Prioonid

Prioonid ehk priionid (kuju prion ei soovitata) on ebanormaalselt muundunud, iselaadseid haigusi tekitavad isekordistuvad valgumolekulid. Ingliskeelne sõna prion on lühendatud vorm mõistetest protein infectious (infection) particles või proteinaceous infectious only. Prioonid on normaalsete valkude nakkuslikud vormid, mis muudavad terveid valke endasarnasteks. 1960. aastatel tehtud teadusuuringute käigus avastati, et osadel haigustekitajatel puuduvad nukleiinhapped. Varem arvasid teadlased, et kõikidel teadaolevatel haigustekitajatel (nagu näiteks bakteritel, seentel ja viirustel) on nukleiinhapped olemas. Radiatsioonibioloog Tikvah Alper ja füüsik J. S. Griffith oletasid, et avastatud haigustekitajad võivad olla valgud. Seda uudset hüpoteesi esialgu ei tunnustatud, kuid järgnevate aastakümnete jooksul tõestati, et nakkuslikud valgud on siiski olemas. Ameerika Ühendriikidest pärit teadlane Stanley B. Prusiner hakkas 1970. aastatel uurima närvisüsteemi kahjustavaid haigusi, mille põhjused olid ebaselged. Uurimise käigus jõudis ta järeldusele, et neid haigusi põhjustavad valgud. 1982. aastal nimetas Prusiner haigusttekitavaid valke prioonideks. Ta sai 1997. aastal teadusliku avastuse eest Nobeli auhinna. Prioonvalgud on viirustest väiksemad ja väga vastupidavad. Prioonvalgud ei hävi tavalisel kuumutamisel, külmutamisel ega kuivatamisel. Samuti on nad vastupidavad keetmisele, formaliinile, alkoholile, nukleaasidele ja kiirgustele, mis sageli suudavad elusorganisme ja viirusi hävitada (näiteks ultraviolettkiirgusele). Prioonvalku saab muuta mitteaktiivseks autoklaavi kasutades. Sel juhul peavad prioonid olema ühe tunni jooksul sobiva rõhu ja temperatuuri (132 °C) käes. Teine võimalus on hoida neid 5-protsendilises naatriumhüpokloriti (NaClO) lahuses üks tund. Prioonvalgul on kaks erinevat konformatsiooni: rakkudes ohutu PrPC-vorm ning haigusi põhjustav PrPSc-vorm. Konformatsioonid erinevad teineteisest valkude teisese (sekundaarse) ja/või kolmandase (tertsiaarse) struktuuritaseme poolest. PrPC prioonvalku ekspresseerivad ka tüümuses paiknevad tümotsüüdid. Normaalseid PrPC-vormis valke võib leida kõikide imetajate ajukudedest. Need kesknärvisüsteemile omased valgud on konservatiivsed, mis tähendab, et eri imetajaliikidel on vastavad valgud väga sarnased. Valgu ülesandeid ajus veel päris täpselt ei teata. Arvatavasti edastavad valgud ajus levivaid molekulaarseid signaale ning nad reguleerivad ööpäevaseid rütme. Teiseses struktuuritasemes PrPC-vormis valgu üldine kuju on alfaspiraal. Valku kodeerib PRNP-geen. Kui normaalne valk avaldub liiga aktiivselt, siis võib ka see tervisele kahjulikuks muutuda. Nagu nukleiinhapped, kannavad geneetilist infot ka prioonvalgud, mis on organismide rakkudes ülekandevõimelised ning päranduvad. Nakkuslikud prioonvalgud paljundavad ja säilitavad geneetilist infot organismile omaste valkude konverteerimisega, erinedes selles protsessis nukleiinhapetest, mis paljundavad geneetilist infot enda replitseerimisega. PrPSc-vormis prioonvalgud omavad samasugust aminohapete järjestust nagu PrPC-vormis normaalsed valgud. PrPSc-vorm tuleneb kas mutatsioonist PRNP-geenis või organismis leiduvate normaalsete valkude ruumilise struktuuri muundumisest. Valgu esialgne kuju muundub ning tekkinud PrPSc-vormile on iseloomulik beetastruktuur. Nakkuslik valk ei suuda ennast õigesti kokku pakkida.  