PRNP

***PRNP*** ili **prionski protein** je ljudski  gen koji kodira glavni prionski protein **PrP** (proteaza-rezistentni-protein, Pr od **pr**ion, +  P od **p**rotein), znan i kao  **CD230** (klaster diferencijacije 230). Ekspresija proteina je najdominantnija u nervnom sistemu, ali se javlja i u mnogim drugim tkivima u tijelu.

Protein može postojati u više izoformi, normalni **PrPC** i proteaza rezistentnim oblicima označenim kao **PrPRes**, poput obrasca bolesti **PrPSc (scrapie)** i izoforma koja se nalazi u mitohondrijama. Pogrešno savijena verzija PrPSc povezana je sa raznim kognitivnim poremećajima i neurodegenerativnim bolestima, kao što su životinje: ovca grebanje, goveđa spongiformna encefalopatija (BSE, bolest ludih krava), mačja spongiformna encefalopatija, transmisivna encefalopatija nerca (TME), egzotično kopitarska encefalopatija, hronična bolest rasipanja (CWD) koja pogađa *Cervidae*; i kod ljudi: Creutzfeldt-Jakobova bolest (CJD), fatalna porodična nesanica (FFI), Gerstmann-Sträussler-Scheinkerov sindrom (GSS), kuru i varijantna Creutzfeldt-Jakobova bolest (vCJD). Postoje sličnosti između kurua, za koji se smatra da je prouzrokovan ljudožderstvom dijelova oboljelih osoba, i vCJD-a, za koji se smatra da je posljedica ljudskog unosa goveđih proizvoda obojenih od BSE.

## Gen 
]]
Ljudski gen *PRNP* nalazi se na kratkom (p) kraku hromosoma 20, između kraja (završetka) kraka i položaja 13, iza baznog para 4,615.068 prema osnovnom paru 4,630.233.

## Struktura 
PrP je visoko konzerviran kod sisara, što daje vjerodostojnost primjeni zaključaka na test životinjama, poput miševa. Razlika između primata je posebno mala, u rasponu od 92,9-99,6% sličnosti u sekvenci aminokiselina. Struktura ljudskog proteina sastoji se od  domena loptastih proteina. s tri α-heliksa i dvolančanog antiparalelnog β-lista, NH2 – završni rep, a kratki COOH-završni rep. Membrana se  sidri za  glikofosfatidilinozitol (GPI) na COOH-terminalnim vezicama PrP do ćelijske membrane, i to se pokazuje kao sastavni dio prenošenja konformacijske promjene; na izlučeni PrP kojem nedostaje sidrena komponenta ne utiče zarazna izoforma.

Primarna sekvenca PrP ima 253 aminokiseline s mnogo posttranslacijska modifikacija. Signalne sekvence na amino –  i karboksi – terminalnim krajevima uklanjaju se posttranslacijski, što rezultira zrelom dužinom od 208 aminokiselina. Za PrP ljudi i zlatnog hrčka postoje dva glikozilirana položaja na spiralama 2 i 3 kod Asn 181 i Asn197. Mišji PrP ima mjesta glikozilacije kao Asn180 i Asn196. Postoji disulfidna veza između Cys 179 druge i Cys214 treće zavojnice (ljudsko numeriranje PrPC).

PrP iRNK sadrži pseudoknotnu strukturu (prion pseudoknot), za koju se smatra da je uključena u regulaciju PrP proteina.

### Vezanje liganda 
Pretpostavlja se da je mehanizam konformacijske konverzije u *scrapie* izoformu  nedostižni ligand-protein, ali do sada nije identificiran takav spoj. Međutim, razvilo se veliko istraživanje o kandidatima i njihovoj interakciji s PrPC.

Potvrđeni ligandi PrP-a su bakar, cink, mangan i nikl, koji se vežu za njegovo oktoponavljajuće područje. Vezanje liganda uzrokuje konformacijsku promjenu s nepoznatim učinkom. Vezsanje teških metala na PrP povezano je s otpornošću na oksidativni stres koji proizlazi iz toksičnosti teških metala.

