البريونات: الخصائص ، التركيب ، الوظائف ، الأمراض - مادة الاحياء - 2026

و البريونات هي بروتينات دون جينوم الحمض النووي أو التي تكون بمثابة العوامل المعدية. مصطلح "بريون" يعني الجسيمات المعدية البروتينية (من الجسيمات المعدية البروتينية الإنجليزية) ، وقد صاغها طبيب الأعصاب والحائز على جائزة نوبل ستانلي ب.

في عام 1982 ، حدد Prusiner وزملاؤه جزيء بروتين معدي ، أثناء دراسة أسباب أمراض كروتزفيلد جاكوب (في البشر) والاعتلال الدماغي الإسفنجي البقري.

مخلفات بروتين البريون البقري. مأخوذة وتحرير من: 23-230 لوبيز-غارسيا ، إف ، زان ، آر ، ريك ، آر ، Wuthrich ، K. و RCSB ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

توجد هذه العوامل المعدية النادرة في غشاء الخلايا الطبيعية ، فقط كبروتينات مشوهة و / أو ببنية غير طبيعية ثلاثية الأبعاد. هذه البروتينات مسؤولة عن العديد من الأمراض التنكسية والوفيات المرتفعة التي تؤثر على الأنسجة العصبية وبنية الدماغ.

وتسمى أيضًا أمراض البريون. من بين أهم الأمراض التي تصيب البشر ، لدينا الكورو ، ومرض غيرستمان-ستراوسلر-شينكر ، ومتلازمة كروتزفيلد جاكوب ، والأرق العائلي المميت.

الخصائص العامة

البريونات هي هياكل بروتينية موجودة في أغشية الخلايا. هذه البروتينات لها شكل أو شكل متغير.

أما تكاثره فيتم من خلال تحويل الأشكال كما في حالة مرض السكرابى. في هذا المرض ، تقوم البريونات بتجنيد PRP (C) (بروتينات البريون ذات التشكل غير المتغير) لتحفيز التحول إلى الشكل الإسوي لـ PRP (Sc).

ينتج عن هذا تفاعل متسلسل ينشر المادة المعدية وبالتالي يسمح بتدفق المرض. كيف تحدث عملية التحويل هذه لا تزال غير معروفة.

هذه البروتينات غير العادية القادرة على التكاثر لا تحتوي على أحماض نووية. والدليل على ذلك هو أنها مقاومة للأشعة السينية والأشعة فوق البنفسجية. تعمل هذه العوامل على تكسير الأحماض النووية بسهولة.

توجد بروتينات البريون ، التي تتكون منها البريونات (PrP) ، في جميع أنحاء الجسم ، ليس فقط في البشر ولكن في الفقاريات الصحية الأخرى. هذه البروتينات بشكل عام مقاومة للبروتياز (الإنزيمات التي تحفز البروتينات).

لا يُعرف سوى القليل جدًا عن فائدة بروتينات بريون PrP (C) ، وهي الشكل الطبيعي للبروتين غير المعدي في جسم الإنسان.

ومع ذلك ، فقد نجح بعض الباحثين في إثبات أن هذه البروتينات ، في الفئران ، تنشط إصلاح المايلين في خلايا الجهاز العصبي المحيطي. كما ثبت أن عدم وجود هذه الخلايا يسبب إزالة الميالين من هذه الخلايا العصبية.

الهياكل

تكمن المعرفة التي تم الحصول عليها حول بنية البريونات بشكل أساسي في التحقيقات التي أجريت في بكتيريا Escherichia coli.

أظهرت الدراسات أن عديد الببتيدات في سلسلة PrP (C) (طبيعي) و PrP (Sc) (معدية) متطابقة في تكوين الأحماض الأمينية ، ولكنها تختلف في شكلها ثلاثي الأبعاد وقابل للطي.

PRP (C)

تحتوي هذه البريونات غير المعدية على 209 من الأحماض الأمينية في البشر. لديهم رابطة ثاني كبريتيد. هيكلها حلزوني ألفا ، مما يعني أنه يحتوي على أحماض أمينية حلزونية الشكل (حلزونات ألفا) وعدد قليل من الخيوط المسطحة من الأحماض الأمينية (صفائح بيتا).

لا يمكن فصل هذا البروتين بالطرد المركزي ، مما يعني أنه غير قابل للترسيب. يتم هضمه بسهولة عن طريق الطيف الواسع من بروتين سيرين يسمى بروتيناز ك.

PRP (Sc)

إنه بروتين معدي يحول PrP (C) إلى أشكال إسوية PrP (Sc) المعدية وبتكوين أو شكل غير طبيعي.

