能够传染致病的蛋白质粒子培训资料

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1、生命科学导论,上海交通大学生命科学技术学院,第九讲 能够传染致病的蛋白质,粒子普列昂,1997年度诺贝尔奖生理及医学奖授予,普鲁西纳博士( S.B.Prusiner ),(美国加州大学旧金山分校医学院) 表彰他在研究和发现一种新的蛋白质 性质致病因子(普列昂)中所做的贡献。,他是不寻常的诺贝尔奖获得者,普鲁西纳,1942年5月28日 生，,1968年获美国宾 夕法尼亚大学医 学院博士学位。 1984年起任加利 福尼亚大学神经,学、病毒学教授。,(1) 诺贝尔生理学及医学奖历来 颁发给在学术界已获普遍承认和推 崇的突破性的研究成果。,但是，普列昂的研究，直到颁奖,时仍存在着较大的争议。,(2)

2、诺贝尔生理学及医学奖，通 常由二至数名科学家共享。一人独 揽的例子甚少，为 1987 年来仅有， 近 40年中只发生 6 次。,引发传染病的罪魁祸首病源物,病源物 低等动物 血吸虫 绕虫 原生动物 疟原虫 睡眠虫 变形虫,传染病 血吸虫病 绕虫病 疟疾 嗜睡病 阿米巴痢疾,血 吸 虫 的 生 活 史,疟原虫的生活史,锥虫由昆虫传布, 寄生在人的脑,中使病人昏昏睡死,真菌（霉菌和酵母）,霉菌 白假丝酵母,皮肤、指甲真菌感染 鹅口疮 肺组织胞浆菌病,一、作为病原物的细菌和病毒,1、细菌是原核生物,细菌很小，一般直径为 0.55,大约为动、植物细胞的几百分之一。,破伤风 痢疾 鼠疫 脓肿,白喉 肺炎

3、 伤寒 淋病 龋齿,细菌 百日咳 风湿病 炭疽 梅毒 结核 立克次氏体 斑疹伤寒,支原体 衣原体 病毒,类胸膜肺炎 沙眼 流感、脊髓灰质炎 （小儿麻痹症） 腮腺炎 肺炎 麻疹 天 花 肝炎 狂犬病,细,侵 菌 蚀 附 牙 在 齿 牙 的 齿 釉 表 质 面 而 ， 形 产 成 生 空 酸 洞。，,金字塔中的 雕刻表明 4000年前,古埃及已记 载有小儿麻 痹症病人,上述各种病原物的共同特点: 它们都是生物。 细胞形态生物： 低等动物、 原生动物、,真菌、,细菌、,立克次氏体、衣原体。 非细胞形态生物：病毒,针 尖 上 的 大 肠 杆 菌,细菌的细胞没有细胞核，属于原核细胞。,细菌的外形可以有很

4、大变化。,因此有：球菌、杆菌、葡萄球菌等。,原核细胞没有细胞核，但有 DNA，,仍然是 DNA 分子贮存遗传密码。,杆菌 螺旋菌,葡萄球菌 用鞭毛泳动的杆菌,用一种染色方法革兰氏染色法 把细菌区分为两大类：,革兰氏阳性菌 G+ 紫色 革兰氏阴性菌 G 红/黄,金黄色 葡萄球菌 大肠杆菌,2、病毒是非细胞形态微生物, ,没有细胞结构。 最简单的病毒只由蛋白质分子和 核酸分子组成，称为核衣壳。 有些结构复杂的病毒，还有包膜 包在核衣壳外面，或者带有一些 特殊的酶。,烟草花叶病毒 腺病毒,噬菌体,疱疹病毒,病毒是活细胞内专性寄生的生物。,病毒繁殖（复制）在寄主细胞内进行。,以噬菌体为例：,附着识别过

5、程。,侵染病毒核酸进入寄主细胞。 复制复制病毒核酸，合成病,毒外壳蛋白质。,组装形成一批子代病毒粒子。 裂解寄主细胞破裂，释出病,毒粒子。,组装,附着 侵染 复制,裂解 噬菌体 的 生 活 史, ,病毒粒子的直径约 0.1 微米（100 nm）; 病毒仍然以核酸作为遗传物质; 细菌和病毒都符合公认的 “中心法则”。,DNA,DNA RNA 蛋白质,中,心,法,则,二、“慢病毒”引起的疾病,18世纪,冰岛,羊搔痒病,1920s H.Creutzfieldt,人C J 病,A.Jacob 1950s 巴布亚新几内亚 Kuru病 Gajdusek,1980s,英国,疯牛病,病程很慢，,都有神经系统退

