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Qual é a diferença entre príons e proteínas semelhantes a príons?

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Se eu adicionasse um domínio príon a uma proteína, isso tornaria a proteína uma proteína semelhante ao príon ou seria considerada um príon naquele ponto?

Estou tentando entender o que são príons, como se agregam e a que formas macroscópicas se adaptam (ou seja, um anel versus micelas menores).

Muito obrigado!


Meu entendimento é que a principal qualidade de um príon é que ele se comporta como um príon nas células - a lógica é um pouco circular.

Alguns desses critérios para agir como um príon (em leveduras, onde os príons são mais comuns):

  1. Reproduz-se por "modelagem" (redobramento de versões sem príon de si mesmo em versões príon)
  2. Sensível a agentes desnaturantes de proteínas (que eliminam a conformação da proteína príon).
  3. Dependência de chaperonas de proteínas que reproduzem príons liberando oligômeros príon de agregados príon maiores. Esses oligômeros vão "semear" novos agregados de príons.
  4. Forma agregados de proteínas insolúveis que consistem em muitas cópias da proteína príon.

Uma sutileza importante aqui é que proteínas com sequência de aminoácidos idêntica podem ser príon e não príon na mesma célula. É uma consequência bioquímica de uma estrutura de proteína específica, em vez de simplesmente uma característica da sequência da proteína. Assim, um domínio príon confere a capacidade de se tornar um príon, não necessariamente o próprio "prião". Este artigo da Scientific American pode ser útil em relação a esse ponto.

Como um exemplo de como esses critérios são aplicados, este artigo usa alguns métodos bioquímicos e genéticos para rastrear a presença de novos príons em leveduras selvagens.

Como uma revisão de como os príons oligomerizam e formam seus agregados clássicos, este artigo pode ser útil.

É certamente verdade que a criação de proteínas de fusão com domínios príon candidatos é uma forma comum de confirmar que esses domínios são competentes para se tornarem príons (ver, por exemplo, este artigo). Mas geralmente há um padrão mais alto de evidência para mostrar que alguma proteína é realmente um príon - geralmente demonstrando a existência de agregados de proteína hereditários mencionados no ponto (4).

Espero que ajude.


Proteínas semelhantes a príons como dispositivos epigenéticos de adaptação ao estresse

As modificações epigenéticas permitem que as células alterem rapidamente sua expressão gênica e se adaptem a diferentes estresses. Além das modificações diretas da cromatina, proteínas semelhantes a príons surgiram recentemente como um sistema que pode sentir e adaptar a resposta celular a condições estressantes. Curiosamente, essas respostas são mantidas por meio de conformações autotemplantes de príons e transmitidas à progênie da célula que estabeleceu uma característica príon. Alternativamente, os mnemons são proteínas semelhantes a príons, cujo interruptor conformacional codifica memórias de eventos passados ​​e ainda não se propagam para células-filhas. Nesta revisão, exploramos a biologia dos príons recentemente descritos encontrados em Saccharomyces cerevisiae Incluindo [ESI + ], [SMAUG + ], [GAR + ], [MOT3 + ], [MOD + ], [LSB +] bem como o mnemon Whi3. A reversibilidade dos fenótipos que codificam permite que as células removam características que não são mais adaptativas sob o alívio do estresse e as chaperonas desempenham um papel fundamental em todas as etapas das funções das proteínas semelhantes a príons. Assim, a interação entre chaperones e proteínas semelhantes a príons fornece uma estrutura para estabelecer respostas a ambientes desafiadores.


Proteínas semelhantes a príons causam doenças

Ed Yong
3 de março de 2013

O hnRNPA2 normal permanece no núcleo das células musculares da mosca (à esquerda), mas as formas mutantes também são encontradas em todo o citoplasma (à direita). Fonte, J. Paul Taylor. Indivíduos com uma síndrome hereditária rara chamada proteinopatia multissistêmica (MSP) abrigam proteínas com comportamento incorreto que se dobram incorretamente, mudam a forma das proteínas circundantes e se agrupam & mdashmuito da mesma forma que os príons causadores de doenças. Os resultados, publicados hoje em Natureza, sugerem que as cerca de 250 proteínas humanas com domínios semelhantes a príons também podem estar envolvidas em doenças do cérebro ou de outros órgãos.

"É um artigo forte", disse Lary Walker, da Emory University, que estuda o papel das proteínas mal dobradas na doença de Alzheimer e não estava envolvido no trabalho. & ldquoEles apresentam um caso convincente para o envolvimento dessas proteínas mutantes na doença. & ldquo

“É provável que a agregação de proteína semeada apareça em muitas outras doenças do cérebro e em outras partes”, acrescentou. & ldquoRNA-binding.

