БЕЗОПАСНОСТЬ НЕКОТОРЫХ ОРГАННЫХ ПРЕПАРАТОВ В СВЯЗИ С УВЕЛИЧЕНИЕМ СЛУЧАЕВ ЗАБОЛЕВАНИЯ ТРАНСМИССИВНОЙ ГУБЧАТОЙ ЭНЦЕФАЛОПАТИЕЙ
Г. Х. Maцуха, академик HAH, директор Института молекулярной биологии и генетики НАН;
, академик НАН, Институт биоорганической химии;
, д. ф.н., глава фармакопейного комитета МЗ Украины
У скрепи-инфицированных хомячков в мозгу был выявлен белок с молекулярной массой 27-30 кДа, который не обнаруживался во фракциях белков мозга неинфицированных животных. Основным отличием указанного белка от белков с почти такой же молекулярной массой, присутствующих в мозгу здоровых животных, явилась его устойчивость к обработке протеинкиназой К [1]. В 1982 году для обозначения этой группы белков был введен термин «прион». В дальнейшем было установлено, что прионы существуют в виде двух изоформ, одна из которых — клеточный, или нормальный прион (PrPC) — отмечается у всех позвоночных и чувствительна к детергентам и протеазам. При трансмиссивных губчатых энцефалопатиях, представляющих собой группу фатальных дегенеративных заболеваний, влияющих на центральную нервную систему человека и животных, обнаруживается изоформа приона, устойчивая к детергентам и протеазам (PrPSc) [2].
Патологическая изоформа прионов была найдена при губчатых энцефалопатиях, скрепи, куру, болезни Крейтцфельдта-Якоба и др. Обе изоформы прионов PrPC и PrPSc не отличаются по молекулярной массе и имеют N-концевую аминокислотную последовательность, не гомологичную ни с одним из известных белков [3]. Скрепи-ассоциированный PrPSc представляет собой микрогетерогенный гидрофобный белок, экстрагирующийся органическими растворителями и утрачивающий устойчивость к протеинкиназам после нагревания до 100°С с SDS [4].
Особенности структуры PrPSc продолжают интенсивно изучаться [5-8]. В настоящее время считается, что PrPSc представляет собой трансмиссивный агент, не содержащий нуклеиновых кислот и состоящий только из модифицированного PrPC. Нормальный клеточный прион PrPC превращается в PrPSc при транслокации в результате перехода в изоформу с высоким содержанием b-складок. Причем, разные виды прионов кодируются хромосомным геном РrР того хозяина, в котором прион реплицировался в последний раз. Штаммоспецифические свойства прионов закодированы в третичной структуре PrPSc [6]. Обе изоформы прионов PrPC и PrPSc кодируются единственным хромосомным геном [9].
Высказывается предположение, что инфекционный агент губчатых трансмиссивных энцефалопатий PrPSc представляет собой олигомерную форму нормального PrPC. Переход между моно - и олигомерными формами ассоциирован со снижением a-спиральности, повышением содержания b-складчатости и образованием амилоидоподобных агрегатов PrPSc. С-концевой сегмент PrPSc резистентен к протеазам вследствие жесткой упорядоченной структуры [10].
Именно эта аномальная форма приона может агрегировать в нерастворимые амилоидоподобные фибриллы и бляшки и обнаруживаться как основной компонент фракции из мозга, пораженного скрепи [11].
Функции прионов изучены мало. Полагают, что они принимают участие в регуляции цитоплазматического уровня ионов кальция в нейронах, а в костном мозге выступают в роли передатчика митогенных сигналов у лимфоцитов. Патологический PrPSc влияет на активацию глиальных клеток, продукцию активных форм кислорода, вызывает ослабление работы холинергической системы, активацию NMDA-рецепторов, что ведет к массовой гибели нервных клеток и организма в целом [12-14]. Одним из гипотетических объяснений инфицирующих свойств PrPSc является предположение, что этот белок представляет собой шарпен с неправильной трехмерной структурой. Показано, что неправильно упакованные шарпены способствуют синтезу новых неправильно упакованных шарпенов, являясь, таким образом, носителями информации о структуре патологических форм прионов и источником псевдоинфекционного процесса [15].
