1

Tässä suhteessa, vaikka niiltä puuttuu DNA ja RNA, ne käyttäytyvät aivan kuten virukset, tuottaen erillisiä itseään ylläpitäviä rakenteellisia mutaatioita, jotka tarjoavat selkeän evoluutioedun.

Tutkimus julkaistiin tällä viikolla Proceedings of the National Academy of Sciences -lehden varhaisessa verkkoversiossa.

”Havaitsimme, että kun tietty prionikanta siirretään aivosoluista toiseen solulinjaan, sen ominaisuudet muuttuvat vähitellen, jolloin syntyy varianttikanta, joka on paremmin sopeutunut tähän uuteen soluympäristöön”, sanoo tohtori Charles Weissmann, Ph.D., Scripps Floridan infektiologian osaston johtaja, joka johti tutkimusta. ”Jos nämä samat prionit siirretään myöhemmin toiseen solulinjaan, ne muuttuvat uudelleen ja sopeutuvat näihin uusiin isäntäsoluihin”. Ja jos prionit palautetaan aivoihin, ne saavat vähitellen takaisin alkuperäiset ominaisuutensa. Löysimme fyysisiä todisteita siitä, että ainakin yhdessä tapauksessa prionin taitos muuttui, kun sen ominaisuudet muuttuivat.”

Darwinistinen evoluutio ilman DNA:ta

Nämä uudet havainnot tulevat noin vuosi sen jälkeen, kun Weissmann ja kollegat olivat julkaisseet Science-lehden tammikuun 1. päivänä 2010 ilmestyneessä numerossa tutkimuksen, joka osoitti, että prionit kykenivät darwinistiseen evoluutioon.

Tuo aiempi tutkimus osoitti myös, että prionit voivat kehittää suuren määrän mutaatioita ja että nämä mutaatiot voivat saada aikaan sellaisia evolutiivisia sopeutumisia kuin lääkeresistenssi, ilmiö, jonka aiemmin tiedettiin esiintyvän vain bakteereissa ja viruksissa. Tämä tutkimus viittaa myös siihen, että normaali prioniproteiini – jota esiintyy luonnostaan nisäkässoluissa – saattaa osoittautua tehokkaammaksi terapeuttiseksi kohteeksi kuin sen epänormaali myrkyllinen sukulaisuus.

”Koska prionit voivat sopeutua muuttuviin ympäristöihin, on nyt selvää, että on vaikeampaa kuin alun perin ajateltiin löytää lääkkeitä, jotka tehoaisivat niitä vastaan”, Weissmann sanoi. ”Mutta jos voitaisiin kehittää lääke, joka estää normaalin prioniproteiinin muodostumisen, voitaisiin periaatteessa näännyttää tarttuvat prionit nälkään ja estää niiden lisääntyminen. Tämä hoitomenetelmä, vaikka se onkin teknisesti vaativa, on ajateltavissa, sillä kuten olemme aiemmin osoittaneet, PrP:n riistäminen ei ole terveydelle – ainakaan hiirten terveydelle – haitallista.”

Folding and Misfolding

Prionit, jotka koostuvat pelkästään proteiineista, luokitellaan erilaisiin kantoihin, joille on ominaista niiden itämisaika ja niiden aiheuttama tauti. Nautojen BSE:n/hullun lehmän taudin lisäksi prionien aiheuttamia tauteja ovat lampaiden scrapie, hirvieläinten krooninen hukkatauti ja ihmisten Creutzfeldt-Jakobin taudin muunnos. Prionit kykenevät lisääntymään, vaikka niillä ei ole nukleiinihappogenomia.

Nisäkässolut tuottavat normaalisti solun prioniproteiinia eli PrPC:tä. Infektion aikana epänormaali tai vääristynyt proteiini — joka tunnetaan nimellä PrPSc — muuttaa isännän normaalin prioniproteiinin myrkylliseen muotoonsa muuttamalla sen konformaatiota tai muotoa. Loppuvaihe koostuu suurista arkeista (polymeereistä) näistä väärin taitetuista proteiineista, mikä aiheuttaa massiivisia kudos- ja soluvaurioita.

”Tartuntavaarallinen prioniproteiini voi taittua eri tavoin, ja taittumasta riippuen lopputuloksena on erilainen prionikanta”, Weissmann sanoo. ”Niin kauan kuin prionit säilyvät samassa isännässä, ne säilyttävät niille ominaisen taitoksensa, joten kannat lisääntyvät oikein.”

Kun prionit kuitenkin lisääntyvät, tuo taitos ei aina lisäänny oikein, joten prionipopulaatio sisältää monia variantteja, vaikkakin alhaisella tasolla.

Uudessa tutkimuksessa havaittiin, että kun prionipopulaatio siirretään toiseen isäntäkantaan, yksi varianteista voi lisääntyä nopeammin – mikä on evolutiivinen hyöty – ja siitä voi tulla hallitseva kanta. Tämä uusi populaatio sisältää myös variantteja, joista yksi voi valikoitua muiden edelle, kun se siirretään toiseen isäntäkantaan.

”Tulos on, että vaikka prionit eivät sisällä geneettistä materiaalia, ne käyttäytyvät samalla tavalla kuin virukset ja muut taudinaiheuttajat, sillä ne voivat mutaantua ja joutua evolutiivisen valinnan kohteeksi”, Weissmann sanoi. ”Ne tekevät sen muuttamalla taittumistaan, kun taas virukset aiheuttavat muutoksia nukleiinihapposekvenssissään.”

erilaisia, mutta silti sukua

Uusi tutkimus viittaa siihen, että prionipopulaatiot muodostavat ”kvasilajin”, joka on luonteeltaan samanlainen kuin RNA-virukset ja retrovirukset, kuten influenssavirukset ja HIV.

Ajatus kvasilajeista syntyi ensimmäisenä saksalaisella biofyysikkona toimineella Manfred Eigenilla, joka voitti kemian Nobel-palkinnon vuonna 1967. Periaatteessa kvasilaji on monimutkainen, itseään ylläpitävä populaatio erilaisia ja toisiinsa liittyviä entiteettejä, jotka toimivat kokonaisuutena. Weissmann oli kuitenkin se, joka vuonna 1978 antoi teorialle ensimmäisen vahvistuksen tutkimalla tiettyä bakteriofagia – bakteereja infektoivaa virusta – ollessaan Zürichissä, Sveitsissä sijaitsevan Institut für Molekularbiologie -instituutin johtajana.

Mutta siihen vertailu loppuu, Weissmann sanoi.

”Se, että ne käyttäytyvät kuin virukset, ei tarkoita, että ne olisivat yhtään samanlaisia kuin virukset”

sanoi hän. ”Polkupyörä on kuin auto siinä mielessä, että sillä pääsee paikasta toiseen, mutta ne eivät ole samanlaisia. Lopputulos on kuitenkin sama. Prionit ja virukset pystyvät molemmat muuttamaan rakennettaan selviytyäkseen.”

Tutkimuksen ensimmäinen kirjoittaja on Sukhvir P. Mahal Scripps Researchista. Muita kirjoittajia ovat Shawn Browning, Jiali Li ja Irena Suponitsky-Kroyter, myös Scripps Researchista.

Tutkimusta ovat tukeneet National Institutes of Health ja Alafi Family Foundation.