6、行性症状; 脑部出现淀粉样沉淀，,形成海绵状空斑。,一名C J 病 患者的,大脑皮层 切片，,可以看到 脑组织里 的海绵状 空斑。,对这类疾病的研究，以羊搔痒病 为代表，困难很大：,发病率 病程,低 慢,传染病 / 遗传病 不清楚,病因 / 病原物,找不到,人们只能猜想： 有一种“慢病毒”在起作用,（1）从发病动物分 离出病原物。,（3）再分离出病原 物，应和接种的病原 物具相同特性。,证,实 病,原 （2）再接种到健康 物 动物，引起同样疾病。的,柯 赫 法 则,三、普列昂的发现,1、以改进检测方法为突破点,目标：分离、纯化病原物、并加以,鉴定，每一步都离不开检测方法。,第一个进步：把搔痒病

7、从羊转至小鼠,发病潜伏期,35年,45个月,第二个进步：检测方法 终点滴度检测法：用小鼠作实验材料 接种给小鼠,150天 1530天 45个月,鼠脑中病原物的滴度最高 分离纯化步骤 再接种给小鼠 出现病症,潜伏期检测法: 用仓鼠作实验材料,终点滴度检测法 (例行的检测 方法) 12个月 60只小鼠,潜伏期检测法 (改进后的检测 方法) 70天 4只仓鼠,总共加快速度100倍,2、得到难以公布的实验结果,原来预期得到小型病毒。,结果，所有实验数据都表明: 病 原物不是小型病毒，不含核酸，而是 蛋白质粒子。,经过八年努力（1974 1982 ）,1982年发表第一篇文章：,提出羊搔痒病病原物是一种

8、蛋白质粒子。,蛋白质类的感染颗粒,（Proteinoceous Infectious Particle, Prion）,普列昂概念的提出，引起轩然大波。 许多人问：没有核酸，这个病原物如,何增殖？如何复制本身的遗传信息。,许多人怀疑：可能还是存在核酸，只,是未能检测出来。,具有讽刺意味的是：,最早提出实验证据，证明核酸是遗传信息 载体的是 Avery 1942年有关肺炎球菌转 化因子的实验。,当时，Avery 的报告未能引起多大重,视。有人怀疑转化因子中起作用的是蛋白 质，只是 Avery 未能检测出来。,关键在于普利昂是否含有核酸？,普鲁西纳回忆说：,在寻找核酸上，D.Riesuer 和我,

9、所花的功夫比其他任何人都多。,3、更深入的研究，更意外的结果 随着研究的深入，得到更多打破传,统观念的结果：,（1）寻找Prnp基因,编码普列昂蛋白（PrP）的基因，,不但在染病动物脑中存在，亦在正常动 物脑中找到，而且表达得一样多。,看来， PrP 蛋白不是病鼠才有。而且， PrP sc 的出现不是调节基因起作用的结果。,PrP c 正常小鼠,PrP sc 得病小鼠,分别把 Prnp 基因在正常和染 病小鼠中的表达产物称为：,（2）普列昂蛋白（PrP c）在正常,动物脑中的功能是什么？,找不到答案。,剔除 PrP 基因的遗传工程小鼠,（PrP%）,看不出病症，似乎一切正 常，亦能正常生育。,

10、（3）PrP%小鼠作出贡献,把染病小鼠的脑提取物接种给,PrP% 小鼠，后者不染病。同样的脑,提取物，接种给普通小鼠 PrP+/+，,后者被染病。,看来， PrP c 的存在是染病的必要前提,染病小鼠 PrP%小鼠,脑提取物 PrP+/+ 小鼠,（4）对 PrP c 和PrP sc 两种蛋白质 做结构分析。 都是由 208 个氨基酸残基组成的 疏水性很强糖蛋白。 氨基酸序列,RNA剪辑 翻译后修饰,均无差别,（5）最后，终于找到差别 PrP c 和 PrP sc 在高级结构 上有巨大差别,PrP c,PrP sc,螺旋 折叠,40 3,21 54%,PrP c,PrP c (上),PrP sc