Pessoas com MSP sofrem de uma perda constante de tecido cerebral, muscular e ósseo, bem como de neurônios motores. Eles experimentam os sintomas conjuntos de várias doenças, como doença de Lou Gehrig (ALS), doença óssea de Paget e demência frontotemporal.

As causas do MSP são bastante misteriosas. Estudos anteriores mostraram que as mutações em um gene chamado VCP pode levar a MSP, mas J. Paul Taylor, do St. Jude Children’s Research Hospital, encontrou duas famílias com muitos membros afetados e nenhum sinal de mutações VCP. Sua equipe, co-liderada por James Shorter da Universidade da Pensilvânia, sequenciou seus exomas e identificou novas variantes que foram encontradas apenas nos indivíduos afetados - uma no gene hnRNPA2B1 e outra em hnRNPA1. Quando introduzidos em ratos e moscas, eles causaram o mesmo tipo de perda muscular observada em pacientes humanos MSP.

Ambas as mutações converteram o aminoácido valina em outro aminoácido chamado aspartato, e ambas afetam partes das proteínas que são semelhantes a domínios em príons - proteínas infecciosas mal dobradas que também se agrupam e causam doenças cerebrais. Esses “domínios semelhantes aos príons” são encontrados em cerca de 250 proteínas humanas, e este estudo é a indicação mais clara de que eles podem desempenhar um papel na doença.

Domínios semelhantes a príons normalmente assumem uma forma frouxa e desdobrada, mas as principais mutações permitem que eles atuem como zíperes moleculares. Quando encontram um parceiro, eles se fecham, transformando-se de uma estrutura flexível e desordenada em uma molécula rígida, transformando proteínas de livre flutuação em grandes aglomerados. Da mesma forma, as proteínas mutantes identificadas no novo estudo também podem forçar versões normais das proteínas hnRNPA2B1 e hnRNPA1 em uma estrutura mais ordenada e semear novos clusters.

Na fisiologia normal, proteínas com domínios semelhantes ao príon se reúnem para criar estruturas temporárias chamadas grânulos de RNA, que são necessárias para controlar o RNA. Por exemplo, durante condições estressantes, os grânulos de RNA interrompem o uso de genes desnecessários, prendendo os RNAs relevantes. Quando as condições são melhores, os grânulos se desmontam e liberam sua carga útil presa. Shorter e Taylor suspeitam que as duas mutações que descobriram impedem os grânulos de se desmontar, "o que em última análise leva à doença", disse a dupla em um e-mail para O cientista.

Shorter e Taylor pensam que estudar mais famílias com MSP pode ajudar a revelar o papel de outras proteínas com domínios semelhantes ao príon. “Já identificamos cerca de 2 dúzias de famílias semelhantes, a maioria encaminhadas por colegas clínicos, e estamos sequenciando-as agora mesmo”, disseram eles.

H. J. Kim et al., "Mutations in prion-like domains in hnRNPA2B1 and hnRNPA1 cause multisystem proteinopathy and ALS", Natureza, doi: 10.1038 / nature11922, 2013.


Enrolamento incorreto de proteínas em doenças do príon e semelhantes: reconsiderando um papel necessário para a perda de função da proteína

A pesquisa da doença de príon tem contribuído muito para a compreensão de outras doenças neurodegenerativas, incluindo demonstrações recentes de que a doença de Alzheimer (DA) e outras doenças neurodegenerativas são semelhantes a príons. Doenças semelhantes a príons envolvem a propagação da degeneração entre indivíduos e / ou entre células ou tecidos por meio do dobramento incorreto direcionado a um modelo, em que os conformadores de proteínas com dobramento incorreto propagam doenças fazendo com que as proteínas normais se dobrem incorretamente. Aqui, usamos a premissa de que DA, esclerose lateral amiotrófica, doença de Huntington e outras doenças semelhantes são semelhantes a príons e perguntamos: Podemos aplicar o conhecimento obtido a partir de estudos dessas doenças semelhantes a príons para resolver debates sobre doenças príon clássicas? Enfocamos as controvérsias sobre o (s) papel (es) que a perda de função da proteína pode ter nas doenças de príons porque isso tem implicações terapêuticas, incluindo para a DA. Examinamos quais eventos de perda de função são reconhecíveis em doenças semelhantes a príons, considerando as funções normais das proteínas antes de seu dobramento incorreto e agregação. Em seguida, delineamos cenários em que o ganho de função e / ou a perda de função seriam necessários ou suficientes para a neurodegeneração. Consideramos os papéis da perda de função do PrPC em doenças de príon e na DA e concluímos que a sabedoria convencional de que as doenças de príon são 'doenças de ganho de função tóxico' tem limitações. Embora as doenças por príons certamente tenham exigido componentes de ganho de função, propomos que os fenótipos da doença são predominantemente causados ​​por déficits na fisiologia normal de PrPC e seus parceiros de interação à medida que o PrPC se converte em PrPSc. Nesse modelo, o ganho de função serve principalmente para disseminar doenças, e a perda de função medeia diretamente a disfunção neuronal. Propomos experimentos e previsões para avaliar nossa conclusão. Estudos adicionais sobre os papéis fisiológicos normais dessas proteínas-chave são necessários.

