课程考核目的：给同学们一个展示自己所学习知识的平台。考查形式：课堂出勤，课程论文论文格式：原创声明中文标题中英文摘要中英文关键词中英文正文前言 500字正文1 400字正文2 400字正文3 400字正文结论及展望 300字文献5-10篇Date1Wuhan University of Technology Xie H.FLS Lecture 6 Prions主讲教师：谢浩Date2Wuhan University of Technology Xie H.Date3Wuhan University of Technology Xie H.Prion 疾病(prion disease) 疯牛病(Bovine spongiform encephalopathy, BSE) 克雅病(Creutzfeldt-Jacob disease, CJD) 物种间传播 - ransmission from one species to another - the “species barrier“ 食物是否安全 - The important question now is of course “is food now safe from contamination with BSE and hence from a risk of contracting CJD?“ - No evidence to show safety or not (low or high risk instead). 政治和经济因素 - Political and economic issues UK, EU, USA, Japan Date4Wuhan University of Technology Xie H.Stanley B. PrusinerThe 1997 Nobel Prize winner in Physiology or Medicine for his discovery of “Prions - a new biological principle of infection“.Date5Wuhan University of Technology Xie H.1.Prion的生物学特征2.Prion的传染性与遗传性3.Prion疾病的发病机制与病理变化4.Prion疾病的临床表现5.Prion疾病的实验室检查6.Prion疾病的治疗及预防OutlineDate6Wuhan University of Technology Xie H.FLS 6-1 Prion的生物学特征Date7Wuhan University of Technology Xie H.Prion理化性质；Prion具有非常的理化特性，能使核酸失活的物理 方法(如煮沸、紫外线照射、电离辐射等)和化学 方法(如核酸酶、羟胺、锌离子作用)对其均无影 响，Prion感染后的提纯制备物亦测不到核酸，但 许多蛋白质变性剂可使其感染性不可逆地失活。 因此，Prion是一种缺乏核酸的蛋白质因子。Date8Wuhan University of Technology Xie H.Prion生物学特性Prion是一分子量为33kD 35kD的糖蛋白，Prion蛋白 (prion protein，PrP)由 254个氨基酸组成(人类PrP为 253个氨基酸)。研究发现，PrP存在异构体，既PrPc和 PrPsc。PrPc是存在于正常组织的功能还不清楚的糖蛋白 ，对蛋白酶敏感，不致病，PrPsc分子量为27kD一30kD， 对蛋白酶有抗性，是可致病蛋白质。在正常脑组织中只有 PrPc，没有PrPsc，而患病大脑中则既有PrPc，又有PrPsc 。尽管这两种PrP的氨基酸序列相同，但其立体构象却不 一致。PrPc螺旋高达42，片层仅 3，而PrPsc却 相反，螺旋仅3，而片层则高达43。这种构象的 差异导致了化学性质和生物学作用的明显不同。Prion不 含核酸，它如何复制，现尚无定论。Date9Wuhan University of Technology Xie H.Global view of the amino acid sequence of PrPDate10Wuhan University of Technology Xie H.分子生物学不论动物抑或人类，Prion由宿主染色体上一个单 拷贝基因编码，人Prion基因 (PRNP)位于20号染 色体的短臂上，小鼠Prion基因则位于2号染色体 上。人PRNP的突变常发生在第32、48、56、72位 密码子处，多为重复片段的插入或点突变，突变 的结果是使Prpc分子转变成PrPsc。Date11Wuhan University of Technology Xie H.What does normal PrP do?a copper-binding protein that “feeds” copper to super oxide dismutase? Brown, 2001. Brain Res. Bull 15:165-73 conserved in mammals, minor amino acid differences in proteins from different species not essential (TG mice)Date12Wuhan University of Technology Xie H.FLS 6-2 Prion的传染性与遗传性Date13Wuhan University of Technology Xie H.Prion不仅有传染性，而且有遗传性。CJD主要是通过医源性方式传播 有报道，一些接受过人生长激 素和人促性腺激素治疗的人发生了 CJD。器官移植已肯定是传 播CJD的一个危险因素，而输血能否传播CJD，以及是否存在母 婴传播，亦引起了人们关注。食物传播 亚急性中枢神经系统变性疾病kuru病：新几内亚东部 高原偏僻部落的土著人生吃人脑导致。牛海绵状脑病(BSE)： 英国健康牛吃了含有致病因子Prion导致。1996年，英国报道新 型CJD(nvCJD)。nvCJD与BSE之间存在着密切的联系。到目前为 止，还只能说BSE有可能传染给人，但不能肯定。遗传 10左右的Prion疾病呈家族性，使人们认识到遗传因素 在这类疾病的发生上起了重要作用。 Prion病的遗传性是由编 码Prpc的基因发生插入或点突变引起。Date14Wuhan University of Technology Xie H.TransmissibilityArtificial transmission Intra-specific Sheep and goats Humans (CJD) Hormone supplementation Corneal transplantsInter-specific Usually able to take within the genus Kuru and CJD in apes and, importantly, in Guinea pigs Rapid onsets CJD still active after 10 yrs in formalin Scrapies in mice, hamsters, ferrets, mink, and monkeys (but not transmissible to great apes and rabbits) May possibly be identical to mad cow disease.Date15Wuhan University of Technology Xie H.FLS 6-3 Prion疾病的发病机制与病理变化Date16Wuhan University of Technology Xie H.Prion病的发病机制尚不明确，目前认为，Prpc转化为Prpsc是 Prion病发生的基本条件，Prpsc的蓄积是Prion病产生的始动环节 。一般认为，Prion是通过免疫细胞，包括淋巴细胞和树突状细胞 ，被运输到网状内皮系统，如脾脏。但认为Prion从网状内皮系统 到中枢神经系统不可能由淋巴细胞完成，因为淋巴细胞通常是不 能穿过血脑屏障的，而是类似于狂犬病毒和疱疹病毒，Prion经周 围神经途径侵入中枢。所有Prion疾病都具有类似的神经病理变化，包括弥漫性神经细胞 丢失、反应性胶质细胞增生、淀粉样斑块形成和神经细胞空泡形 成，这些变化使得病理切片上观察到的脑组织呈海绵状改变，故 此类疾病亦称为“传染性海绵状脑病。大体形态改变是非特异性 的，主要为脑皮质和小脑的萎缩，CJD的海绵状变性区域十分广 泛，可以发生在中枢皮层、豆状核、尾状核、丘脑、海马、脑干 和脊髓。Date17Wuhan University of Technology Xie H. 1997: Stanley Prusiner proposed a link between kuru, CJD, scrapie and BSE. -Proposed that “prion” was responsible for spongiform manifestations in BSE-infected patientsDEFINITION: PRION = Proteinaceous Infectious ParticlesPrion protein exists in two forms:PrPc vs. PrPscDate18Wuhan University of Technology Xie H.Date19Wuhan University of Technology Xie H.PrPcPrPsckfolding-ckfolding-sckunfolding-sckunfolding-cIntermediates?Date20Wuhan University of Technology Xie H.Prion folding model as link between chemistry and biology What do folding rates and equilibrium constants mean?If a protein has stability of 7 kcal mol-1, how many molecules are unfolded at 37oC?Would you expect PrP to be more or less stable than other proteins?Folded UnfoldedKeqDate21Wuhan University of Technology Xie H.One protein: Two structuresPrPc“NORMAL”conformationPrPsc“BAD”conformationDate22Wuhan University of Technology Xie H.Not all pretty pictures can be trusted!Based on NMR results Proposed based on low- resolution structural studiesDate23Wuhan University of Technology Xie H.“Life