O prionech

Prion. Zkuste si toto slovíčko říci v duchu a čekejte, co se vám v mysli vynoří. Odhaduji, že televizní záběry ubohé potácející se stračeny a zkratka BSE, označující nemoc šílených krav. Možná i něco dalšího. Neznámá není ani Creutzfeldtova-Jakobova choroba (CJD), onemocnění s frekvencí výskytu jednoho nemocného na milion obyvatel (viz rámeček Tomáše Hájka, Vesmír 81, 11, 2002/1 nebo V. Schreiber, Vesmír 80, 8, 2001/1), tj. několiksetkrát vzácnější než nejrůznější geneticky podmíněné choroby, jejichž názvy na veřejnost nikdy nepronikly. Proč se tedy o CJD mluví? Co jsou priony zač a čím nás mohou ohrozit? Jsou to bakterie, viry, nebo snad něco jiného? Jak to, že je nezneškodní vaření? Jak se jim podaří prosmyknout se i vražedně kyselým prostředím našeho žaludku? Odkud se vzaly? Otázek by bylo mnoho, odpovědí je i přes značné úsilí poskrovnu.

Označení prion vzniklo z proteinaceus infectious particle (proteinová infekční částice). Prion je tedy ve své podstatě pouze protein, i když se v něm najde i něco cukerných zbytků a také tuků (mastných kyselin), které se podílejí na jeho ukotvení do membrány. Důležité však je, že v něm nebyla prokázána nukleová kyselina. Nejde tedy o bakterii, ta by měla oba typy nukleové kyseliny (RNA a DNA), a asi ani o virus (u něj bychom našli jen jeden typ nukleové kyseliny). Když se ale začalo hovořit o prionech u kvasinek, dostal tento termín poněkud jiný, obecnější rozměr – v tomto případě označuje proteiny, u kterých si musíme obzvláště dobře všímat, jak jsou poskládány (jaká je jejich konformace).

Proteiny speciálně zakotvené

Prionový protein je v každém z nás, informaci pro jeho syntézu nese ve svém jádře na dvacátém chromozomu každá buňka našeho těla. Nalézáme ho hlavně na povrchu buněk, především mozkových, ale i na buňkách imunitního systému (viz P. Šíma a I. Trebichavský, Vesmír 78, 372, 1999/7). Povrch buňky tvoří buněčná membrána, tj. zjednodušeně dvě vrstvy fosfolipidů, do nichž jsou nejrůznějším způsobem vsazeny molekuly bílkovin. Vše je v neustálém pohybu, a proto se pro tento model buněčné membrány používá označení „tekutá mozaika“. PrP^C, tedy normální buněčný prionový protein (viz Z. Storchová, Vesmír 77, 15, 1998/1), je do této pohyblivé vrstvy uchycen poměrně neobvykle: na jednom jeho konci je připojena chemická struktura označovaná GPI-kotva (obr. 1), která se díky svým mastným kyselinám dobře drží ve vnější vrstvě fosfolipidové membrány. ¹⁾

Co tam ta bílkovina dělá? Těžko říci. Myším, kterým byl odstraněn gen pro její syntézu, se vedlo docela dobře, i když nějaké změny se projevily. Snad tato bílkovina hraje roli v přenosu signálu na nervových synapsích, podílí se na ovlivňování některých receptorů pro neurotransmitery, možná je sama receptorem. (Není sice znám způsob, jímž by proteiny uchycené GPI-kotvou přenášely signál do nitra buňky, ale lokalizace v oblastech membrány s vysokým obsahem jiných signalizačních molekul tuto možnost podporuje.) Nebo je naopak signální látkou pro ostatní buňky. Váže také měď, může tedy hrát roli v metabolizmu tohoto kovu, popřípadě je měď nutná pro její funkci při odstraňování toxických látek, které vznikají z kyslíku a jsou odpovědné za oxidační stres.

Priony, které vydrží všechno

Co se přihodí, že se z této přirozené součásti těla stane vražedný nástroj, který bez milosti zneškodní svého hostitele? Biochemikům se nepodařilo na tuto otázku odpovědět – po chemické stránce nezjistili významné rozdíly. Fyzikální metody však odhalily, že se obě formy liší způsobem svého „sbalení“ (obr. 2). „Špatný“ prion obsahuje ve své struktuře mnohem výraznější podíl β-struktury (struktury skládaného listu), což mu poskytuje nezvyklou odolnost vůči vysoké teplotě, enzymatickému štěpení a nízkému pH (viz rámeček J. Černého, Vesmír 77, 15, 1998/1). Jak k této změně dojde? Bylo zjištěno, že v prionovém genu může dojít k mnoha mutacím, které usnadňují vznik nového strukturálního uspořádání. Většinou jde o bodové mutace, jejichž následkem se v prionovém proteinu vymění jedna aminokyselina za jinou. Podle toho, která aminokyselina byla vyměněna, se potom onemocnění projeví příznaky typickými pro již zmiňovanou CJD, či (vzácně) jako Gerstmannův-Straeusslerův-Scheinkeho syndrom (GSS) nebo jako fatální familiární insomnie (FFI).

Z toho, co bylo řečeno, by se mohlo zdát, že prionová onemocnění jsou vždy podmíněna genetickou změnou. To je ale pravda jenom napůl. CJD se ve většině případů vyskytuje bez mutace v příslušném genu, dědičné formy tvoří jen desetinu případů. Navíc může být toto onemocnění nakažlivé, jak se ukázalo u lidí, kteří onemocněli po transplantaci rohovky, po injekcích hormonů z lidských hypofýz či po použití infikovaných elektrod k snímání EEG přímo z povrchu mozku. Jde tedy o naprosto nezvyklou situaci, kdy onemocnění je dědičné a infekční zároveň.

Na Nové Guinei se vyskytovalo prionové onemocnění kuru. Přenášelo se rituálním pojídáním lidských mozků. Minulý čas používám záměrně – se zákazem kanibalizmu onemocnění téměř vymizelo. Postihovány byly převážně ženy, které mozek dostávaly buď jako pochoutku, nebo jako to, co zbylo – slyšel jsem obě verze. Kuru bylo také první prionové onemocnění, které se podařilo experimentálně přenést na pokusná zvířata. Způsob přenosu kuru infikovanou stravou přímo nabízí další otázku.

Jak dalece nemoc šílených krav ohrožuje člověka?

Nepojídáme sice často hovězí mozky, ale biftek či svíčkovou si většina z nás ujít nenechá. Sval je inervován, maso navíc může být kontaminováno mozkovou tkání na jatkách. Původně se předpokládalo, že BSE byla na dobytek přenesena z ovcí, a protože scrapií (tak se nemoc ovcí nazývá) lidé nikdy neonemocněli, riziko pro člověka se pokládalo za nepravděpodobné. Později se ale vše zkomplikovalo. Původ onemocnění už se nezdá být jasný, od „ovčí“ hypotézy se vědci odklánějí. Navíc se v návaznosti na epidemii BSE objevilo u lidí onemocnění označované vCJD nebo nvCJD (nová varianta), které se v mnohém odlišuje od klasické formy. Neví se ani, jestli onemocnění bylo skutečně přeneseno z dobytka, byť experimenty na zvířatech tuto možnost naznačují.

Zdálo by se, že mimo nebezpečí jsou alespoň vegetariáni. V Anglii byl však zaznamenán případ vCJD u člověka, který od roku 1985 jedl pouze vegetariánskou stravu, kdežto epidemie BSE vypukla až r. 1986. Priony již přinesly nejedno překvapení a patrně chystají další.