Palavras-chave: Doença de Alzheimer Doença de Huntington precursor da proteína β-amiloide esclerose lateral amiotrófica doenças do príon da proteína huntingtina doenças de dobramento incorreto da proteína superóxido dismutase 1 tauopatias da proteína tau.


Príons vs Viróides

Príons e viróides são partículas infecciosas que causam doenças em animais e plantas, respectivamente. Os príons são pequenas moléculas de proteínas infecciosas que causam doenças em animais. Os príons não contêm ácidos nucléicos. Viróides são patógenos de plantas que possuem apenas uma molécula de RNA circular de fita simples. Os viróides não codificam nem contêm proteínas. Esta é a diferença entre príons e viróides.

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Referências:

1. & # 8220Prions and Viroids & # 8211 Boundless Open Textbook. & # 8221 Boundless. Boundless, 26 de maio de 2016. Web. Disponivel aqui. 23 de junho de 2017.
2. Diener, T. O., M. P. McKinley e S. B. Prusiner. & # 8220Viroides e príons. & # 8221 Procedimentos da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos da América. Biblioteca Nacional de Medicina dos EUA, setembro de 1982. Web. Disponivel aqui. 23 de junho de 2017.

Cortesia de imagem:

1. & # 8220Prion subdomain-colored sec structure & # 8221 Por Cornu (conversa) 19:04, 5 de junho de 2009 (UTC) & # 8211 Própria obra (CC BY 2.5) via Commons Wikimedia


O PAPEL DOS AGREGADOS CPEB3 NA SÍNTESE LOCAL DE PROTEÍNAS

Uma conversão semelhante a príon de CPEB3 evidente na levedura também ocorre no cérebro e, em caso afirmativo, a que função ela desempenha? Fioriti et al. (2015) descobriram que no estado basal o CPEB3 se liga e reprime a tradução de seus mRNAs alvo no cérebro, como as subunidades do receptor de ácido α-amino-3-hidroxi-5-metil-4-isoxazolpropiônico (AMPA) GluA1 e GluA2 (Huang et al. 2006 Pavlopoulos et al. 2011). Por sua vez, o CPEB3 promove a tradução do receptor AMPA (AMPAR) após a monoubiquitinação pela ubiquitina ligase neuralizada (Pavlopoulos et al. 2011). Juntos, esses dados sugerem que o CPEB3 pode atuar como um repressor no estado basal e pode ser convertido em um ativador na agregação por modificação pós-tradução.

Isso levantou a questão: como o CPEB3 muda de um estado para o outro, de repressor para ativador da tradução? Da mesma forma, ao que foi observado em Aplysia e Drosophila, Fioriti et al. descobriram que o CPEB3 do camundongo forma agregados na ativação sináptica em cultura, bem como na realização de uma tarefa comportamental in vivo. Além disso, o papel duplo na tradução, a mudança de repressão para ativação, está correlacionado com a mudança de CPEB3 de uma forma solúvel para uma forma agregada. A propensão de CPEB3 a formar agregados deriva de seu domínio do terminal amino, que compreende, como vimos, duas regiões ricas em glutamina e uma sequência de baixa complexidade, que se prevê ser mal estruturada e formar agregados (Fiumara et al. 2010 )

A persistência de plasticidade sináptica e armazenamento de memória requer síntese de proteínas mediada por CPEB3 no hipocampo

Para determinar o papel do CPEB3 na persistência da plasticidade sináptica e da memória, Fioriti et al. (2015) gerou uma cepa knockout condicional de CPEB3 e pesquisou a contribuição de CPEB3 para a manutenção da memória. Eles descobriram que a síntese de proteínas mediada por CPEB3 é necessária para manutenção, mas não para aquisição de memória (Fig. 11). O déficit de memória é observado em dois paradigmas comportamentais diferentes, reconhecimento de objeto espacial e a tarefa do labirinto aquático de Morris, sugerindo que os processos mediados pelo CPEB3 são necessários para diferentes tipos de tarefas de aprendizagem espacial baseadas no hipocampo. Fioriti et al. (2015) também descobriram que o CPEB3 perde sua capacidade de manter a plasticidade sináptica de longo prazo e a memória de longo prazo se seu domínio amino terminal semelhante a príon for excluído. Fioriti et al., Portanto, propõe que, assim como o Aplysia CPEB e o Drosófiloum Orb2A, CPEB3 pode sustentar a persistência da memória por meio de uma mudança de conformação induzida por estímulo, que causa agregação de proteína e uma mudança na função que permite a tradução aprimorada de mRNAs alvo de CPEB3, como as subunidades AMPAR GluA1 e GluA2.

