Los Priones

CONVERSIÓN DE HÉLICES A EN, F-HOJAS DE CARACTERÍSTICAS EN LA FORMACIÓN DE LAS PROTEÍNAS PRIONES DE TEMBLADERA

(prión ceilular proteína / proteína de conformación / estructura secundaria / amiloide / modificación post-traduccional)

KEH-MING PAN *, * Michael Baldwin, JACK NGUYEN *, MARIA GASSET * t, * ANA SERBAN, Darlene GROTH *,

INGRID Mehlhorn *, ** Ziwei HUANG, ROBERT J. Fletterick * §, FRED E. COHENU § I,

Y Stanley B. Prusiner * § II

* Departamentos de Neurología, § Bioquímica y Biofísica, * Química Farmacéutica, y tMedicine de la Universidad de California, San Francisco, CA 94143 Escrito por Stanley B. Prusiner, 10 de agosto 1993

RESUMEN Los priones están compuestos en gran parte, si no enteramente, de la proteína prión (PrPsc en el caso de scrapie). aunque el formación de PrP de la proteína priónica celular (PrPc) es un post-traduccional proceso, sin modificación química candidato

Se identificó, lo que sugiere que un cambio conformacional características en la síntesis de PrPsc.

Para evaluar esta posibilidad, se purificó tanto PrPC y PrPsc mediante el uso de procedimientos no desnaturalizantes y determina el ofeach estructura secundaria. Transformación de Fourier infrarrojos (FTIR) demostró que PrPC tiene un alto contenido de a-hélice (42%) y sin hallazgos (3sheet (3%), que los fueron confirmados por las mediciones de dicroísmo circular. En contraste, los la hoja de contenido de PrPSc era 43% y la hélice a- 30% como se mide por FTIR. Como se determinó en estudios anteriores, N-terminal truncado PrPsc derivado mediante proteolisis limitada, designado PrP 27-30, tiene un aún más alto contenido de hojas (54%) y un menor contenido de a-hélice (21%). Ni tampoco PrPC PrPsc formado agregados detectables por microscopía electrónica, mientras PrP 27-30 polimerizado en forma de varilla amiloides. mientras que los rmdings anteriores argumentan que la conversión de hélices a en 1-hojas subyace a la formación de PrPsc, no podemos eliminar la posibilidad de que una modificación química no detectada de una pequeña fracción de PrPSC inicia este proceso. Desde PrPsc parece ser el único componente de la "infecciosos" prion partícula, es Ihkely que esta transición conformacional es una acontecimiento fundamental en la propagación de priones.

Los priones son partículas proteicas infecciosas que se componen en gran parte, si no totalmente, de una isoforma anormal de la proteína prión (PrP), designada, en el caso de la tembladera, PrPSc

(1). Los priones causan cuatro enfermedades neurodegenerativas de los seres humanos y seis de los animales, incluyendo la tembladera de los ovinos y bovinos la encefalopatía espongiforme. Que las enfermedades priónicas humanas se manifiestan como trastornos infecciosos, familiar y esporádica planteaba un enigma hasta que se descubrió que las mutaciones en el Gen PrP genéticamente relacionado con el desarrollo de la neurodegeneración (2). PrPSc se sintetiza a partir de la normal PrPC celular isoforma por un proceso de post-traducción que se produce probablemente en endosomas (3-6). Los intentos de identificar un post-traduccional

modificación química que las funciones de la conversión de PrPC en PrPSc no han tenido éxito (7). Estos hallazgos plantean la posibilidad de que PrPSc difiere de PrPC sólo con respecto

a la conformación. Muchas propiedades de PrPSc difieren de los de PrPC: (i) PrPSc es insoluble en los detergentes, mientras que PrPC es solubiliza fácilmente bajo condiciones no desnaturalizantes (8), (ii) PrPSc es parcialmente hidrolizado por las proteasas para formar un fragmento designado PrP 27-30, mientras PrPC es completamente degradado en las mismas condiciones (9), (iii) PrPSc se acumula, mientras que PrPC voltea rápidamente (3), y (iv) los patrones de

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Acumulación de PrPSc en el cerebro son distintos de la distribución Comisión de Planificación Nacional (10). El núcleo resistente a proteasa de PrPSc designado PrP 27-30 polimeriza en forma de varilla estructuras que son indistinguibles muchos de los amiloides purificados tanto ultraestructuralmente y tintóreamente (11). En los cerebros de algunos, pero no todos, los animales y los seres humanos que han muerto de enfermedades priónicas, placas amiloides se ha encontrado que contienen PrP, tal como se determina por inmunotinción Edman y secuenciación de proteínas estudios (12-14). Eso PrP 27-30 polimeriza en amiloide sugiere que podría tener una, (Estructura de hoja plegada (11), ya que todos los amiloides estudiado, a fecha, se ha encontrado que tienen esta estructura (15). Alrededor del 50% o de la estructura secundaria de PrP es 27-30 (3sheet, como se mide por transformación de Fourier infrarroja (FTIR) (16, 17), un porcentaje que es mucho mayor que la predicha a partir la secuencia de aminoácidos (18). Dos tercios de la p-hoja contenido de PrP 27-30 es de baja frecuencia (LF) p-hoja, que sea menudo refleja asociaciones intermoleculares que son una característica de amiloides (17). El LF-p lámina contenido de PrP 27-30 disminuido de su desnaturalización en condiciones que disminuyeron scrapie infectividad (17). La interrupción de los polímeros amiloides compuesto de PrP 27-30 por dispersión en liposomas alterados ni el LF-p hoja de contenido ni la infectividad priónica (19). Análisis computacional de una familia homóloga de PrP secuencias sugiere que PrPC podría ser doblado en una fourhelix haz (20). Cuando los cuatro putativo a-hélices eran sintetizado como péptidos, tres de los cuatro polimerizado en fibrillas de amiloide con -70% de la estructura secundaria LF p-hoja (20). Otros investigadores también han demostrado polimerización de péptidos PrP sintéticos en amiloide (21-23).

