Priony. Czyżby nowożytny miecz Damoklesa?

Komórki wchodzą w skład wszystkich organizmów roślinnych i zwierzęcych (komórka = cellula). W latach 1838-39 dwaj niemieccy badacze: botanik — Schleiden i zoolog — Schwann sformułowali tzw. komórkową teorię budowy organizmów, zgodnie z którą wszystkie istoty żywe zbudowane są z komórek. W 1846 r. czeski badacz — Jan Purkyne stwierdził, że najistotniejszym składnikiem komórki jest wypełniająca ją galaretowata, żywa substancja — plazma komórkowa, czyli protoplazma. Nikt wówczas nawet nie zakładał możliwości istnienia bytów żywych nie posiadających budowy komórkowej, dopiero z czasem rzeczywistość wprowadziła zamęt w biologicznych koncepcjach życia — odkryto wirusy. ^{[ 1 ]} Natura nie powiedziała wówczas ostatniego słowa...

Nauka niechętnie rezygnuje z raz przyjętych, powszechnie akceptowanych idei, praw. Wbrew pozorom jest skostniała, opiera się zmianom. W swych podstawach świat nauki przejawia niezmiennie skłonność do ignorancji; jakże często funkcjonuje niczym zrzędzący starzec. Przykładem jest genetyczny dogmat biologii molekularnej dotyczący etapów naturalnej ekspresji genu ^{[ 2 ]}, tudzież cech niezbędnych organizmom żywym lub wykazującym w warunkach sprzyjających przynajmniej niektóre z tych cech (klasycznym przykładem są tu wirusy). Francis Crick, współodkrywca struktury molekularnej kwasu DNA, twierdził: „DNA tworzy RNA; RNA tworzy białko; proces ten jest jednokierunkowy, przynajmniej w odniesieniu do białka.". Pisał (1970 r.): "W myśl tego dogmatu trzy rodzaje transformacji są niemożliwe: białko nigdy nie tworzy białka, białko nigdy nie tworzy RNA, białko nigdy nie tworzy DNA". ^{[ 3 ]} Słuszności tego dogmatu nigdy nie dowiedziono i wielki uczony doskonale wiedział o tej groźnej słabości. Dopuszczał możliwość istnienia wyjątków, kierując uwagę badaczy właśnie na czynnik powodujący chorobę scrapie.

Dotychczas uważano, iż każdy organizm posiada kwas nukleinowy DNA, niezbędny do przechowywania i przekazywania konkretnej informacji genetycznej. Przecież nawet wirus — tzw. nukleokapsyd, gdyż składa się on właśnie z kwasu nukleinowego, ochronnego płaszcza białkowego ^{[ 4 ]}, rzadko lipidów — posiada ten organiczny nośnik swoistej dlań informacji genetycznej, umożliwiający mu ingerencję w metabolizm obcej komórki, a przez to namnożenie się. ^{[ 5 ]} Kolejne przemiany prowadzące do wytworzenia białka to replikacja (powielenie cząstki macierzystej DNA), transkrypcja (uzyskanie mRNA na matrycy DNA) oraz translacja (biosynteza w rybosomach/polisomach z udziałem tRNA).

Tymczasem okazało się, że istnieją cząstki o cechach wyjątkowych, które mimo braku nawet śladowych ilości jakiegokolwiek nośnika genów ^{[ 6 ]} potrafią działać w sposób nasuwający analogie z wirusami i tzw. białkami opiekuńczymi. ^{[ 7 ]} Mowa o prionach...

Nazwę prion — tzw. przesączalny czynnik zakaźny — stworzył ich odkrywca (S. B. Prusiner ^{[ 8 ]}) od słów proteinaceous infectious particie (PrP) w źródłach polskich stosuje się zwrot „kodowany genetycznie czynnik białkowy". Do niedawna przypuszczano że prionami mogą być:

— niskocząsteczkowe wirusy posiadające otoczkę białkową; miały one odblokowywać gen odpowiedzialny za syntezę amyloidu;
— niekodujące krótkie odcinki RNA.