Camundongos knockout condicional da proteína 3 de ligação ao elemento de poliadenilação citoplasmática (CPEB3) apresentam deficiência (UMA) manutenção da plasticidade sináptica dependente de dopamina, e (B) memória de longo prazo. LTP, WT de potenciação de longo prazo, KO de tipo selvagem, DG knockout, giro dentado.

Esses resultados fornecem a primeira evidência de um mecanismo semelhante ao príon para sustentar a memória no cérebro do camundongo durante a consolidação e manutenção.

SUMOilação inativa, enquanto a ubiquitinação ativa CPEB3

A natureza dominante dos agregados CPEB3 característicos de outros príons funcionais relacionados ao CPEB levou Drisaldi e colegas (2015) a pesquisar restrições inibitórias que podem ser importantes na regulação da formação de agregados. Eles descobriram que um pequeno modificador semelhante à ubiquitina ou SUMOilação de CPEB3 atua em uma restrição inibitória. Em seu estado basal, o CPEB3 é SUMOilado nos neurônios do hipocampo e em sua forma SUMOilada o CPEB3 é monomérico e atua como repressor da tradução. Após a estimulação neuronal, o CPEB3 é convertido em uma forma ativa, que está associada a uma diminuição da SUMOilação e a um aumento da agregação. Uma proteína CPEB3 quimérica fundida a SUMO evita que a proteína se agregue e ative a tradução de mRNAs alvo. Essas descobertas sugerem um modelo em que SUMO regula a tradução de mRNAs e a plasticidade sináptica modulando a agregação de CPEB3

Como a SUMOilação o mantém em um estado inativo, o que ativa o CPEB3? Pavlopoulos et al. descobriram que CPEB3 é ativado por Neuralized1, uma ubiquitina ligase E3 (Pavlopoulos et al. 2011). CPEB3 interage com Neuralized1 em dendritos de neurônios adultos do hipocampo. Em camundongos com superexpressão de Neuralized1, especificamente no prosencéfalo, os níveis de CPEB3 monomérico estão aumentados no hipocampo, enquanto CPEB1 e CPEB4 não são afetados. Pavlopoulos et al. descobriram que CPEB3 interage com Neuralized1 por meio de seu domínio amino-terminal semelhante a príon, e que essa interação leva à monoubiquitinação e consequente ativação de CPEB3. Surpreendentemente, a superexpressão de Neuralized1 ativa CPEB3 em neurônios do hipocampo em cultura (Fig. 12).

A modulação da proteína 3 de ligação ao elemento de poliadenilação citoplasmática (CPEB3) por Neuralized1 (Neurl1) e ubiquitina altera o número de espinhos em cultura de neurônios do hipocampo. A modulação é bloqueada pela remoção dos domínios do tipo prião ou ubiquitina ligase. Dendritos de neurônios do hipocampo cultivados expressando proteína fluorescente verde aprimorada (EGFP) sozinha (controle) ou EGFP e as proteínas indicadas são mostrados. A densidade média de espinhos também é mostrada. (De Pavlopoulos et al. 2011 reimpresso, com permissão, de Elsevier © 2011.)

Estes resultados sugerem um modelo pelo qual a ubiquinação mediada por Neuralized1 facilita a plasticidade do hipocampo e o armazenamento da memória dependente do hipocampo ao modular a atividade de CPEB3 e a síntese de proteínas dependente de CPEB3. Em resposta à atividade sináptica, os níveis proteicos de Neuralized1 são aumentados, levando à ubiquinação e ativação de CPEB3, e conseqüente produção de componentes sinápticos críticos para a formação de novas conexões sinápticas funcionais. Como o CPEB3 pode ser SUMOilado, bem como ubiquitinado, a relação entre essas duas modificações pós-tradução é de interesse.

Finalmente, embora a evidência para um papel plausível de conversão semelhante a príon de CPEB neuronal na memória de longa duração esteja crescendo, ainda várias questões importantes permanecem sem resposta. A persistência da memória requer a presença contínua do estado semelhante ao príon? A decadência da memória coincide com o desaparecimento do estado semelhante ao príon, e pode uma memória transitória ser estabilizada por recrutamento artificial do estado semelhante ao príon? O estado semelhante ao príon mantém o estado alterado da síntese de proteínas em um subconjunto de sinapses por toda a duração de uma memória? Quais são as consequências bioquímicas da conversão semelhante ao príon no nível translacional?

