Nemoci způsobené patologickou konformací proteinů Alice Skoumalová

Teoretický model zavinování: (hiearchický)  tvorba lokálních sekundárních struktur  tvorba terciálních struktur (subdomény, domény)  stabilní konformace

Globální minimum (nativní stav) Lokální minima (alternativní konformace) Protein se zavinuje tak, aby byla co nejmenší jeho volná energie. Existuje však několik alternativních konformací. Alternativní konformace:Různé funkce proteinu Patologický protein

α-helix β-skládaný list Normální protein (nativní struktura) Protein způsobující onemocnění (patologická konformace) konformační změna Agregace Toxická aktivitaZtráta funkce

Konformační změna:  změna sekundární, terciální a kvartérní struktury proteinu, aniž by se změnila primární struktura  bílkovina získává toxickou aktivitu nebo ztrácí přirozenou funkci „Nemoci způsobené patologickou konformací proteinů“  nemoci vyplývající z poruch konformace proteinů Struktura proteinů: primární, sekundární (α-helix, β-skládaný list), terciální Biologická úloha bílkovin závisí na terciální struktuře

 Společný znak nemocí způsobených patologickou konformací proteinů je tvorba struktur β-skládaného listu  Tvorba β-skládaného listu je obvykle stabilizována oligomerizací a agregací proteinu  Důsledkem tohoto procesu vznikají depozita amyloidu podobných agregátů v nejrůznějších orgánech, dochází k jejich poškození a ztrátě funkcí Konformační defekt způsobuje nemoc! (nemoci způsobené patologickou konformací proteinů)

NemociProteiny Alzheimerova chorobaAmyloid-β Parkinsonova chorobaα-Synuclein Diabetes mellitus typ II.Amylin Amyotrofická laterální sklerosaSuperoxid dismutasa Amyloidosa spojená s hemodialisou β2-mikroglobulin Cystická fibrosaCystická fibrosa transmembránový regulátor (chloridový kanál) Srpkovitá anémieHemoglobin Hungtingtonova chorobaHuntingtin Creutzfeldt-Jakobova nemocPrion protein Amyloidosy10 různých proteinů

Konformační hypotesa Polymerizační hypotesa Konformačně-oligomerizační hypotesa

Polymerizační hypotesa  Agregace nastartuje konformační změny proteinů. Konformační hypotesa  Konformační změny jsou nezávislé na agregaci, která může i nemusí následovat. Faktory působící strukturální změny proteinů (mutace, oxidační stres). Konformačně-oligomerizační hypotesa  Strukturální změny vedou ke vzniku nestabilního intermediátu, který spouští oligomerizaci, a ta je nutnou podmínkou pro stabilizaci konformačních změn.

Protein s patologickou konformací Mutace (familiární) Chyba v procesu skládání (sporadické) Degradace (systém kontroly kvality proteinů) 1.Chaperony 2. Systém ubikvitin proteasom Rozpoznání Neurodegenerativní nemoci Prionové onemocnění

DNA RNA Ribosom Nativní proteinProtein s patologickou konformací Chaperony Ubikvitin ATP Degradovaný protein Ztráta funkce (Cystická fibrosa) Proteasom Agregát/fibrilární amyloid Chaperony Toxická bílkovina (Alzheimerova choroba) Ukládání (Amyloidosy)

Důsledek patologické konformace proteinů Vznik toxické bílkoviny Neurodegenerativní onemocnění - chronické, progresivní onemocnění; ztráta neuronů; kumulace patologických proteinů a vznik agregátů (Alzheimerova choroba, Parkinsonova choroba, Hungtingtonova choroba) Ztráta funkce Cystická fibrosa - mutace genu pro chloridový kanál Ukládání Amyloidosy - fibrily nejsou toxické, ale nerozpustné. Ukládání způsobuje poškození tkání.

Molekulární chaperony Hsp 70 - nově syntetizované proteiny:Chaperoniny - špatně zavinuté proteiny:

Chaperony  Pomáhají získat proteinům 3D strukturu  Chrání před vznikem patologických konformací 1.Molekulární Rozpoznávají patologický protein, vážou se na hydrofobní povrch a inhibují agregaci. Patří se hlavně tzv. heat shock proteiny (vznikající při tepelném poškození)-chrání před denaturací. 2.Chemické Upravují podmínky uvnitř buněk, stabilizují proteiny proti tepelné a chemické denaturaci (glycerol). 3.Farmakologické Váží se na specifickou konformaci, stabilizují ji. Prevence před proteosomální degradací.

Alzheimerova choroba  Progresivní degenerativní onemocnění mozku  Extracelulární deposita amyloidu β (v senilních placích a mozkových cévách)  Aβ - z prekurzoru; změny v terciální struktuře - β-sheet struktury; oligomerizace a agregace; ukládání ve formě amyloidu rezistentního k proteolýze  Korelace mezi ukládáním Aβ a tíží klinických symptomů

Patogeneze Alzheimerovy choroby Amyloid β vzniká v důsledku sestřihu prekursoru; agregace a ukládání (amyloidní plaky u Alzheimerovy choroby); patogeneze AD

Terapie  Inhibice a opravení konformačních změn  Vývoj nových peptidů (β-sheet breakers)  Chaperony: důležitá úloha v kontrole zavinování, experimentálně studovány

Otázky 1.Hlavní znak nemocí způsobených patologickou konformací proteinů? Jak vypadá nativní protein a protein s patologickou konformací? 2.Důsledek vzniku proteinu s patologickou konformací? (3) 3.Osud patologického proteinu v buňce. 4.Co jsou to chaperony? Dělení. 5.Možnosti terapie nemocí způsobených patologickou konformací. 6.Souvislost neurodegenerativních chorob a patologické konformace proteinů

Shrnutí  Porucha zavinování peptidu vede ke vzniku patologické konformace  Protein s patologickou konformací způsobuje onemocnění  Patří sem např. Alzheimerova choroba, Parkinsonova choroba, diabetes mellitus, cystická fibrosa, amyloidosy  Terapeutické možnosti jsou náprava patologické konformace