Zgodnie z przeważającą obecnie teorią prion jest agregatem jednego białka komórkowego; jest to czyste białko (oligomer) obecne zawsze w komórkach w postaci tzw. prionu komórkowego (PrP^c ; PrP), niezbędnego do prawidłowego funkcjonowania komórki. ^{[ 9 ]} Białka prionowe są wszechobecne w świecie zwierząt, stanowią normalny składnik organizmu, lecz ich rola wciąż jest dyskusyjna, nie została określona jednoznacznie. ^{[ 10 ]} Gen kodujący — PRNP — znajduje się u człowieka w obrębie chromosomu 20; gen ów tworzy jeden ekson.

Warto zaznaczyć, że z ustaleniami (hipotezami?) Stanleya Prusinera co do natury prionów wciąż nie zgadza się liczne grono naukowców. Dopuszczają oni możliwość, że priony mogą być prostymi wirusami zakładając, że odkrycie związanych z nimi cząstek kwasów nukleinowych pozostaje kwestią czasu… Ujmując kwestię zasadniczo, według przeciwników teorii prionu właściwy czynnik infekcyjny odpowiedzialny za gąbczaste encefalopatie nie został jeszcze wyizolowany ^{[ 11 ]}! Zresztą nawet sam Prusiner B. S. asekurując się nie wyklucza, że w skład prionów wchodzi dodatkowy komponent białkowy (tzw. białko X), dotychczas nie odkryty. Może to być także oligonukleotyd — krótki odcinek DNA otoczony białkiem prionowym (wg Liberski P.).

- D.C. Gajdusek — zakaźna jest nie pojedyncza cząstka, lecz jej agregat, kryształ. Wpierw PrP^Sc tworzy jądro krystalizacji, wokół którego odkładają się kolejne cząstki. Podobnie jak w przypadku płatków śniegu tak i tu jedna cząsteczka może tworzyć odmienne kryształy np. szczepów scrapie;
- Richard H. Kimberlin — autor hipotezy „wirino" według której wirus scrapie jest hybrydą (chimerą) molekularną składającą się z cząstki kwasu nukleinowego rozmiarów zbliżonych do wiroidu oraz płaszcza białkowego, którym może być właśnie PrP^Sc;
- Heino Diringer (Robert Koch Institut, Berlin) — obserwował cząstki długości 10 nm, mogące być dotychczas niewyizolowanym wirusem (nieco większe cząstki — ok. 30 nm średnicy — wykazano w mózgach chorych na CJD).

Ostateczne udowodnienie klasycznej teorii prionu wymaga konstrukcji tego białka w warunkach eksperymentalnych. Podjęte próby nie udały się lub też uzyskane wyniki są dyskusyjne, podawane w wątpliwość (np. eksperymenty na transgenicznych myszach). W warunkach in vitro doprowadzono do przekazania na prawidłowe białko wadliwej konformacji, lecz nie produkuje ono infekcyjności, tzn. w testach wykazują właściwości białka zakaźnego nie są jednak zakaźne w próbach ze zwierzętami.

Białka prionowe występują w błonach komórkowych i krążą wraz z fragmentami błony zewnętrznej i wewnętrznych pęcherzyków komórki (endosomów). Właśnie ze względu na ich stałą obecność w błonach komórkowych, oraz z powodu przyłączonych części cukrowych, początkowo sądzono, że białko PrP jest receptorem dla hipotetycznych wirusów scrapie (miały one wywoływać chorobę owiec). Istotne, że wirusa takiego nigdy nie odnaleziono; obecnie wiemy zresztą, że scrapie z wirusami nie ma żadnego związku.

W badaniach poszukujących specyficznej roli prionów w zdrowym organizmie stworzono myszy transgeniczne, które nie posiadały genów kodujących te białka i co za tym idzie, były ich pozbawione. Nie zaobserwowano u tych zwierząt większych zaburzeń, więc nie udowodniono, czy priony rzeczywiście są konieczne do życia. U myszy z uszkodzonym genem na PrP obserwuje się m. in. zaburzenia snu i czuwania, zaburzenia transdukcji sygnału (transmisji sygnału na powierzchni komórki). Doniesienia te są jednak pojedyncze, nie wszystkie wzajemnie się potwierdzają. Podaje się też, że brak prionów powoduje przedwczesne obumieranie komórek mózgowych, a ostatnie badania sugerują, że zdrowe priony chronią neurony przed samobójczą śmiercią (apoptozą). Uważa się też, że mają jakiś związek ze stresem oksydacyjnym komórki (określa się tak stan braku równowagi pomiędzy działaniem reaktywnych form tlenu a biologiczną zdolnością do szybkiej detoksykacji reaktywnych produktów pośrednich lub naprawy wyrządzonych szkód). Przypuszczalnie funkcje biologiczne PrP obejmują: homeostazę wapnia, regulację presynaptycznych stężeń miedzi, aktywność i lokalizację nauronalnej syntezy tlenku azotu, adhezję komórek. ^{[ 12 ]}