Pikemalt artiklis Prioonhaigused Prioon on väikseim teadaolev haigustekitaja, mida arvatakse põhjustavat imetajatel mitmeid neurodegeneratiivseid haigusi. Prioonhaigused moodustavad haigusterühma, millel on rida ühiseid tunnuseid: peaaju, mõnikord ka seljaaju neuronites kuhjuvad amüloidsed valguladestused, tavaliselt varbjate, vahel naastjate struktuuridena; toimub neuronite vakuoliseerumine ja koldeline hukkumine, sellega kaasneb astroglioos; peaaju hallolluse mikropreparaatidel on käsnjas väljanägemine. Prioonhaigused on skreipi (inglise keeles scrapie) lammastel, veiste käsnjas ajuhaigus ehk hullulehmatõbi veistel ja Creutzfeldti-Jakobi tõbi inimestel. Prioonid kahjustavad peaaju ja seljaaju. Nende toimel tekivad tavalisest valgust spetsiifilised fibrillid. Ajukude muutub arvukate vakuoolide tõttu poorseks ja meenutab struktuurilt käsna. Sellest ka haiguse nimetus – spongioosne ehk käsnjas entsefalopaatia. Prioonid on amüloididega üsna sarnased. Prioonid põhjustavad närvisüsteemi kahjustavaid haigusi, millega kaasneb alati surm. Kahjustunud ajukudedes tekkinud vakuoolid on hukkunud rakkude alad ning nende läbimõõt on 20–100 μm. Prioonhaiguste tüüpilisteks sümptomiteks on dementsus ja koordinatsiooni puudumine. Pärast esimeste sümptomite avaldumist tuleb surm umbes 6–12 kuu pärast. Prioonhaigused saavad olla kas pärilikud (dominantsed), sporaadilised (tundmata põhjusega üksikjuhud, olemuselt juhuslikud) või nakkuslikud. Inimestel on eristatud vähemalt viit prioonhaigust: Kuru – ulatuslikum levik Paapua Uus-Guinea loodusrahvaste (eriti fore rahva) hulgas kannibalismi ja rituaalsete inimajude söömiste tõttu; Creutzfeldti-Jakobi tõbi (Creutzfeldt-Jakob disease, CJD) ja selle uus variatsioon (vCJD) – 15% pärilikud ja enamik sporaadilised; põhilised kahjustused väikeajus ja suuraju ajukoores; Gerstmanni-Sträussleri-Scheinkeri sündroom (Gerstmann-Sträussler-Scheinker syndrome, GSS) – enamikul juhtudest leitud perekondlikult pärilikuna (mõnel juhul 4–6 põlvkonda kordusi); Fataalne perekondlik unetus (fatal familial insomnia, FFI) – ainult pärilikuna mõnes suguvõsas. Mõned uurijad peavad prioonhaiguseks ka Alpersi sündroomi – lastel esinevat degeneratiivset haigust, mille puhul aju käsnja degeneratsiooniga kaasneb sageli maksa tegevuse häireid. Pärilikke prioonhaigusi esineb eri rahvarühmades erineva sagedusega, sporaadilisi juhte aga kõikjal umbes 1 juhtum miljoni elaniku kohta aastas. Prioonhaiguste kindlalt tõestatud nakkusjuhud on inimesel olnud harvad (välja arvatud kurupuhang Uus-Guineal). Need nakkused on enamasti saadud silma sarvkesta siirdamisest, inimese hüpofüüsihormoonide manustamisest või ajju viidud EEG-elektroodide kaudu. Loomadel on teadaolevalt esinenud järgmisi prioonhaigusi: kraapimistõbi (scrapie) – lammaste ja kitsede kratsimistõbi; hullulehmatõbi ehk veiste käsnjas ajuhaigus (bovine spongiform encephalopathy, BSE) – teadaolev 1985. aastast; ulatuslikum levik Suurbritannias 1990. aastatel; krooniline lahjumistõbi (chronic wasting disease, CWD) – hirvedel ja põtradel. Lisaks on olemas haigused ja seisundid, mis kaasnevad ka normaalse PrPC-vormis valgu liigse avaldumisega. Nende hulka kuuluvad näiteks perifeerne neuropaatia ja müopaatia vormid. Prioonhaigused on enamasti nakkushaigused, kuid on ka võimalik haigestumine ilma välise nakkuseta. Haigestunud organismis ei teki antikehi priooni vastu. Kuna prioonvalgud tunduvad justkui organismile omased valgud, siis immuunvastust ei kujune. Haiguse peiteaeg on väga pikk, olenevalt liigist ja nakatumise teest mitmest kuust 10 aastani. Äärmisel juhul tulevad sümptomid esile 40 aastat pärast nakatumist. Prioonhaigused võib üle kanda surnud (või haigestunud) indiviidi ajukudede või nende ekstraktide manustamisega suukaudselt, verre või ajju. Kõige infektsioossemad on pea- ja seljaaju, lümfoidsed organid (peamiselt põrn) ja soolestikukude. Eksperimentaalselt ei ole kinnitust leidnud haiguse levik lihaskoe, vere ja piima kaudu. Kuid Eestis