11、(下),（6）PrP c 和 PrP sc 在高级结构上的 差别, 在细胞内的行为和 代谢特征上也 反映出来。,PrP c,PrP sc,胞内定位 蛋白酶水解,细胞表面 水解完全,胞质内 局部水解,（7）综合上面得到的结果，提出,一个理论设想：,搔痒病的发生是因为 PrP sc 的入,侵，把脑细胞中原来就有的 PrP c “带 坏”，使 PrP c 重新折叠，形成新的高 级结构，变成了 PrP sc 。,增多的 PrP sc 形成淀粉样斑，造成,脑细胞破坏，出现空斑。,核 细胞质,搔痒病 PrP 正常 PrP,转化了的PrP分子,(a)搔痒病 PrP的一个分子(红色)和,正常的 PrP 分子(

12、褐色)相接触并以 某种方式展开而形成搔痒病构型时 原有的PrP分子,(b)接着，初始和新形成的搔痒病 粒子就攻击另外的两个正常的 PrP 分子 (c)后者反过来又去攻击其他正 常分子，以此方式连续进行下去 直至搔痒病 PrP 积累到危害量。,什么叫 PrP sc 把 PrP c “带坏”？,实际上是：,蛋白质大分子与蛋白质大分子之间,的相互作用。,生物大分子之间的相互作用还包括 蛋白质核酸之间的相互作用。,的,识 蛋 别 白 和 质,结 合 核 酸 两 种 大 分 子,蛋 白 质 锌 指 结 构,蛋白质锌指结构与DNA的结合,糜 蛋 白 酶 的 高 级 结 构 呈 桶 状,有,利 底 物 的

13、装 入,糜蛋白酶,芳香族侧链,胃蛋白酶,带正电荷侧链,弹性蛋白酶,短链无电荷侧链,在催化位点，显示出三种酶蛋白有不,同专一性要求底物具不同的侧链。,抗 体 和 抗 原 的 识 别 和 结 合,抗,体 可 变 区 特 异 地,识 别 和 结 合 抗 原,分 子。,胞外：结合信号分子,胞内：推动胞内反应,细胞信号传导包含着一系列蛋白质大分子,相互作用。,联结 G 蛋白的受体(跨膜七次),（8）蛋白质 / 蛋白质 大分子间相,互作用。,PrP sc 把 PrP c “带坏”。,这个基本的理论设想，除了以上,述实验为基础，还进一步得到以后实 验支持。,转染过程 用病仓鼠的 PrP sc 感染小鼠 在小

14、鼠中连 续传代后 用病小鼠的 PrP sc 感染仓鼠 在仓鼠中连 续传代后 仓鼠 PrP sc 感染接受 仓鼠 PrP 基因的转,发病潜伏期 500 天 140 天 400 天 75 天 48250天,基因小鼠 Mo PrP c SHa PrP c,（9）与人有关的几种普列昂病, ,Family Creutzfield-Jakob Disedse ( 家族 C J 病 ) Gerstmamann-Strussler-Scheinleer Syndrem ( GSS 综合症 ) Fatal Familial Insomnis ( 家族性致死失眠症 ),这些病 都是神经退行性疾病,都为显性遗传病,

15、发病率都很低,现在都找到 PrP 基因突变。,基因突变,氨基酸序列改变 ,容易出现 PrP sc 高级结构。,疯牛病的 PrP sc 可以使人致病。,正在火化病牛以防止“疯牛病”的传播,四、争论和异议,1、不少权威科学家仍持怀疑态度。怀 疑的核心，是否仅仅普列昂蛋白起病原物 作用？是否还有未检出的核酸？,2、普鲁西纳正在制药公司资助下，把,研究转向治疗普列昂病药物的开发。, 美国巴尔的摩兽医中心分子神经病毒,学主任 R.G.Rowher：,“诺贝尔奖可能有利于在此领域的深,入研究”, 明尼苏达大学微生物系主任 A.Haase:,“诺奖委员会应等到确实证明仅仅是 蛋白质本身在感染中起作用，没有其他 因子参与，再授奖才合适。”,耶鲁医学院神经病理学主任,L . Manuelidis:,“诺贝尔奖的授予可能窒息不同,观点的深入探讨。”, 美国媒体报道标题：,“美国科学家因一项有争议的研究,获诺贝尔医学奖”,噢噢！,