Mechanizmy alzheimera czy parkinsona podobne do chorób prionowych

Kiedy człowiek uświadomi sobie, jak działają priony, to może mrozić krew w żyłach. Nieprawidłowo zwinięte białka – a więc de facto martwe cząsteczki, które nie mają DNA ani RNA – mają zdolność namnażania się w organizmie kosztem dobrych strukturalnie cząsteczek i wywoływania choroby?

Jeszcze bardziej panią zaniepokoję. Pojawia się coraz więcej dowodów na to, że wszystkie choroby neurodegeneracyjne mają biologię podobną do chorób prionowych. Schorzenia takie jak choroba Alzheimera też mogą być w pewnym sensie transmisyjne. Słowo „zakaźne” to za mocno powiedziane, ale istnieje ryzyko przeniesienia patologicznych białek z jednego pacjenta na drugiego, np. poprzez operacje neurochirurgiczne. Mechanizm, który wydawał się unikalny dla prionów, dotyczy również innych białek.

Zanim przejdziemy do choroby Alzheimera, spróbujmy zrozumieć, co to są priony.

Organizm wytwarza naturalne białka potrzebne między innymi do pracy mózgu. W pewnych warunkach zmieniają one swoją strukturę drugorzędową, czyli sposób sfałdowania się w przestrzeni, choć ich skład chemiczny nie ulega w tym czasie zmianom. Przybranie jednak nowej formy przestrzennej – całkowicie zmienia ich właściwości.

Przez to białka te stają się bardzo odporne na działanie enzymów, a ich najistotniejszą cechą staje się zdolność do „zarażania” zdrowych cząsteczek tego samego rodzaju białka swoim sposobem zwinięcia. Kiedy takie patologiczne białko zetknie się z formą prawidłową, powoduje zmianę w strukturze napotkanego białka. W komórkach jest zatem coraz mniej prawidłowych cząsteczek, a coraz więcej nieprawidłowych.

Takie zakaźne, nieprawidłowo zwinięte cząsteczki białka, nazwano prionami, a ich prawidłowym odpowiednikiem jest białko prionu (PrP).

Swoją drogą nadanie tym specyficznym, źle zwiniętym białkom osobnej nazwy – prion – to był ruch polecony przez PR-owców Stanleyowi Prusinerowi, który liczył na Nagrodę Nobla. To mu pomogło. Nobla za priony otrzymał w 1997 r.

Jakie mechanizmy są wspólne dla ludzkich chorób prionowych: najczęstszej – choroby Creutzfeldta-Jakoba (CJD), choroby Gerstmanna-Sträusslera-Scheinkera (GSS) oraz śmiertelnej bezsenności rodzinnej (FFI)?

To rzadkie choroby mózgu z rodziny pasażowalnych encefalopatii gąbczastych. Akumulacja nieprawidłowego białka prowadzi do zaburzenia pracy neuronów, co stopniowo utrudnia pracę mózgu. Nieprawidłowe białko prionu ulega polimeryzacji, tworząc włókienka, które odkładają się w synapsach, a także tworzą struktury nazywane blaszkami amyloidowymi podobnie jak w chorobie Alzheimera, chociaż w każdej z tych chorób zbudowane są one z innych białek. Proces ten jest jednak bardzo długotrwały – okres inkubacji chorób prionowych może wynosić od 10 do nawet 40 lat.

Skąd biorą się w organizmie pierwsze priony?

W przypadku choroby Creutzfeldta-Jakoba – w Polsce mamy ok. 40 przypadków rocznie – wyróżniamy trzy drogi powstania patologicznego białka. Pierwsza, najczęstsza, to spontaniczna przemiana prawidłowego białka w patologiczne – nie do końca na razie wiemy, dlaczego do niej dochodzi.

Druga droga to wprowadzenie cząstki z zewnątrz, na przykład przez spożycie zakażonego mięsa lub przypadki jatrogenne, czyli w wyniku procedur medycznych.

Trzecia droga to mutacja genetyczna – postacie dziedziczne stanowią około 15 proc. przypadków chorób prionowych.

Jak dochodzi do zakażeń podczas procedur medycznych?

Najwięcej przypadków było spowodowanych podawaniem hormonów przysadkowych i przeszczepów opony twardej pobranych od osób zmarłych. Obecnie obawiamy się transmisji podczas pracy laboratoryjnej i operacji neurochirurgicznych. Chodzi zwłaszcza o narzędzia używane podczas operacji neurochirurgicznych, ponieważ tkanka nerwowa jest – jeśli chodzi o priony – najbardziej zakaźna.

Zwykła sterylizacja – w tym autoklawowanie – nie niszczy prionów. Priony są niezwykle odporne – rozkładają się dopiero w temperaturze 1000 stopni Celsjusza. Aby je skutecznie zneutralizować, narzędzia przed autoklawowaniem muszą być poddane działaniu stężonego wodorotlenku sodu (NaOH) lub kwasu mrówkowego.

Problem polega na tym, że aby użyć tych procedur, musimy mieć świadomość, że zoperowaliśmy właśnie pacjenta z chorobą prionową. A to jest trudne, bo przecież przez długi czas patologiczne białko szerzy się bezobjawowo.