### Normalna ćelijska izoforma PrPC 
Iako precizna funkcija PrP još nije poznata, možda je uključen u transport ionskog bakra u ćelije iz okolnog okruženja. Istraživači su takođe predložili uloge PrP-a u ćelijskoj signalizaciji ili u formiranju sinapsi. PrPC pričvršćuje se za vanjsku površinu ćelijske membrane sidrom glikozilfosfatidilinozitola na njegovom Ser 231 C-kraju.

Prion protein sadrži pet oktapeptidnih ponavljanja sa sekvencom PHGGGWGQ (iako prvo ponavljanje ima malo modificiranu, histidin – deficijentnu sekvencu PQGGGGWGQ). Smatra se da ovo stvara bakar-vezujuću domen putem atoma dušika u histidinskom imidazolu bočnih lanaca i deprotoniranim amidnim dušicima iz drugog i trećeg glicina u ponavljanju. Sposobnost vezanja bakra, prema tome, ovisi o pH. NMR pokazuje rezultate vezanja bakra u promjeni konformacija na N-kraju.

### Izoforma  PrPSc(scrapie) 
PrPSc je konformacijska izoforma PrPC, ali ova orijentacija ima tendenciju da se akumulira u kompaktnim, proteaza-rezistentnim agregatima unutar neuronskog tkiva. Nenormalna izoforma PrPSc ima drugačiju sekundarnu i tercijarnu strukturu PrPC, ali identičnu primarnu sekvencu. Kružni dikroizam pokazuje da normalni PrPC ima 43% alfa-heliksa i 30% beta listova, dok PrPSc sadrži samo 30% alfa-heliksa i 43% beta listova. However, the presence of alpha helices in infectious PrPSc has come into question, with current models proposing a lack of alpha helices altogether, replaced instead with a total beta sheet composition. Ovo presavijanje čini izoformu PrPSc izuzetno otpornom na proteolizu.

Umnožavanje PrPSc tema je od velikog interesa, jer je njegovo nakupljanje patološki uzrok neurodegeneracija. Na osnovu progresivne prirode spužvastih encefalopatija, pretežna hipoteza smatra da je promjena u odnosu na normalni PrPC uzrokovanu prisustvom i interakcijom sa PrPSc. Snažna podrška ovome dolazi iz studija u kojima su *PRNP*-nokautirani miševi otporni na uvođenje PrPSc. Uprkos širokom prihvatanju hipoteze o konverziji konformacije, neke studije ublažavaju tvrdnje o direktnoj vezi između PrPSc i citotoksičnosti.

Polimorfizmi na mjestima 136, 154 i 171 povezani su s različitom osjetljivošću ovaca na češanje. (Ova ovčja mjesta odgovaraju ljudskim pozicijama 133, 151 i 168.) Polimorfizmi oblika PrP-VRQ i PrP-ARQ povezani su s povećanom osjetljivošću, dok je PrP-ARR povezan s rezistencijom. Nacionalni plan za češanje ima za cilj umnožavanje ovih polimorfizama, povećavajući učestalost rezistentnog alela. Međutim, PrP-ARR polimorfizmi su osjetljivi na atipske grebene, pa se ovo može pokazati besplodnim.

## Funkcija 
### Nervni sistem 
Snažna povezanost sa neurodegenerativnim bolestima otvara mnoga pitanja o funkciji PrP u mozgu. Uobičajeni pristup je korištenje PrP-nokauta i transgenih miševa za istraživanje nedostataka i razlika. Početni pokušaji proizveli su dva soja PrP-null miševa koji ne pokazuju fiziološke ili razvojne razlike, kada su podvrgnuti nizu testova. Međutim, noviji sojevi pokazali su značajne kognitivne abnormalnosti. Ostale uočene razlike uključuju smanjeni odgovor na stres i pojačano istraživanje novih sredina.

Kod nultih miševa promijenjen je Cirkadijski ritam. Smatra se da je fatalna porodična nesanica rezultat tačkaste mutacije u *PRNP* kodonu 178, što potvrđuje uključenost PrP-a u ciklusima spavanja i buđenja. Pored toga, pokazana je i cirkadijska regulacija u iRNK  PrP-a, koja ima redovne ciklira i dnevno-noćne cikluse.