لا يُعرف سوى القليل جدًا عن هيكله ثلاثي الأبعاد ، ولكن من المعروف أنه يحتوي على عدد قليل من الأشكال الحلزونية والمزيد من الخيوط المسطحة أو صفائح بيتا. التحول إلى الشكل الإسوي هو ما يُعرف بالحدث المحوري لأمراض البريون.

المميزات

توجد بروتينات البريون الخلوية على سطح الخلية لمجموعة متنوعة من الأعضاء والأنسجة. لا يُعرف سوى القليل جدًا عن الوظائف الفسيولوجية للبريونات في الجسم. ومع ذلك ، فإن التجارب التي أجريت على الفئران تشير إلى الوظائف المحتملة ، مثل:

مع مستقبلات الغلوتامات الأيضية

لقد ثبت أن PrP (C) يعمل مع مستقبلات الغلوتامات (مؤثر في الأيض ومستقل الأيض). يشارك PrP (C) كمستقبل للأوليجومرات السامة للتشابك لسطح الخلية Aβ الببتيد.

في التطور الجنيني

في الفئران من عائلة Murinae ، تم العثور على بروتينات البريون PrP (C) ليتم التعبير عنها في غضون أيام قليلة بعد الزرع ، في التطور الجنيني.

يشير هذا إلى أنهم يلعبون دورًا أثناء تطور هذه الثدييات الصغيرة. يرتبط الدور الذي وفقًا للباحثين بتنظيم تكوين الخلايا العصبية (إنتاج محاور عصبية وتغصنات من الخلايا العصبية).

كما أنها تعمل على نمو المحور العصبي. تشارك بروتينات البريون هذه في تطوير دائرة المخيخ. لهذا السبب ، يُعتقد أن غياب بريونات PRP (C) يؤدي إلى تأخير في التطور الحركي للقوارض.

اعصاب

في الدراسات التي أجريت على الإفراط في التعبير عن PrP (C) عن طريق التوجه الجيني ، وجد أن غياب هذه البريونات يسبب مشاكل في إمداد الدم لبعض الأماكن في الدماغ (نقص تروية الدماغ الحاد).

هذا يعني أن بروتينات البريون تعمل كواقيات عصبية. بالإضافة إلى ذلك ، فقد ثبت أن التعبير الزائد لـ PrP (C) يمكن أن يقلل أو يحسن الإصابات الناجمة عن نقص التروية.

الجهاز العصبي المحيطي

تم مؤخرًا اكتشاف الدور الفسيولوجي لـ Prp (C) في الحفاظ على المايلين المحيطي.

خلال دراسة معملية ، تم اكتشاف أنه في غياب بروتين البريون ، أصيب فئران المختبر بنقص في الأعصاب التي تنقل المعلومات من الدماغ والحبل الشوكي ، فيما يسمى بالاعتلال العصبي المحيطي.

موت الخلية

هناك بعض البروتينات التي تشبه البريونات ، وتوجد في أجزاء أخرى من الجسم غير الدماغ.

وظائف هذه البروتينات هي بدء وتنظيم و / أو التحكم في موت الخلية ، عندما يتم مهاجمة الكائن الحي (بواسطة الفيروسات على سبيل المثال) ، وبالتالي منع انتشار العامل الممرض.

هذه الوظيفة الخاصة لهذه البروتينات تجعل الباحثين يفكرون في الأهمية المحتملة للبريونات غير المعدية في مكافحة مسببات الأمراض.

ذاكرة طويلة المدى

أظهرت دراسة أجريت في معهد Stowers Institute في ميسوري بالولايات المتحدة الأمريكية أن بريونات PrP قد تلعب دورًا في الحفاظ على الذاكرة طويلة المدى.

كشفت الدراسة أنه يمكن التحكم في بعض بروتينات البريون للعمل في الحفاظ على الوظائف الفسيولوجية للذاكرة طويلة المدى.

تجديد الخلايا الجذعية

كشف تحقيق حول بروتينات البريون التي يتم التعبير عنها في الخلايا الجذعية لأنسجة الدم أن كل هذه الخلايا الجذعية (المكونة للدم) تعبر عن بروتينات بريون في غشاء الخلية. لذلك يُعتقد أنهم يشاركون في عملية تجديد الخلايا المعقدة والمهمة للغاية.

الأمراض التي تسببها البريونات

يتم التعرف على أمراض أصل البريون على أنها اضطرابات تنكسية تقدمية في الدماغ. يمكنهم مهاجمة الماشية والغزلان والوعل والأغنام وحتى البشر.