Para examinar la posibilidad de que la formación de PrPSc implica la conversión de hélices a en PrPC en p-hojas, hemos desarrollado un protocolo de purificación utilizando PrPC no desnaturalizante procedimientos. Como se informó aquí, se determinó la secundaria estructuras tanto PrPc y PrPSc. Nuestros hallazgos sugieren que el acontecimiento fundamental en la formación de PrPSC así como propagación de la infectividad de los priones es la conversión de hélices a en PrPC en P-hojas.

MATERIALES Y MÉTODOS

Todos los productos químicos eran de la más alta calidad disponible comercialmente. 2H20 se adquirió de Aldrich; detergentes no desnaturalizantes, incluyendo Zwittergent 3-12 (ZW), eran de Calbiochem; SDS fue de BDH; proteinasa K era de Beckman;

Abreviaturas: PrP, la proteína priónica, PrPc, celular PrP; PrPSc, la tembladera PrP; PrP 27-30, resistente a la proteasa fragmento de PrPsc; FTIR, Fouriertransform infrarrojos; LF, de baja frecuencia; mAb, anticuerpo monoclonal; ZW, Zwittergent 3-12; WGA, germen de trigo crioaglutininas; EM, electrón microscopía. tPresent Dirección: Departmento Bioquimica, Universidad Complutense, 28040 Madrid, España. ¿A quién solicitudes de reimpresión deben dirigirse a: Departamento de Neurología, HSE-781 de la Universidad de California, San Francisco, CA 94143-0518.

y clorhidrato de guanidina era de Pierce. N-acetilglucosamina, 3 - (N-morfolino) propanosulfónico (MOPS), y 2 - (N-morfolino) etanosulfónico (MES) se obtuvieron de Sigma. Anti-PrP anticuerpo monoclonal (mAb) 3F4 fue amablemente proporcionados por Richard Kascsak (Instituto de Investigación Básica, Staten Island, NY). Siria hámsters dorados (LAK: LVG) fueron adquiridos de Charles River Breeding Laboratories. Para la purificación PrPC, los animales fueron sacrificados a las 12 semanas de edad por CO2 asfixia. Los cerebros se extrajeron inmediatamente, se congeló en N2 líquido y se almacenaron a -80 ° C hasta su uso. Propagación de priones y la producción de PrPSc en hámsters sirios han sido descrito (11). Purificación de PrPC (24) fue modificado para evitar el uso bajo pH, urea, y SDS / PAGE, todos los cuales podrían desnaturalizar PrPC. Una fracción microsomal en bruto se preparó a partir de 100 normales cerebros de hámster, se extrajo con ZW, y se centrifugó a 100.000 x g durante 1 hr. El sobrenadante se aplicó a una IMAC-Cu2 + columna (Pharmacia), que se lavó con 5 vol de 0,015 M imidazole/0.15 M NaCl/10 mM de sodio fosfato, pH ZW 7.0/0.2%. PrPC se eluyó aumentando el imidazol a 0,15 M. El pH del eluido se ajustó a 6,4 con HCl 2 M antes de cargarlo en un SP Sepharose columna de intercambio catiónico (1,5 x 3 cm) que había sido equilibrada con 0,15 M NaCl/20 mM MES, pH ZW 6.4/0.2%. La columna se lavó con MOPS 20 mM, pH ZW 7.0/0.2% (Tampón A) que contenía inicialmente 0,15 M NaCl 0,25 M y luego NaCl. PrPC se eluyó con tampón A que contenía 0,5 M NaCl. El eluato se concentró y se desaló en una IMAC-Co2 + columna (1 x 2,5 cm), de la que PrPC se eluyó con 0,1 M

imidazol en tampón B (0,15 M NaCl/20 mM de MOPS, pH 7.5/0.2% ZW) y se aplicó a una aglutinina de germen de trigo (WGA)-Sepharose (Vector Laboratories) columna (1 x 6,5 cm) equilibrada en el mismo tampón. El caudal fue de 0,3 ml / min durante la carga, a continuación, 0,75 ml / min. Después de lavar con 10 vol de tampón B, PrPC se eluyó por 0,05 M de N-acetilglucosamina en tampón B. Las fracciones purificadas se combinaron y PrPC se concentró con un Centricon-30 (Amicon). N-acetilglucosamina se eliminó mediante tres lavados en 0,15 M NaCl/10 mM fosfato de sodio, pH ZW 7.5/0.12% (PBSZ) y muestras se almacenaron a -20 ° C. Purificación de PrP 27-30 y de PrPSc infectadas por la

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