#### Memorija 
Iako nulti miševi pokazuju normalnu sposobnost učenja i kratkotrajno pamćenje, demonstrirani su nedostaci konsolidacije dugoročnog pamćenja. Međutim, kao i kod ataksija, to se može pripisati ekspresiji Doppel gena. Ipak, prostorno učenje, pretežno hipokampusna funkcija, smanjuje se kod nultih miševa i može se oporaviti ponovnim uspostavljanjem PrP u neuronima; to ukazuje da je uzrok gubitak PrP funkcije. Interakcija hipokampusnog PrP-a sa lamininom (LN) presudna je u obradi memorije i vjerovatno je modulirana od kinaza PKA i ERK1/2.

Daljnja podrška ulozi PrP u formiranju memorije izvedena je iz nekoliko populacijskih studija. Test zdravih mladih ljudi pokazao je povećanu sposobnost dugoročnog pamćenja povezanu sa MM ili MV genotipom u odnosu na VV. Pacijenti koji imaju Downov sindrom sa jednostrukom supstitucijom valina  povezani su s ranijim kognitivnim padom. Nekoliko polimorfizama u * PRNP * povezano je sa kognitivnim oštećenjima starijih osoba, kao i ranijim kognitivnim padom. Sve ove studije istraživale su razlike u kodonu 129, ukazujući na njegovu važnost u ukupnoj funkcionalnosti PrP-a, posebno u pogledu memorije.

#### Neuroni i sinapse 
PrP je prisutan u pred– i post-sinapsnom odjeljku, s najvećom koncentracijom u pred-sinapsnom dijelu. Uzimajući u obzir ovo i PrP-ov niz utjecaja na ponašanje, funkcije i interakcije neuronskih ćelija su od posebnog interesa. Na osnovu bakarnog liganda, jedna predložena funkcija uključuje PrP kao bakarni pufer za sinapsnu pukotinu. U ovoj ulozi protein može služiti ili kao mehanizam homeostaze bakra. modulator kalcija ili senzor za bakar ili oksidativni stres. Gubitak PrP funkcije povezan je s dugoročnim potenciranjem (LTP). Ovaj efekt može biti pozitivan ili negativan, a posljedica je promjena u neuronskoj ekscitabilnosti i sinapsnom prijenosu u hipokampusu.

Neka istraživanja pokazuju da je PrP uključen u razvoj, diferencijaciju i neurite neurona. Put transdukcije signala aktiviran PrP-om povezan je s aksonskim i dendritskim izraštajem sa sekvencom kinaza.

### Imunski sistem 
Iako je najviše pažnje usredotočeno na prisustvo PrP-a u nervnom sistemu, obilan je i u tkivima imunskog sistema. Imunske ćelije PrP-a uključuju hematopoetske matične ćelije, zrele limfoidne i mijeloidne odjeljke i određene limfocite; također je otkriven u ćelijama prirodnim ubicama, trombocitima i monocitima. Aktivacija T-ćelija praćena je snažnom regulacijom PrP-a, iako nije potrebna. Nedostatak imuno odgovora na transmisivnu spongiformnu encefalopatiju (TSE), neurodegenerativne bolesti uzrokovane prionima, može proizaći i iz tolerancije na PrPSc.

### Mišići, jetra i hipofiza 
PrP-null miševi daju naznake uloge u mišićnoj fiziologiji kada su podvrgnuti testu prisilnog plivanja, koji je pokazao smanjenu lokomotornu aktivnost. Stareći, miševi s prekomjernom ekspresijom PRNP-a pokazali su značajnu degradaciju mišićnog tkiva.

Iako prisutni, vrlo niskim nivoima, PrP postoje u jetri i mogu biti povezani sa fibrozom jetre. Dokazano je da prisustvo u hipofizi utiče na neuroendrokrinsku funkciju vodozemaca, ali malo se zna o PrP sisarske hipofize.

