoren sind Peter Chien, PhD, ein ehemaliger Doktorand im Labor; Roger Cooke, PhD, Professor für Biochemie und Biophysik am UCSF; und Nariman Naber, PhD, in Cooke's Lab.
Die Forschung wurde von der Howard Hughes Medical Institute, der National Science Foundation, die ARCS-Stiftung, die National Institutes of Health und der David und Lucille Packard Foundation.
Kontakt: Wallace Ravven
wravven@pubaff.ucsf.edu
415-476-2557
University of California - San Francisco