Príons funcionais tendem a ter uma estrutura distinta

Uma observação fascinante em particular a emergir desses estudos é que várias espécies CPEB em Aplysia, Drosophila, e os camundongos podem formar agregados prionogênicos funcionais nos neurônios adultos maduros que suportam a memória, enquanto outros príons e amilóides formados por uma série de outras proteínas no sistema nervoso causam déficit cognitivo e neurodegeneração. Como esses dois resultados diametralmente opostos podem ser reconciliados? A resposta mais simples e provável são algumas diferenças estruturais inerentes entre amilóides e príons funcionais e tóxicos. No entanto, as características estruturais e moleculares específicas, se houver, que distinguem príons funcionais de príons patológicos não são conhecidas atualmente.

Verificou-se que os príons convencionais têm uma estrutura rica em folhas β, e a transição estrutural das formas solúveis para as agregadas ocorre por meio de transições estruturais não controladas e consequente dobramento incorreto e agregação. Com príons funcionais, como Aplysia CPEB, Drosófila Orb2 e CPEB3, a conversão de um estado para outro é regulada por sinais fisiológicos. Para procurar uma diferença entre as duas classes de príons - patogênicos e funcionais - Fiumara et al. (2010) pesquisaram outros tipos de estruturas e descobriram que, além da folha β, existem hélices α em espiral ApCPEB que podem mediar a oligomerização semelhante a príons. No entanto, ao contrário das folhas β, as bobinas em espiral respondem ao sinal ambiental e, portanto, são reguláveis ​​(ver Fiumara et al. 2010).

Raveendra et al. (2013) em seguida realizaram estudos estruturais mais aprofundados em ApCPEB usando ressonância magnética nuclear funcional (NMR). Consistente com os estudos de Fiumara et al., Esses estudos de NMR funcionais revelaram que o domínio semelhante ao príon não é apenas composto de folha β, mas também tem uma nova estrutura mista contendo trechos helicoidais e aleatórios da bobina. Esta visão de estrutura mista é consistente com estudos de bioinformática e mutagênese (Fiumara et al. 2010) que previram que o domínio príon rico em glutamina de ApCPEB tem uma propensão para formar estruturas helicoidais em espiral α. Este “modelo de estrutura mista” (Fig. 13) tem uma vantagem plausível, pois pode permitir que a folha β forme um andaime de eixo de fibra. Por sua vez, isso permitiria que os domínios do terminal carboxi fossem empilhados juntos, mas expostos e livres para se ligar ao mRNA na superfície da estrutura do eixo da fibra da folha β. Este modelo de estrutura mista permitiria a tradução coordenada da população de mRNAs inter-relacionados necessários para a estabilização do crescimento sináptico.

Um modelo de estrutura mista para agregação tipo príon de Aplysia proteína de ligação ao elemento de poliadenilação citoplasmática (ApCPEB) e síntese de proteínas. Os domínios de príon são empilhados, deixando o domínio de ligação de RNA exposto e livre para se ligar a RNAs mensageiros (mRNAs) na superfície do esqueleto do eixo da fibra da folha β. Isso pode permitir a tradução coordenada da população de mRNAs inter-relacionados necessários para a estabilização do crescimento sináptico (com base em Raveendra et al. 2013).

Uma Visão Geral: Príons Funcionais em Perspectiva

A compreensão de que as chaves conformacionais de proteínas poderiam fornecer um meio para a herança de fenótipos remonta a & gt20 anos (Wickner 1994). Embora os príons tenham sido inicialmente descobertos como agentes proteicos infecciosos associados a uma classe de doenças degenerativas fatais do cérebro dos mamíferos, a descoberta de príons fúngicos - que não estão associados a doenças - sugeriu pela primeira vez que os efeitos dos mecanismos de príon na fisiologia celular poderiam ser visto sob uma luz diferente. Os príons fúngicos como determinantes epigenéticos alteram uma variedade de processos celulares, incluindo o metabolismo e a expressão gênica (Tompa e Friedrich 1998 Eaglestone et al. 1999 True e Lindquist 2000 True et al. 2004 Halfmann et al. 2012). Essas mudanças levam a uma variedade de fenótipos associados a príons. Os dados que revisamos aqui fornecem um dos primeiros exemplos da existência de um interruptor conformacional de proteína semelhante ao príon no cérebro que pode, em vez de causar perda de memória, permitir a estabilização da memória. As semelhanças mecanísticas entre a propagação de CPEBs como príon em caracóis, moscas e mamíferos sugerem que os príons não são uma anomalia biológica, mas, em vez disso, talvez possam incorporar um mecanismo regulatório onipresente. De fato, proteínas funcionais semelhantes a príons ou outras proteínas de automontagem foram agora encontradas em outras espécies, incluindo humanos (Hou et al. 2011). Portanto, é tentador especular que no sistema nervoso pode haver outras proteínas além do CPEB que desempenham funções fisiológicas normais no estado de príon e talvez a preponderância de doenças baseadas em amilóide no sistema nervoso esteja ligada à presença de príons no sistema nervoso.