*Creutzfeldt–Jakobova bolest – glutaminska kiselina - 200 zamjenjuje se lizinom, dok je valin prisutan u aminokiselini broj 129
* Gerstmann – Sträussler – Scheinkerov sindrom – obično promjena u kodonu 102 iz prolina u leucin
*Fatalna porodična isnomija – asparaginska kiselina – 178 zamjenjuje se asparaginom, dok je metionin prisutan u aminokiselini 129

Konverzija PrPC u PrPSc konformaciju mehanizam je prenosa fatalnih, neurodegenerativnih transmisivnih spongiformnih encefalopatija (TSE). To može nastati djelovanjem genetičkih faktora, infekcije iz vanjskog izvora ili spontano iz nepoznatih razloga. Akumulacija PrPSc odgovara napredovanju neurodegeneracije i predloženi je uzrok. Neke "PRNP" mutacije dovode do promjene pojedinačnih aminokiselina (gradivnih blokova proteina) u prionskom proteinu. Druge ubacuju dodatne aminokiseline u protein ili uzrokuju stvaranje neobično kratkog proteina. Te mutacije uzrokuju da ćelija stvara prionske proteine abnormalne strukture. Nenormalni protein PrPSc akumulira se u mozgu i uništava nervne ćelije, što dovodi do mentalnih karakteristika i ponašanja kod  prionskih bolesti.

Nekoliko drugih promjena u genu * PRNP * (zvane polimorfizmi) ne uzrokuju prionske bolesti, ali mogu uticati na rizik osobe da razvije ove bolesti ili promijeniti tok poremećaja. Alel koji kodira PRNP varijantu, G127V, daje otpornost prema kuru bolesti.

Pored toga, neke prionske bolesti mogu se prenijeti iz vanjskih izvora PrPSc.
* Češanje – fatalna neurodegenerativna bolest kod ovaca koja nije prenosiva na ljude
* Goveđa spongiformna encefalopatija (bolest ludih krava) – fatalna neurodegenerativna bolest krava, koja se može prenijeti na ljude jedenjem mozga, kičmene moždine ili probavnog trakta zaražene krave
* Kuru – TSE kod ljudi, prenosi se pogrebnim kanibalizmom. Općenito, pogođenim članovima porodice su po tradiciji davani dijelovi centralnog nervnog sistema prema ritualu kada su konzumirali preminule članove porodice.

### Alzheimerova bolest 
Protein PrPC je jedan od nekoliko ćelijskih receptora topljivih amiloid beta (Aβ) oligomera, koji kanonski sudjeluju u izazivanju Alzheimerove bolesti. Ovi oligomeri su sastavljeni manjih Aβ plakova i najviše štete integritetu neurona. To bi sugeriralo ili nejednaku vezu između PRNP-a i Ap oligomera posredovanog neurodegeneracijama ili relacijski značaj specifičan za određenu lokaciju. U slučaju direktne injekcije Aβ oligomera u hipokampus, utvrđeno je da se *PRNP* – nokautirani miševi ne mogu razlikovati od kontrole, s obzirom na stopu smrtnosti neurona i mjerenja sinapsne plastičnosti. Nositelji V alela (VV i MV) pokazuju 13% smanjeni rizik s obzirom na razvoj Alzheimerove bolesti u odnosu na metioninski homozigot (MM). Međutim, zaštitni efekti nosača varijante V pronađeni su isključivo u kavkazoida. Smanjen rizik kod nositelja V alela dalje je ograničen samo na kasno nastalu Alzheimerovu bolest (≥ 65 godina). Ista studija predložila je sekvenciranje *PRNP* u slučajevima dvosmisleno dijagnosticirane demencije, jer se različiti oblici demencija mogu pokazati izazovnim za diferencijalno dijagnosticiranje.

## Reference
## Vanjski linkovi 
*PRNP (PrP) gene at GeneCard
*
*Susan Lindquist's Seminar: "The Surprising World of Prion Biology" 

Kategorija:Klasteri diferencijacije
Kategorija:Amiloidoza
Kategorija:Geni
Kategorija:Ljudski proteini
Kategorija:Geni na hromosomu 20