Согласно существующим в настоящее время представлениям, PrPSc достаточно микрогетерогенный [16] клеточный прикрепленный к мембране белок с молекулярной массой 27-30 кДа, имеющий уникальную третичную структуру и практически не охарактеризованную функцию, N-концевой участок PrPSc (остатки 23-120) имеет гибкую неупорядоченную структуру, в то время как С-концевой сегмент (остатки 121-231) образует глобулярный домен, содержащий две a-спирали и двутяжевую b-структуру. Инфицированные клетки содержат как PrPC, так и PrPSc, который образуется посттрансляционно в результате патологического фолдинга PrPC.
При изучении возможности передачи скрепи от инфицированной матери эмбриону было показано отсутствие трансплантационной передачи PrPSc. Высказываемые предположения, что болезнь может передаваться от коровы к теленку, объясняются тем, что крайне трудно отличить передачу генетической предрасположенности к заболеванию энцефалопатией от прямой передачи инфекции. Более того, существует предположение, что прионные нейродегенеративные заболевания могут возникать из-за «несчастных случаев» при образовании третичной структуры PrPC, а не из-за инфицирования. Итак, прион — прикрепленный к клеточной поверхности белок неизвестной функции, посттрансляционно модифицированные изоформы которого могут вовлекаться в патогенез губчатых энцефалопатий человека и животных. Одно из наиболее существенных отличий PrPC и PrPSc — склонность последнего к образованию олигомеров, нерастворимых в неденатурирующих средах и устойчивых к протеазам. Именно образованием олигомеров PrPSc можно объяснить склонность этого белка к фибриллярной морфологии, в конечном итоге приводящей к формированию амилоидоподобных образований.
Вследствие повышенной гидрофобности PrPSc его выделение проводят из эфирных систем, из очищенных синаптических и микросомальных мембран в присутствии неионных детергентов либо после обработки тканей протеинкиназой К и неионным детергентом. Считается, что как PrPC, так и PrPSc находятся только в мембранной фракции.
Исследования, проведенные на предприятии НИР, послужили основой для создания ряда эффективных лечебных и профилактических средств. В качестве примера можно привести такие препараты, как Пропес, Цереброкурин, Бипекс и Инфламафертин, уже нашедшие широкое практическое применение. В основе производства препаратов лежат методики, предусматривающие использование растворимых пептидов, выделяемых из тканей эмбрионов животных, в частности крупного рогатого скота. Несмотря на данные литературы об отсутствии трансплантационного переноса PrPSc от инфицированной матери к эмбриону, представляет интерес оценка возможности наличия этого белка в препаратах, производимых предприятием НИР.
Согласно методикам, производство препаратов включает экстракцию из тканей эмбрионов растворимых белков и пептидов физиологическим раствором при нейтральных значениях рН и отсутствии детергентов и органических растворителей с последующей фильтрацией получаемых экстрактов через мембранные фильтры с размером пор 0,22 нмк. Условия фильтрования позволяют не только стерилизовать экстракты, но и избавиться от элементов мембран, которые, согласно данным литературы, могут содержать PrPSc. Учитывая повышенную гидрофобность молекулы PrPSc и основываясь на описанных выше методиках выделения этого белка, можно исключить его присутствие даже в экстрактах, используемых для получения препаратов.
В дальнейшем производство препаратов включает протеолитическое расщепление экстрагированных белков, в результате чего из высокомолекулярных предшественников выделяются активные пептиды, растворы которых используются как основные субстраты для получения препаратов. Молекулярная масса используемых для производства препаратов пептидов не превышает 12 кДа. Учитывая то, что молекулярная масса PrPSc составляет 22-30кДа, а молекула этого белка устойчива к действию протеаз, можно полностью исключить возможность присутствия PrPSc или фрагментов молекулы этого белка в пептидных растворах, являющихся исходным сырьем для производства препаратов.