تحدث هذه الأمراض بسبب تغيير في بنية البروتينات PRP (C) والتي لا تزال وظائفها المحددة غير مؤكدة حتى اليوم. يمكن أن تنشأ أمراض البريون دون سبب معروف. يمكن أن يكون لها أصل وراثي وراثي ويمكن أيضًا أن تنتقل بطريقة معدية ومعدية.

البريونات تسبب أمراضًا عائلية ومتفرقة ومعدية. أمراض البريون العائلية هي تلك الأمراض الوراثية. تعتبر الأمراض المتفرقة هي الأكثر شيوعًا وتحدث بدون أسباب معروفة.

تعتبر الأمراض المعدية نادرة ، فهي تنتقل من شخص لآخر ومن حيوان إلى حيوان ومن إنسان إلى حيوان والعكس صحيح. الأسباب متعددة وتتراوح من استهلاك اللحوم الملوثة وأكل لحوم البشر ونقل الدم إلى التعامل مع المعدات الجراحية الملوثة.

أكثر أمراض البريون شيوعًا هي:

مرض كروتزفيلد جاكوب (CJD)

يعتبر مرض البريون الأكثر شيوعًا بين البشر ، وهو مرض عالمي ، أي ينتشر في جميع أنحاء العالم. يمكن أن يكون وراثيًا (عائليًا) أو متقطعًا أو معديًا.

يصاب المرضى بأعراض مثل الخرف ، أو الهزات ، أو الحركات اللاإرادية المفاجئة ، والعجز في الجهاز العصبي المركزي.

اعتمادًا على علاج المرض وشكله ، يمكن أن تحدث الوفاة بين 4 أشهر إلى سنتين بعد اكتساب المرض. من الصعب إجراء التشخيص ، وعادة ما يتم بعد الوفاة أثناء تشريح الجثة.

صورة مجهرية ضوئية لأنسجة المخ تكشف عن وجود لويحات أميلويد نموذجية موجودة في حالة مختلفة من مرض كروتزفيلد جاكوب. مأخوذة وتحرير من: مزودو المحتوى: CDC / Teresa Hammett Photo Credit: Sherif Zaki؛ MD ؛ دكتوراة وون جو شيه MD ؛ دكتوراة MPH ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

داء غيرستمان-ستراوسلر-شينكر

إنه مرض تسببه البريونات في عملية دماغية معدية وراثية أو سائدة. يتجلى المرض في الأشخاص الذين تتراوح أعمارهم بين 40 إلى 60 عامًا.

يُظهر هؤلاء الأشخاص مشاكل في النطق بالكلمات (عسر التلفظ) ، الهزات أو الحركات اللاإرادية المفاجئة ، العدوانية متكررة.

يصابوا بتنكس مخيخي مصحوب بمشية غير مستقرة. من الممكن أيضًا ملاحظة ضعف المنعكسات ، والصمم ، وشلل البصر ، والخرف ، من بين أعراض أخرى. متوسط ​​العمر المتوقع حوالي 5 سنوات أو أطول قليلاً.

اعتلال بريوني مع حساسية متغيرة للبروتياز

إنه مرض نادر جدًا لدرجة أن معدل حدوثه يتراوح من 2 إلى 3 حالات لكل 100 مليون نسمة. يشبه علم الأمراض مرض جيرستمان-ستراوسلر-شينكر.

تشير المظاهر السريرية للبروتين إلى مقاومة منخفضة للبروتياز ، بعضها أكثر حساسية والبعض الآخر أقل حساسية لهذه الإنزيمات.

الأعراض التي يعاني منها المرضى هي: مشاكل في النطق والضعف الإدراكي ، وفقدان الخلايا العصبية في المنطقة التي يتحكم فيها الدماغ في الحركات ويقوم بالتنسيق العضلي.

هذا المرض شائع عند المرضى المسنين (70 عامًا) ويقدر العمر الافتراضي بعد الإصابة بحوالي 20 شهرًا.

الأرق القاتل

إنه مرض وراثي أو عائلي ، ويمكن أن يحدث أيضًا بشكل متقطع. من المعروف أن المرض ناتج عن طفرة وراثية أو جسمية سائدة.

يعاني المرضى من أعراض مثل مشاكل النوم التراكمية والحفاظ على النوم والخرف والضعف الإدراكي وحتى مشاكل ارتفاع ضغط الدم وعدم انتظام دقات القلب وفرط التعرق وغيرها.

العمر المصاب به واسع جدًا ، يتراوح بين 23 و 73 عامًا ، لكن متوسط ​​العمر 40 عامًا. العمر الافتراضي بمجرد الإصابة يزيد قليلاً عن 6 سنوات.

