Получение новых данных в отношении биологических осо­бенностей прионов позволило заключить, что прионные болезни являются нейродегенеративными заболеваниями, в возникно­вении которых фундаментальную роль играют конформационные изменения, а сам механизм развития болезни является беспрецедентным.

Результаты проведенных исследований позволили с новых позиций подойти к вопросу о природе агентов ТГЭ, а вся сумма полученных новых знаний о прионах послужила основанием для оптимистического высказывания С.Прузинера о том, что "эра черного ящика биологии скрепи и болезни Крейтцфельдта – Якоба, возможно, подходит к концу". В 1997 г. за свои много­летние исследования медленных инфекций, вызываемых при­онами, американский биохимик С.Прузинер был удостоен Но­белевской премии по биологии и медицине. Таким образом, мы встречаемся с не очень частым случаем, когда Нобелевская пре­мия присуждается дважды на протяжении 20 лет за исследова­ние одной и той же проблемы, что, безусловно, свидетельствует о значимости самой проблемы и о темпах ее изучения.

ПРИОННЫЙ ГЕН

Современный этап в исследовании молекулярных основ прионных заболеваний человека и животных связан с идентифи­кацией гена, кодирующего прионный белок. Расшифровка ами­нокислотной последовательности этого белка, позволила выяс­нить структуру кодирующей области соответствующего гена. Этот ген, получивший название PRNP, был вскоре выделен и иссле­дован в лаборатории Ч.Вэйссманна. Выделение гена PRNP позволило использовать для исследования этиологии и патогенеза прионных заболеваний весь арсенал современных методов молекулярно-генетического анализа. В настоящее время структура белка PrP и соответст­вующего гена известна для многих организмов. Ген PRNP ока­зался эволюционно-консервативным: он найден у многих мле­копитающих и птиц. В структурном отношении гены PRNP млекопитающих тоже схожи: в генах всех млекопитающих об­ласть, кодирующая PrP, локализована только в одном экзоне (экзоны - области гена, представленные в структуре зрелой иРНК). У человека этот ген локализован на хромосоме 20, у мышей - на хромосоме 2. Ген PRNP присутствует и экспрессируется не только у больных, но и у здоровых животных. При этом, несмотря на то, что иРНК гена PRNP в тканях мозга взрослых животных экспрессируется конститутивно, у молодых животных ее коли­чество меняется с возрастом. Наибольшее количество иРНК PRNP зарегистрировано в нейронах.

Примерно 10% всех прионных заболеваний человека отно­сятся к так называемым семейным формам или болезням с на­следственной предрасположенностью. Идентификация прионного гена позволила связать семейные формы этих заболеваний с конкретными мутациями в гене PRNP. Так, например, мутация, вызывающая замену пролина на лей­цин в 102-м положении PrP оказалась связана с развитием син­дрома Герстманна-Штреусслера-Шейнкера. Интересно, что эта мутация приводит к заболеванию не только людей, но и мышей. Мутация в 178-м кодоне может быть связана как с развитием болезни Крейтцфельдта-Якоба (БКЯ), так и смертельной се­мейной бессонницы. Интересно, что оба случая связаны с за­меной аспарагиновой кислоты на аспарагин. Разница, по всей видимости, заключается в том, что мутантная аллель при смер­тельной семейной бессоннице в 129-м положении несет кодон для метионина, в то время как в случае БКЯ это положение занимает кодон для валина. Наследственная предрасположен­ность к прионным заболеваниям может быть связана не только с определенными аминокислотными заменами в PrP, но и с его гораздо более существенными изменениями. Так, в аминоконцевом районе PrP имеется 5 расположенных подряд идентич­ных последовательностей из 8 аминокислот. Некоторые формы семейной БКЯ оказались связанными с увеличением количест­ва таких повторов. Механизм образования этих повторов не­ясен. Однако понятно, что в отличие от случаев, описанных ра­нее, они возникли не за счет точковых мутаций, а в результате рекомбинационных событий. Всего в настоящее время в гене PRNP человека известно около 20 мутаций, связанных с семей­ными формами прионных заболеваний.

У животных аллельный полиморфизм по гену PRNP тоже связан с вероятностью развития прионных болезней. Тем не ме­нее вопрос о том, влияют ли изменения в структуре этого гена на вероятность спонтанного заболевания животных или они связаны с подверженностью животных прионным инфекциям, остается открытым.

Важной особенностью прионов как инфекционных агентов является наличие межвидовых барьеров на пути их передачи, хотя PrP лишь незначительно отличается по первичной струк­туре у разных видов млекопитающих. В большинстве случаев эти барьеры не абсолютны, иными словами, они не препятствуют, а лишь значительно затрудняют передачу инфекции от особей одного вида особям другого вида. Вместе с тем известно по крайней мере одно исключение из этого правила: у кроликов не удается вызвать заболевание после заражения их инфекцион­ным прионным белком, выделенным из мозга самых разных животных. Хотя причина устойчивости кро­ликов к прионной инфекции точно неизвестна, анализ структу­ры гена, кодирующего PrP кролика, показал, что она может быть связана с некоторыми особенностями первичной структуры этого белка.

Существенный прогресс в исследовании прионов стал воз­можным после передачи скрепи мышам и хомякам. Как уже было упомянуто, делеция гена PRNP не приво­дит к немедленной смерти животных. Это позволило устано­вить, что особи, лишенные гена PRNP, не заражаются прионами и, вероятно, вообще не подвержены этим заболеваниям. Интересно, что в подобных экспериментах было показа­но, что удаление аминоконцевой последовательности PrP мы­ши за счет делеции соответствующей области гена PRNP не препятствует развитию прионных заболеваний. Ранее было отмечено, что некоторые семейные формы БКЯ связаны с увеличением количества аминокислотных по­второв в этой области белка PrP человека. Таким образом, эти изменения влияют на вероятность заболевания, хотя его нали­чие не является критичным для прионного превращения белка.

Увеличение экспрессии гена PRNP (количество PrP) способ­ствует возникновению заболевания. В силу существования межвидовых барьеров мыши устойчивы к заражению прионами, выделенными из мозга больных хомя­ков, но трансгенных мышей, несущих ген PRNP хомяка, легко заразить с помощью инокуляции суспензии клеток мозга боль­ного хомяка. Все перечисленные факты полностью согласуются с теорией о белковой природе прионов. Животные, лишенные гена PRNP, не заболевают просто пото­му, что их клетки не содержат белка, подверженного конформационной перестройке. При увеличении количества молекул этого белка должна возрастать вероятность спонтанного пере­хода какой-либо из молекул в патогенную форму. Существова­ние наследственной предрасположенности к прионным заболе­ваниям связано с тем, что мутации увеличивают вероятность прионного превращения белка PrP. Менее выраженная способ­ность к инфицированию у "чужого" приона при межвидовом за­ражении может объясняться пониженной способностью PrPSc передавать свое патогенное состояние PrPC несколько отли­чающемуся от него по первичной структуре.