Introdução

As doenças priônicas são uma coleção heterogênea de doenças neurodegenerativas infecciosas fatais que afetam mamíferos, incluindo: scrapie em ovelhas, encefalopatia espongiforme bovina (BSE) em bovinos, doença debilitante crônica (CWD) em veados e alces e doença de Creutzfeldt-Jakob (CJD) , Síndrome de Gerstmann-Sträussler-Scheinker (GSS) e insônia familiar fatal (FFI) em humanos. Esses distúrbios atualmente intratáveis ​​são incomuns porque podem ser hereditários, adquiridos por infecção ou surgir espontaneamente. Eles são causados ​​por partículas infecciosas proteicas puras conhecidas como príons (Prusiner, 1982 Prusiner, 1998). Os príons são proteínas que existem em várias conformações alternativas, mas funcionalmente distintas, sendo que pelo menos uma delas é auto-modelada (Shorter e Lindquist, 2005, Soto e Castilla, 2004). Normalmente, a forma de auto-modelagem é uma estrutura fibrosa ‘cruzada’ denominada amiloide, na qual os fios das folhas β se alinham ortogonalmente ao eixo da fibra. Essas fibras se alongam em ambas as extremidades. Na verdade, as extremidades da fibra são os locais ativos do príon. As extremidades da fibra capturam e convertem proteínas nativamente dobradas na forma β cruzada (Fig. 1A). Esta atividade de auto-modelagem ou "semeadura" forma a base da infecciosidade. Devido à notável estabilidade da forma de príon β cruzado, que resiste a detergentes, proteases e desnaturação por calor (Dobson, 2003 Knowles et al., 2007 Prusiner, 1982 Prusiner et al., 1983 Smith et al., 2006), transmissão entre indivíduos (por exemplo, a BSE é transmitida de vaca para vaca) e, ocasionalmente, até mesmo entre espécies (por exemplo, a variante CJD é transmitida de vaca para humano) torna-se possível. Devido à sua resistência a ambientes hostis, os príons podem ser encontrados na saliva e no sangue (Mathiason et al., 2006 Saa et al., 2006), e podem até sobreviver ao ambiente normalmente desnaturante do sistema digestivo (Beekes e McBride, 2007) . Assim, mesmo antes de apresentar sintomas de CWD, os veados excretam príons nas fezes que persistem no ambiente e permitem a rápida transmissão horizontal da CWD por via fecal-oral nas populações de veados (Tamguney et al., 2009).

Agora está claro que essas devastadoras encefalopatias espongiformes transmissíveis (TSEs) são todas devido ao dobramento incorreto de uma proteína específica: proteína príon de mamífero (PrP) (Prusiner, 1998), uma proteína de membrana plasmática ancorada por glicosilfosfatidilinositol (GPI) de função incerta (Bremer et al., 2010 Le Pichon et al., 2009 Steele et al., 2007). Durante décadas, no entanto, a identidade do agente infeccioso foi intrigante e controversa porque ele é virtualmente desprovido de ácido nucléico, o agente da doença canônica na época (Alper et al., 1967 Bruce e Dickinson, 1987). Em vez disso, foi gradualmente compreendido que as formas amilóides infecciosas de uma proteína codificada pelo hospedeiro, PrP, eram causadoras (Bolton et al., 1982 Oesch et al., 1985 Pan et al., 1993 Prusiner et al., 1983). Um forte apoio para a hipótese do príon veio de experimentos que mostram que as formas amilóides de PrP geradas apenas de proteína recombinante podem eventualmente induzir doença neurodegenerativa transmissível após inoculação em camundongos transgênicos que superexpressam PrP (Colby et al., 2009 Legname et al., 2004) ou hamsters de tipo selvagem (Castilla et al., 2005). É importante ressaltar que Ma e colegas recentemente forneceram um apoio ainda mais forte (Wang et al., 2010). Usando uma estratégia inteligente que combinou fatores facilitadores específicos de lipídios e RNA, um potente príon foi gerado a partir de PrP recombinante que induziu o rápido aparecimento de uma doença de príon clássica em camundongos do tipo selvagem (Wang et al., 2010).