W historii medycyny udokumentowano też przypadki zakażeń prionami w wyniku stosowania w latach 70. i 80. XX w. hormonu wzrostu uzyskiwanego z przysadek mózgowych zmarłych dawców czy przetaczania krwi od osób z wariantem choroby Creutzfeldta-Jakoba (vCJD) w okresie bezobjawowym. W przypadku wariantu vCJD (zakażenie odbywa się poprzez zjedzenie mięsa bydła zakażonego chorobą szalonych krów) zakaźna jest też tkanka limfatyczna, co oznacza obecność prionów we krwi, a nawet w przewodzie pokarmowym. Wykonanie gastroskopii czy kolonoskopii osobie zakażonej mogłoby zakazić sprzęt.

Czy potrafimy już w jakikolwiek sposób leczyć choroby prionowe?

Obecne próby są mało skuteczne. Największe nadzieje wiąże się z przeciwciałami monoklonalnymi, które miałyby wychwytywać i blokować patologiczną postać białka. Testuje się również oligonukleotydy antysensowne (ASO) oraz technologię siRNA w celu obniżenia ekspresji prawidłowego białka. Wszystko to jest jednak na etapie wczesnych badań.

Takie leczenie musielibyśmy włączać profilaktycznie, zanim dojdzie do uszkodzenia mózgu. A to byłoby na razie trudne. Przeciwciała monoklonalne nie są obojętne – mogą wywoływać np. uszkodzenia związane z odpowiedzią immunologiczną, co wiemy z badań nad chorobą Alzheimera, a także mogą być neurotoksyczne.

Wróćmy zatem do podobieństwa między chorobami prionowymi a chorobami Alzheimera i Parkinsona. Jak wygląda obecny stan wiedzy i debaty naukowej w tym obszarze? Czy alzheimer to choroba prionowa?

Znamy patologicznie zwinięte białka: tau i amyloid beta w chorobie Alzheimera oraz alfa-synukleinę w chorobie Parkinsona. Eksperymentalnie stwierdzono, że mogą one wykazywać ten sam mechanizm zmiany konformacji przez zetknięcie postaci prawidłowej z patologiczną.

Noblista Stanley Prusiner jest wręcz orędownikiem używania nazw takich jak „priony alzheimerowskie” czy „priony parkinsonowskie”. Środowisko medyczne podchodzi jednak do tego sceptycznie. My używamy w większości nazwy „białka patologicznie zwinięte” (misfolded proteins).

Nie chcemy używać tu nazwy priony, bo priony są jednoznacznie zakaźne, a inne schorzenia neurodegeneracyjne nie są zakaźne w klasycznym rozumieniu. Możemy najwyżej mówić, że białka te mają zdolność propagacji.

W przypadku choroby Alzheimera nie ma dowodów na pełnoobjawową chorobę przeniesioną z człowieka na człowieka. Mamy jednak dowody, że w wyniku podania hormonów przysadkowych lub przeszczepu opony może dojść do transmisji źle zwiniętego białka, co prowadzi do jego namnażania się u biorcy. Natomiast nie mamy dowodów, że w wyniku takiej transmisji rozwinęła się u człowieka pełnoobjawowa choroba.

Natomiast udało się przenieść chorobę Alzheimera w warunkach laboratoryjnych z człowieka na mysz. Wyekstrahowano patologiczny amyloid beta z mózgu człowieka zmarłego na alzheimera i podano go myszy, a białko zaczęło się rozprzestrzeniać i wywołało objawy chorobowe.

Czy w związku z tym ryzykiem transmisji źle sfałdowanych białek procedury ochronne w szpitalach powinny zostać zaostrzone?

Na międzynarodowych sympozjach coraz częściej postuluje się wprowadzanie zaostrzonego traktowania narzędzi chirurgicznych również w przypadku operacji neurochirurgicznych pacjentów z chorobami takimi jak choroba Alzheimera. Takie zalecenia pojawiają się już w literaturze naukowej. W miarę możliwości używamy narzędzi jednorazowych, które przed utylizacją zanurzamy w NaOH lub spalamy w wysokiej temperaturze.

Czym zajmują się państwo w ramach projektu Prionomics?

Nasze konsorcjum składające się z siedmiu ośrodków gromadzi próbki płynów mózgowo-rdzeniowych, krwi, a nawet płynu łzowego oraz tkanki autopsyjne osób z chorobami prionowymi. Projekt skupia się na badaniu tzw. danych omicznych (genomowych, transkryptomicznych, proteomicznych) i poszukiwania nowych markerów genetycznych i proteomicznych, a naszym nadrzędnym celem jest znalezienie biomarkerów, które pozwoliłyby na wczesne, przedobjawowe wykrycie procesu chorobowego. Główną przeszkodą jest rzadkość występowania tych schorzeń, dlatego staramy się gromadzić dane z wielu krajów. W podobnym celu zostało utworzone konsorcjum PRIONIER oraz International CJD Surveillance Network.

Co chciałaby pani, aby zapamiętac o prionach?

Po pierwsze, czynnikiem zakaźnym może być cząstka białka, pozbawiona kwasu nukleinowego.

Po drugie, mechanizm ten stanowi prawdopodobnie uniwersalną matrycę dla wszystkich chorób neurodegeneracyjnych. Jeśli chcemy okiełznać schorzenia dotykające miliony ludzi na świecie, musimy dokładnie zrozumieć, jak białka zmieniają swoją konformację i uszkadzają układ nerwowy w wyniku kontaktu z patologicznymi cząsteczkami.

Ludzie, którzy się zajmują prionami, to niewielka grupa prawdziwych pasjonatów. Za badaniami w tym kierunku nie stoją wielkie pieniądze ani szybkie sukcesy, ale perspektywa rozwiązania jednej z największych zagadek współczesnej medycyny.

Przeczytaj także: „Żeby leczyć, trzeba najpierw zrozumieć”.