doonorluse korras verd anda prioonhaiguse, selle kahtluse, peres esinemise, käbikehast pärit ravimite tarbimise puhul ei tohi. Lisaks sellele on vere annetamine keelatud neile, kellele on siiratud aju kõvakelmet või silma sarvkesta. Kõige kergemini toimub nakatumine priooniallika inokuleerimisel peaajju, raskem on haigustekitajat üle kanda intravenoosselt, subkutaanselt, intraperitoneaalselt või suu kaudu. Ka liikidevaheline ülekanne on võimalik, kuid raskem kui sama liigi piires. Liigibarjäär on seda suurem, mida erinevamad on vastavad liigid geneetiliselt ja mida erinevamad seega ka nende proteiinid on. Seniste uurimiste põhjal väidetakse, et emalt lapsele, loote- ega imikueas nakkus üle ei kandu. Vastuvaidlematuid tõendeid inimese nakatumisest haigete loomade toiduks tarvitamisest ei ole, kuigi on kaudseid (põllumajanduses töötajatel esineb CJD sagedamini kui teistel elanikkonna gruppidel). Haigestunud loomade liha söömine on kindlasti ohtlik siis, kui lihas leidub ajukudesid. Inimese kõigi prioonhaiguste, sealjuures nii nakkuslike, pärilike kui ka sporaadiliste juhtude puhul on saadud haiguse ülekandeid katseloomadele. Prioonhaigusi ei ole võimalik enne sümptomite avaldumist diagnoosida. Seetõttu ei saa neid haigusi õigel ajal ravida ega tõkestada. Geeniteraapia võimaldab prioonhaigusi ennetada. PRNP-geenide avaldumist saab siRNA-molekulide abil takistada. Prioonigeenide väljalülitamisega muutuvad loomorganismid prioonhaiguste suhtes vastupanuvõimelisteks. Nelson, D.L., Cox, M.M. (2004). Lehninger Princibles of Biochemistry, Fourth Edition. Lk 150 "NOBEL PRIZE: Prusiner Recognized for Once-Heretical Prion Theory". Science. Vaadatud 06.11.2015. "Stanley B. Prusiner – Biographical". nobelprize.org. Vaadatud 07.11.2015. Epstein, R.J. (2003). Human Molecular Biology, An Introduction to the Molecular Basis of Health and Disease. Lk 140–141 Ropper, A.H., Samuels, M.A. (2009). Adams and Victor's Principles of Neurology, Ninth Edition. Lk 138–141 Allison, L.A. (2007). Fundamental Molecular Biology. Lk 102–104 Heinaru, A. (2012). Geneetika õpik kõrgkoolile. Lk 205, 714–715, 849, 1053 Voet, D., Voet, J.G., Pratt, C.W. (2008). Fundamentals of Biochemistry: Life at the Molecular Level, Third Edition. Lk 169–171 Evelyne Jouvin-Marche, Valérie Attuil-Audenis, Catherine Aude-Garcia jt., Overexpression of Cellular Prion Protein Induces an Antioxidant Environment Altering T Cell Development in the Thymus, The Journal of Immunology, March 15, 2006, 176. väljaanne, nr 6, lk 3490–3497, doi: 10.4049/​jimmunol.176.6.3490, veebiversioon (vaadatud 20.11.2015)(inglise keeles) Meditsiinisõnastik, 609:2004 "prioonhaigused". Originaali arhiivikoopia seisuga 21. november 2015. Vaadatud 20. novembril 2015. Sotsiaalminister (29.04.2005). "Isiku doonoriks sobivuse kriteeriumid, hindamise tingimused ja kord ning vere loovutamist välistavate või piiravate haiguste ja muude tegurite loetelu". Riigi teataja. Vaadatud 15.04.2016. Mart Viikmaa "Nobeli preemia priooni eest", Postimees, 2. november 1997 Mart Viikmaa "Prioonid – iseäralikud haigusetekitajad" Eesti Loomaarstlik Ringvaade, XXIII, 4, 1997 Mart Viikmaa "Prioon ei ole enam mõistatus" Eesti Loomaarstlik Ringvaade, XXIII, 4, 1997 Tiit Kändler "Hullulehmatõbe põhjustavad hulluks läinud valgud" Eesti Ekspress, 18. jaanuar 2001 Toivo Maimets "Hullud lehmad kollimetsas" Postimees, 9. märts 2001 Marie Fischer "Transmissiivsed spongiformsed entsefalopaatiad ja nende patogenees" 2001 (referaat) "Uus suund evolutsioonis: prioonvalgud aitavad pärmidel ellu jääda" Novaator, 17. veebruar 2012 "Priionid toetavad tüvirakkude jagunemist" Arst.ee Hullulehmatõbe tekitav valk on seotud haistmisega