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Lexikon der Biochemie: Prionen

Prionen, von engl. proteinaceous infectious particles, Bezeichnung für die proteinartigen infektiösen Partikel, die man als nicht eindeutig charakterisierte Erreger von meist progressiven Erkrankungen des ZNS vermutet. Nach der Prionentheorie werden transmissible spongioforme Enzephalopathien durch Proteine übertragen, die ein normales zelluläres Prionprotein (PrPC) in eine unlösliche, proteasestabile, anomale krankheitsverursachende Isoform (PrPSc) überführen, die für die neurodegenerativen Effekte verantwortlich gemacht werden. Die Hypothese, dass ein Protein das infektiöse Agens ist, wird von Stanley B. Prusiner (Nobelpreis für Medizin und Physiologie 1997) vertreten. Normalerweise haben übliche Krankheitserreger (Viren, Bakterien, Parasiten etc.) als Erbmaterial Nucleinsäuren, die nach der Infektion des Wirts zu ihrer Vermehrung genutzt werden. Die spongiformen Encephalopathien sind dadurch gekennzeichnet, dass das Gehirngewebe der betroffenen Patienten ein löchriges, schwammartiges Aussehen aufweist. Sie wurden früher als sog. slow-virus-Erkrankungen bezeichnet. Dazu zählen die Traberkrankheit (scrapie), eine neurologische Störung bei Schafen und Ziegen, der Rinderwahnsinn (BSE, bovine spongiforme Enzephalopathie) die Creutzfeldt-Jacob-Krankheit (CJK, eine seltene fortschreitende Störung des menschlichen Kleinhirns), die Kuru-Krankheit (eine ähnliche oder gar identische degenerative Störung des Kleinhirns bei Ureinwohnern von Papua-Neuguinea) sowie das Gerstmann-Sträussler-Syndrom (GSS, eine seltene Erbkrankheit). Alle diese tödlich verlaufenden Erkrankungen sind durch ähnliche Symptome gekennzeichnet, so dass sie möglicherweise eng miteinander verwandt sein könnten. Die Prionenhypothese postuliert ein einziges Proteinmolekül, das im Widerspruch zum zentralen Dogma der Molekularbiologie sowohl für erbliche als auch für spontane Formen der gleichen Krankheit verantwortlich sein soll. Als krankheitsverursachende Komponente fungiert eine abnormale Isoform PrPSc eines natürlichen zellulären Proteins PrPC, das in allen Säugern und Vögeln vorkommt. Es handelt sich um ein hydrophobes Glycoprotein (Mr 30 kDa). PrPC ist über eine Glycolipidgruppierung auf der Zellaußenseite verankert und enthält 40 % α-Helix, jedoch nur wenig β-Faltblattstruktur. Funktionell ist es möglicherweise an Signalprozessen sowie an der Zelladhäsion beteiligt. Die Bildung von PrPSc ist ein posttranslationaler Prozess, der nur mit einer Konformationsveränderung im PrPC verbunden ist. Aus Modelling-Studien wird die Struktur eines 4-Helixbündel-Proteins mit vier Sekundärstruktur-Regionen abgeleitet. PrPSc enthält im Gegensatz zur zellulären Form des Prionproteins nur 30 % α-Helix, jedoch mit 45% einen hohen Anteil an β-Faltblattstruktur. Im Unterschied zu PrPC ist PrPSc partiell proteolyseresistent, so dass die für die spongiformen Encephalopathien typischen Neurodegenerationen auf eine Tendenz des PrPSc zur Stäbchen- und Plaquebildung zurückgeführt werden könnten. Die hohe Replikationsfähigkeit von Prionen lässt sich nach Prusiner dadurch erklären, dass jeweils ein PrPSc mit einem zellulären PrPC dimerisiert, das danach in PrPSc umgewandelt wird. Das iniziale PrPSc könnte durch eine zufällige Konformationsumwandlung, durch Mutation des PrP-Gens oder in der Folge von Proteininfektionen gebildet werden. Der gegenwärtige Erkenntnisstand lässt die Aussage zu, dass PrPSc entweder tatsächlich den pathogen Prozess initiiert, oder eine Akkumulation dieser pathogenen Vorgänge im Infektionszentrum des Gewebes bewirkt. Ein attraktives therapeutisches Ziel bei der Bekämpfung von Prionen-Krankheiten ist eine Stabilisierung der Struktur des PrPC durch geeignete Arzneistoffe. [S.B. Prusiner, Science 278 (1997) 245; F. Edenhofer et al., Angew. Chem. 109 (1997) 1.748; Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 36 (1997) 1.674]

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