Prion
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Loslegenvon englisch: "proteinaceous" und "infectious"
Synonyme: Prion Protein, PrP
Englisch: prion, prion protein
Definition
Prionen sind Glykoproteine mit einem Molekulargewicht von 33-35 kDa, die im menschlichen und tierischen Organismus vorkommen. Sie besitzen eine Größe von ca. 10-15 nm. Neben einer physiologischen Variante, deren genaue Funktion noch unbekannt ist, gibt es eine pathogene Variante des Proteins, die als Auslöser der so genannten "übertragbaren spongioformen Enzephalopathien" (TSE) gilt. Hierzu zählen unter anderem der Rinderwahnsinn (BSE) und die Creutzfeldt-Jakob-Krankheit.
Biochemie
Als erstes Prion konnte das Protein PrP (für "prion protein") identifiziert werden - ein regulärer Bestandteil von Zellmembranen. Die physiologische Variante dieses Proteins wird PrPC genannt, die pathogene Form PrPSC (SC für "Scrapie"). Die genetische Information für PrPC ist beim Menschen auf Chromosom 20 lokalisiert.
PrPSC besitzt die gleiche Aminosäuresequenz (Primärstruktur) wie PrPC, unterscheidet sich aber von der Normalvariante durch eine veränderte "Faltung" des Proteins: Die Sekundär- und Tertiärstruktur der Varianten weichen deutlich voneinander ab. Diese Strukturunterschiede haben einen erheblichen Einfluss auf die Eigenschaften des Moleküls und seinen Stoffwechselpfad. Während PrPC leicht durch Proteasen gespaltet werden kann, bleibt PrPSC im wesentlichen intakt. Hier kann nur ein N-terminales Peptid von 70 Aminosäuren abgeschnitten werden, der Großteil des Moleküls (27-30 kDa) ist gegenüber den enzymatischen Angriffen "resistent".
Ihre spezifische Faltung macht die pathogenen Prionen darüber hinaus extrem widerstandsfähig gegenüber Hitze, UV-Strahlung- und Gamma-Bestrahlung und herkömmlichen Desinfektionsmitteln. PrPSC ist in den meisten Lösungsmitteln unlöslich.
Pathomechanismus
Der Pathomechanismus der Prionen ist noch nicht völlig geklärt. Es gibt jedoch ein plausibles Erklärungsmodell für Prionenerkrankungen. PrPSC scheint sich demnach losgelöst von zellulären Steuerungsprozessen zu vervielfältigen, indem es regulär geformtes PrPC der Zelle "deformiert", d.h. dessen Tertiärstruktur ändert. PrPSC kopiert sozusagen seine Struktur auf die physiologische Variante. Die deformierten Proteine bilden Aggregate (Amyloid), die sich im Hirngewebe ablagern. Unklar ist noch, ob diese Aggregate selbst zur Schädigung der Zellen führen, oder nur eine Begleiterscheinung sind. Es wird angenommen, dass die Überlastung der neuronalen Proteasomen, die für den Abbau falsch gefalteter Proteine verantwortlich sind, zum Tod der Nervenzellen führt.
Im Jahr 2004 gelang es Forschern erstmals, Mäuse mit gentechnisch hergestellten Prionen zu infizieren und damit die Modellvorstellung von "infektiösen Proteinen" zu untermauern.
Da Prionen keine herkömmlichen pathogenen Mikroorganismen im Sinne nukleinsäurehaltiger, zellulärer (Bakterien) oder subzellulärer Entitäten (Viren) sind, fehlt bei Prionenerkrankungen jegliche Immunantwort wie etwa eine Entzündungsreaktion.
Funktion
Die genaue Funktion der physiologisch vorkommenden Prionen ist unbekannt. Forschungen legen die Vermutung nahe, dass diese Prionen die Funktion des Langzeitgedächtnisses unterstützen, indem sie neuronale Verbindungen stabilisieren. Weitere, in Tierversuchen gewonnene Forschungsergebnisse weisen darauf hin, dass das körpereigene PrP die hämatopoetischen Stammzellen vor Stress schützt und ihre Regenerationsfähigkeit erhält.
Klinik
Klinisch manifestieren sich Prionen-Erkrankungen durch eine Enzephalopathie mit zunächst psychischen Auffälligkeiten, denen Ataxien, klonische Muskelzuckungen und eine rasch progrediente Demenz folgen.