Таким образом, исходя из свойств PrPSc, а именно повышенной гидрофобности, склонности к образованию олигомеров, приводящих к потере растворимости в неденатурирующих средах, необходимости наличия неионных детергентов при выделении PrPSc из синаптических и микросомальных мембран, устойчивости к протеазам, и, учитывая условия получения пептидного субстрата, используемого при производстве препаратов, экстракцию изотоническим раствором при нейтральных значениях рН в отсутствие детергентов, протеолитическое расщепление экстрагированных компонентов, использование в производстве пептидов с молекулярной массой до 12 кДа, можно с уверенностью исключить возможность присутствия не только PrPSc, но и фрагментов молекулы этого белка в препаратах, производимых предприятием НИР.
Литература
1. Identinon of а protein that purifies with the scrapie prion / Bolton D. S., IV cKinley M. P., Prusiner S. B. // Science. — 1982. — Dec. 24; 218(4579). — P. 1309-11.
2. Prion biologi: update /Weber E. L. // RevArgent Microbiol. — 1999. — Oct-Dec.; 31(4). — P. 201-218.
3. Purification and structural studies of a major scranie prion protein /Prusiner S. R., Groth D. F., Bolton D. C., Kent S. B., Hood L. E. //Cell — 1984. — Aug; 38(1): P. 127-34.
4. Molecular characteristics of the major scrapie prion protein / Bolton D. C., IVcKinley M. P., Prusiner S. B. // Biochemistri. — 1984. — Dec. 4; — 23(25): P..
5. Prionies or the kinetik bases of prion diseases /Manfred E. // Biophis. Chim. — 1997. — 63, №1: Р. 1-18.
6. Prions /Prusiner SB // Proc. Nat. Acad. Sci. USA. — 1998. — 95, №23. — Р. .
7. Prion research accelerates / Stu В // Chem, And Eng. News. — 1998. — 7б, №6: Р. 22-29.
8. Prion protein biologi / Prusiner S. B., Scott M. R., DcAnnond S. J., Cohen FEliCell. — 1998. — 93, №3. — P. 337-48.
9. Scrapie and cellular prion proteins differ in their kinetics of synthesis and topology in cultured cell /Borchelt D. R., Scott M., Taraboulos A., Stahl N., Prusiner S. B. //J. Cell Biol. — 1990. — l10(3). — P. 743-52.
10. A scrapie-like unfolding intermediate of the prion protein domain PrP(121-231) induced by acidic pH /Homeman S., Glockshuber R.// Proc. NatAcad. Sci USA. — 1998-95, №11. – Р. 6010-14.
11. Secondary structure analysis of the scrapie-associated protein PrP27-30 in water by infrared spectroscopy /Caughey B. W., Dong A., Bhat K. S., Ernst D., Ha yes S. F., Caughey W. S. // Biochemistry. – 1991. — 30(31). — P. 7672-80.
12. , // Прионные белки и нейродегенеративные заболевания. Нейрохимия. — 1998, №4. — С. 43-49.
13. Brekthroughs and views. Transmissible spongiform encephalopathies /Licman S., Glockshuber R. // Biochem. And Biophys. mun. — 1998. — 250, Jfo2. — P. 187-193.
14. Patologic conformations of prion proteins /Coher F. E, Prusiner S. B. // Annu. Rev. Biochem. —1998. — 67. — P. 793-819.
15. Are prions misfolded molecular chaperons? / Liautard J //FEBS Lett. — 1991. — 294. — №3. — Р. 155-157.
16. Right prion strains have PrPSc molecules with different conformationo / Safar J., Wille H., Itri V., Groh D., Serban H., Tochia M., Cohen F. E., Prusiner S. B. / Nature Med. — 1998. — 4, №10. — Р. 1157-65.