[ 1 ] Klasyfikacja wirusów — oparta na własnościach wirionu — jest stale, na bieżąco weryfikowana przez Międzynarodowy Komitet ds. Taksonomii Wirusów (powołany w 1966 r.). Rocznie przynajmniej jeden z wirusów zwierzęcych przenosi się na ludzi (2006 r.). Do zarażenia ludzi zdolnych jest ponad 1400 wirusów, z tej grupy 38 pojawiło się w ciągu minionych 25 lat. Aż ¾ wirusów atakujących człowieka jest pochodzenia zwierzęcego.

[ 3 ] [w:] R. Rhodes, Śmiertelne uczty. Tropem tajemnic nowej groźnej epidemii, Warszawa 2000, s.95. Francis Harry Compton Crick (1916-2004) — angielski biochemik, genetyk i biolog molekularny, odkrycia dzięki któremu przeszedł do historii dokonał wraz z Jamesem D. Watsonem wykorzystując wyniki prac Rosalind Franklin (wykonała dokładny rentegenogram sodowej soli DNA). Istnieje kontrowersja odnośnie etyczności zachowania dyrektora Cavendish Laboratory, sir Lawrence’a Bragga, i Maurice’a Wilkinsa, którzy udostępnili rentgenogramy Franklin Crickowi i Watsonowi. Mimo iż była ona niewątpliwie współtwórcą odkrycia struktury DNA, jej nazwisko nie zostało uwzględnione w werdykcie Komitetu Noblowskiego, gdyż nie żyła już w momencie przyznania nagrody.

[ 5 ] Ze względu na brak formy komórkowej wirusów nie zalicza się do tradycyjnych systemów klasyfikacji istot żywych/organizmów. Dlatego nie wspomniałem w tekście głównym o wirusach RNA, w których dojrzałe cząstki zawierają jako materiał genetyczny kwas rybonukleinowy (RNA). W zależności od liczby nici i ich polarności można w tej grupie wyróżnić wirusy:
1. z pojedynczą nicią o dodatniej polaryzacji ssRNA(+)
2. z pojedynczą nicią o ujemnej polaryzacji ssRNA(-)
3. o podwójnej nici dsRNA (grupa ta obejmuje reowirusy).
Poza tym podziałem znajdują się retrowirusy (np. HIV, wirus grypy), zawierające dwie nici RNA o dodatniej polaryzacji; nie są one jednak komplementarne jak u reowirusów, ale identyczne i tylko częściowo połączone. Materiał genetyczny wirusów o +RNA jest zakaźny (z wyjątkiem retrowirusów, wymagających do replikacji dodatkowo odwrotnej transkryptazy).

[ 7 ] Chronią one białka komórki przed denaturacją — zniszczeniem ich struktury przestrzennej — zmuszając inne cząstki do przyjmowania określonych konformacji przestrzennych.

[ 8 ] Zaczął on badać chorobę owiec i kóz (scarpie) wywoływaną przez dziwny czynnik infekcyjny (wówczas za patogen uważano tzw. wirusy powolne). Zatrudnił specjalistę od public relations, który doradził mu zmianę nazwy na bardziej „chwytliwą". Wpierw Prusiner stworzył skrót PROIN, potem przekształcił go w powszechnie używany PRION (za datę wprowadzenia tej nazwy podaje się rok 1982). Jest on w zasadzie równoznaczny z nazwą "czynnik infekcyjny scarpie lub CJD".

[ 11 ] Teza o tym, że prion pozbawiony jest kwasu nukleinowego została sformułowana w latach 60. XX w. przez Tikvah Alper, która badała zdumiewającą odporność „wirusa" scrapie na promieniowanie jonizujące.