كورو

تم اكتشاف مرض البريون هذا فقط في سكان بابوا غينيا الجديدة. إنه مرض مرتبط بأكل لحوم البشر والتقاليد الثقافية لطقوس الحداد على الموتى ، حيث يأكل هؤلاء الأشخاص الدماغ أو اللحم البشري.

عادة ما يعاني الأشخاص المصابون بالمرض من حركات لا إرادية ولا يمكن السيطرة عليها في أجزاء مختلفة من الجسم.

يعانون من رعشة وفقدان السيطرة على الحركات وفقدان التنسيق العضلي. متوسط ​​العمر المتوقع للمصابين هو عامين.

أمراض الحيوانات

من بين الأمراض التي تنتجها البريونات في الحيوانات اعتلال الدماغ الإسفنجي البقري. تسبب هذا المرض في إحداث فوضى في أوروبا ، في الصحة العامة ، وفي صحة الحيوانات وفي اقتصاد البلدان المتضررة.

ومن الأمراض الأخرى التي تصيب الحيوانات سكرابي ، واعتلال دماغ المنك المعدي ، ومرض الهزال المزمن (في الغزلان) ، والاعتلال الدماغي الإسفنجي لدى القطط.

هذه الأمراض ، مثل تلك التي تصيب الإنسان ، تفتقر إلى العلاج الفعال ، لذا فإن الوقاية ضرورية خاصة بعد الإصابة بالعدوى التي تحدث للإنسان نتيجة تناول لحوم الأبقار المصابة.

العلاجات

حتى الآن لا يوجد علاج معروف لأمراض البريون. العلاج عرضي. يُنصح المرضى بالتخطيط للرعاية الملطفة ويوصى بإجراء الاختبارات الجينية وتقديم المشورة لأفراد الأسرة.

تم اختبار مجموعة متنوعة من الأدوية في المرضى الذين يعانون من أمراض البريون ، مثل مضادات الفيروسات ومضادات الأورام وأدوية الأمراض مثل باركنسون وعلاجات كبت المناعة والمضادات الحيوية ومضادات الفطريات وحتى مضادات الاكتئاب.

ومع ذلك ، لا يوجد حاليًا أي دليل يشير إلى أن بعضًا منها يقلل الأعراض أو يحسن بقاء المرضى.

الوقاية

البريونات مقاومة لمجموعة متنوعة من التغيرات الفيزيائية والكيميائية. ومع ذلك ، يتم استخدام تقنيات مختلفة لتجنب تلوث المرضى بأدوات جراحية ملوثة.

من بين التقنيات الأكثر استخدامًا تعقيم المعدات في الأوتوكلاف عند 132 درجة مئوية لمدة ساعة واحدة ثم غمر الأدوات في هيدروكسيد الصوديوم لمدة ساعة أخرى على الأقل.

من ناحية أخرى ، وضعت منظمة الصحة العالمية (WHO) تدابير لمنع انتشار أمراض البريون. تضع هذه المنظمة قواعد للتعامل مع الأنسجة المحظورة أو التي يحتمل أن تكون خطرة مثل: العيون والدماغ والأمعاء واللوزتين والحبل الشوكي.

المراجع

1. بريون ، عامل معدي. تعافى من britannica.com.
2. ما هو البريون؟ تم الاسترجاع من موقع scientificamerican.com.
3. كمبيوتر كاليكيري ، آر جي ساشان. 2003. البريونات - جزيئات بروتينية معدية. مجلة الأكاديمية الهندية للطب السريري.
4. بريون. تعافى من en.wikipedia.org
5. KM Pan، M. Baldwin، J. Nguyen، M. Gasset، A. Serban، D. Groth، I. Mehlhorn، Z. Huang، RJ Fletterick، FE Cohen (1993). تحويل حلزونات ألفا إلى صفائح بيتا في تكوين بروتينات بريون سكرابي. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم بالولايات المتحدة الأمريكية.
6. م. وولف ، أ. سيناتور وأغوزيك (2017). الوظيفة البيولوجية لبروتين البريون الخلوي: تحديث. علم الأحياء BCM.
7. CC Zhang، AD Steele، S. Lindquist، HF Lodish (2006). يتم التعبير عن بروتين البريون على الخلايا الجذعية المكونة للدم على المدى الطويل ، وهو مهم للتجديد الذاتي. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم بالولايات المتحدة الأمريكية.
8. مراجعة أمراض البريون (اعتلالات الدماغ الإسفنجية المعدية) تم الاسترجاع من msdmanuals.com.
9. E. Arranz-Martínez، G. Trillo-Sánchez-Redondo، A. Ruiz-García، S. Ares-Blanco (2010). Prionpathies: اعتلال الدماغ البريون. طب الأسرة. SEMERGEN.