Evidências genéticas convincentes também ligaram o PrP à patogênese da TSE. Mutações missense no gene PrP estão estreitamente ligadas a formas familiares de GSS (Hsiao et al., 1989), FFI (Medori et al., 1992) e CJD (Goldgaber et al., 1989). Além disso, em camundongos, uma mutação ligada a FFI em PrP pode induzir doença neurodegenerativa e geração espontânea de material infeccioso (Jackson et al., 2009). No outro extremo, as mutações missense no PrP podem conferir resistência à doença do príon (Mead et al., 2009). É importante notar que os camundongos knockout para PrP resistem à infecção por príons indutores de TSE exógenos (Bueler et al., 1993). Esta resistência surge porque a forma infecciosa do PrP deve recrutar e converter o PrP endógeno para transmitir a doença. De fato, se neurônios que expressam PrP são enxertados em camundongos nocaute de PrP, então apenas os enxertos tornam-se infectados após a exposição ao príon, enquanto o tecido circundante não é perturbado (Brandner et al., 1996). Esta observação experimental pode provar ser fundamental para o desenvolvimento de estratégias para mitigar a transmissibilidade de outras proteínas de doenças neurodegenerativas humanas.


Proteína semelhante a príon encontrada em bactérias pela primeira vez

Até agora, os príons só eram vistos nas células de organismos eucarióticos, como plantas e animais.

Os príons, os agentes infecciosos mais conhecidos por causar distúrbios cerebrais degenerativos, como a doença da "vaca louca", podem ter sido detectados em bactérias.

Uma seção de uma proteína em Clostridium botulinum, o micróbio que causa o botulismo, pode se comportar como um príon quando é inserido na levedura e Escherichia coli bactérias, relataram os pesquisadores na edição de 13 de janeiro da Ciência 1 .

Os príons são formados por proteínas que podem se dobrar de várias maneiras estruturalmente distintas. Uma versão príon de uma proteína pode perpetuar-se de maneira infecciosa, convertendo as formas normais dessa proteína na versão príon.

Os cientistas descobriram os príons na década de 1980 como os agentes por trás de doenças cerebrais fatais conhecidas como encefalopatias espongiformes transmissíveis. Desde então, os pesquisadores descobriram as proteínas mal dobradas em mamíferos, insetos, vermes, plantas e fungos 2 e descobriram que nem todos os príons prejudicam seus hospedeiros.

Mas até agora, os príons só eram vistos nas células de organismos eucarióticos, um grupo que inclui animais, plantas e fungos.

No último estudo, os pesquisadores analisaram cerca de 60.000 genomas bacterianos usando um software treinado para reconhecer proteínas formadoras de príons em leveduras. Eles se concentraram em uma seção da proteína bacteriana Rho. Em muitas bactérias, como C. botulinum e E. coli, Rho é um regulador global da expressão gênica, o que significa que pode controlar a atividade de muitos genes.

Quando a seção de Rho potencialmente formadora de príons é retirada de C. botulinum foi inserido em E. coli, aglomerados de proteínas malformadas que são características da maioria dos príons formados. Além disso, quando o fragmento de proteína foi inserido na levedura, ele poderia substituir as funções de uma proteína de levedura formadora de príons conhecida.

Os pesquisadores também descobriram que, embora a versão normal de Rho suprimisse a atividade do gene em E. coli, muitos genes estavam ativos quando a proteína estava em sua forma de príon. Isso sugere que os príons podem permitir que as bactérias se adaptem a certos tipos de estresses ambientais, diz Ann Hochschild, geneticista bacteriana da Harvard Medical School em Boston, Massachusetts, e coautora do estudo. Por exemplo, os cientistas descobriram que E. coli modificados com a versão de príon de Rho foram mais capazes de se adaptar à exposição ao etanol do que as bactérias com Rho normal.

Essas descobertas sugerem que os príons são anteriores à divisão evolutiva entre eucariotos e bactérias há cerca de 2,3 bilhões de anos. “É provável que os príons sejam muito mais difundidos na natureza do que se supunha anteriormente”, diz Hochschild. “Acreditamos que outras proteínas formadoras de príons serão descobertas nas bactérias.”

Como os príons são hereditários, as descobertas sugerem que essas proteínas podem permitir que as bactérias herdem características sem a necessidade de uma mutação genética. Isso pode ser útil “quando as bactérias podem precisar de respostas rápidas ao seu ambiente, como lidar com antibióticos”, diz Peter Chien, um bioquímico bacteriano da Universidade de Massachusetts Amherst.

O próximo passo para os pesquisadores é confirmar que Rho pode agir como um príon em seu hospedeiro natural, diz Chien. Mas isso pode ser difícil, porque C. botulinum é menos tratável com experimentos genéticos do que organismos convencionais de laboratório, como E. coli, Acrescenta Chien.

Desenvolver a capacidade de fazer experimentos com príons em bactérias pode ajudar a revelar mais sobre o comportamento dos príons humanos, que podem estar ligados a doenças como Alzheimer e Parkinson, diz Jeffrey Roberts, biólogo molecular da Universidade Cornell em Ithaca, Nova York.


Possíveis funções neuroprotetoras de PrP C

A PrP C pode ter um papel neuroprotetor em um modelo de camundongo de isquemia cerebral, uma vez que camundongos deficientes em PrP C apresentam lesões maiores na isquemia cerebral aguda. Além disso, a superexpressão de PrP C pode reduzir o tamanho da lesão em comparação com camundongos do tipo selvagem [121,122,123,124]. A atenuação da sinalização de NMDA pela PrP C foi proposta como a base de um papel neuroprotetor da PrP C contra a toxicidade mediada por NMDA na isquemia [125]. Além disso, verificou-se que a clivagem de PrP C em seus fragmentos N- e C-terminais é aumentada em condições isquêmicas e esses produtos de clivagem podem ser neuroprotetores [124]. In particular, the N-terminal cleavage fragment (N1) might be neuroprotective against staurosporine-induced Caspase-3 activation in a model of pressure-induced ischemia in the rat retina [126]. These results are supported by several in vitro studies, where expression of PrP C was protective against staurosporine or anisomycin-induced apoptosis [127, 128]. Conversely, loss of PrP C was beneficial against glutamate-induced excitotoxicity in vitro, an effect supposedly mediated by increased uptake of glutamate in PrP C -ablated astrocytes [129].

The protective function of the N1 fragment is also very intriguing in the context of the Aβ oligomer-related synaptotoxicity. This intrinsically disordered N-terminal portion of PrP C is involved in binding to β-sheet-rich peptides like Aβ oligomers [99, 101] and mediates the detrimental effects of Aβ oligomers on synaptic function as mentioned before. However, in its soluble form as secreted upon PrP C cleavage, N1 acted in a decoy receptor-like mode: it prevented Aβ peptide fibrillization and reduced the neurotoxicity of amyloid-β oligomers in vitro and in vivo [130]. Additionally, the rate of PrP C alpha-cleavage is increased in brain tissue from patients suffering from AD and it was proposed that alpha-cleavage represents an endogenous protective mechanism against amyloid-β toxicity in humans [131].

However, PrP C -deficient mice do not exhibit altered amyloid-β toxicity [102,103,104,105] and there was no protective effect of PrP C in mouse models of other neurodegenerative diseases, including Parkinson's and Huntington's disease, as well as a mouse model of tauopathy [124, 132].

Based on in vitro studies, by virtue of its ability to bind copper, PrP C has been proposed to participate in resistance to oxidative stress by preventing reactive oxygen species (ROS) generation via free copper-mediated redox reactions. Also, PrP C was at some point thought to regulate the function of superoxide dismutase (SOD) [133]. It was even proposed that PrP C could act as a SOD by itself [27, 134]. However, a function of PrP C in copper metabolism is still controversial and the influence of PrP C on either SOD level or the intrinsic dismutase activity of PrP C was shown by us and others to be artifactual [135, 136]. There might be, however, alternative ways in which PrP C protects against ROS toxicity. For instance, PrP C -dependent expression of antioxidant enzymes was suggested as an explanation for resistance to oxidative stress mediated by PrP C [137, 138] as well as a conjectured PrP C function in iron metabolism and control of redox-iron balance in cell lines [139, 140].


Resultados

The relationship between amyloidogenicity and prion propensity

Ross and Toombs have shown that the sequence of a short eight-residue stretch of a variant of Sup35 PFD suffices to determine the priogenicity of the complete protein, revealing that the presence of hydrophobic residues, which are otherwise under-represented in PFDs, highly increase the overall prion propensity [17]. The presence of hydrophobic residues is recurrently observed in amyloid sequences and, in fact, when we analysed the 62 sequence variants they tested in this short Sup35 region using WALTZ (with default settings) we observed that 44.4% of prion-promoting sequences were predicted as amyloidogenic, whereas only 14.2% of non-prionic sequences were identified as such (S1 Table). This suggests that the enrichment in hydrophobic residues in prion-promoting stretches acts by increasing their sequential amyloid propensity and therefore that the presence of short and specific amyloid sequences might be an important contributor to the prionogenicity of a Q/N rich sequence, as previously proposed [18], [19]. Based on this hypothesis, we wondered if prediction of amyloidogenicity might aid to discriminate prion from non-prions in the protein dataset experimentally characterized by Alberti et al. The authors of that study scored the domains from 0 to 10 according to their combined performance in four different assays that include tests for both amyloid and prion forming ability. We considered as non-prions those sequences scoring ≤2 and being positive in one assay at maximum, meaning that they do not exhibit amyloid and prion forming ability at the same time, yielding a total of 39 sequences (Table 1). We considered as prions those domains being positive in all four assays and scoring ≥9, with a total of 12 sequences, including the known prions NEW1, RNQ1, SWI1, SUP35 and URE2 proteins (Table 1).


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