Alzheimer's, Parkinson's, more -- due to infectious proteins?

June 22, 2012|By Rosie Mestel, Los Angeles Times /


http://articles.latimes.com/2012/jun/22/news/la-heb-alzheimers-parkinsons-infectious-proteins-20120622

Who hasn’t heard of mad cow disease? Maybe there are a lot more diseases like that than we recognize -- such as Parkinson’s, Alzheimer’s and Huntington’s  -- that are caused by a rogue, mis-folded piece of protein that seeds other bits of protein to mis-fold as well.

So argues Stanley Prusiner, a UC San Francisco professor, in a commentary in the journal Science.

Prusiner won a Nobel Prize for finding that a class of neurodegenerative diseases (of which mad cow is one) is caused by such infectious proteins, dubbed prions. Diseases in this class include Creutzfeldt-Jakob Disease, which occurs sporadically, as well as a few inherited disorders, such as Gerstmann-Straussler-Scheinker syndrome and fatal familial insomnia.

In animals, the class includes mad cow (more properly called bovine spongiform encephalopathy or BSE), scrapie in sheep and chronic wasting disease in elk.

And then -- in humans again -- there’s variant Creutzfeldt-Jakob Disease, the type scientists think was linked to consumption of BSE-infected beef.

In all those cases, the rogue is a mis-folded protein called PrP.

But there are many other diseases of the brain in which plaques or tangles of proteins build up. Could some of these also be caused by rogue, self-propagating proteins?

In Alzheimer’s, for example, plaques of a protein called beta-amyloid accumulate in brain cells.

In Parkinson’s, bits of a different protein, alpha-synuclein, clump together to form structures called Lewy bodies.

In Huntington’s disease, bits of a protein called huntingtinclump up.

There are protein clumps in amyloid lateral sclerosis (Lou Gehrig’s disease)  and in some other diseases as well.

Some studies suggest that under the right conditions, the abnormally folded proteins can contort the shapes of normally folded versions of the protein, Prusiner notes -- in other words, they can spread.  Here, for example, is an article that describes such experiments for the protein deposits that are seen with ALS.

And in the case of Alzheimer’s, scientists have shown that beta-amyloid plaque taken from brains of people who had Alzheimer’s can cause normal beta-amyloid in marmosets and rodents to form plaques too, when the material is injected into their brains.

The point of Prusiner’s opinion piece is not to say that these disorders were picked up from something people ate or from another person. He is arguing that a broader range of brain diseases than we have appreciated may be due to prions. The protein culprit in each case could be different -- but all of them could mis-fold and make other, normally shaped proteins in a cell mis-fold as well, in a disease-causing cascade.

And if this is true, that implies a new approach to treating the disorders.

Here are Centers for Disease Control and Prevention websites where you can read about mad cow disease (or BSE); variant CJD, the human disease that scientists think was linked to BSE via consumption of BSE-infected beef; and classic CJD.

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http://www.dmoz.org/Health/Animal/Conditions_and_Diseases/Transmissible_Spongiform_Encephalopathy/Bovine_Spongiform_Encephalopathy/
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    Chakrabarti, O. & R. Hedge (2009) ‘Functional depletion of mahogunin by cytosolically exposed prion protein contributes to neurodegeneration’ Cell 137 (6): 1136-1147

    프리온 질환의 발생과 마호구닌 단백질

    국가 미국 분야 생명공학

    KISTI 『글로벌동향브리핑(GTB)』 2009-06-12

    광우병에서 잘못된 모양의 단백질인 프리온 (prion)은 뇌에 구멍을 만들어 내고 궁극적으로 뇌세포를 파괴하는 결과를 가져온다. 유전병으로서 프리온 질환은 희귀하지만 가족들에게 전달되어 광우병과 동일한 결과를 가져온다. 하지만 오랫동안 문제가 되어 온 것은 왜 프리온 단백질이 다른 형태의 세포는 놓아두고 뉴론만을 공격하는가에 대한 문제였으며 어떻게 손상을 일으키는가에 대한 질문에 대한 해답을 내놓지 못했다. 새로운 연구에서 연구자들은 프리온 단백질은 보통 정상적인 상태에서는 신경세포를 건강하게 유지하는 역할을 하는 단백질로 생각되어 왔다 (GTB2009030545). 이 이론은 아직도 증명되지 않은 상태에서 받아들여지고 있지만 연구자들은 이 미스터리한 질병의 새로운 면에 흥미로워 하고 있다.

    프리온은 건강한 단백질인 PrP가 그 모양이 잘못 접히면서 발생하는 단백질로 그 결과는 치명적이다. 하지만 연구자들은 왜 이러한 현상이 일어나는가에 대한 해답을 내지 못하고 있다. 한가지 주장에 의하면 건강한 PrP가 정상적으로 세포의 표면에 자리를 잡고 있는가에 여부에 따른다고 주장한다. 프리온은 길을 잃고 세포에서 발견되는 액체인 세포질에 도달하게 되고 이 세포를 파괴하게 된다. 이번 새로운 연구는 이 이론을 강화하고 있다. 2003년에 발표된 논문에서 제기된 실마리에서 연구자들은 당시에 모호한 단백질인 마호구닌 (mahogunin)이라 불리는 단백질이 부족한 실험쥐는 프리온 질환과 유사한 신경퇴행성 질환에 걸린다고 보고했다 . 매릴랜드의 베데스다 (Bethesda)에 위치한 국립 어린이 건강 및 인간발달 연구소 (National Institute of Child Health and Human Development)의 세포 생물학자인 라마누얀 헤지 (Ramanujan Hedge)와 오이시 차크라바티 (Oishee Chakrabarti)는 이 마호구닌의 연관성을 좀더 알아보기 위한 연구를 수행했다.

    이 연구팀은 인공합성을 통해 실제 프리온과 유사한 프리온 단백질이 마호구닌 단백질과 상호작용하는지 여부를 테스트하였다. 이들은 프리온이 거의 모든 것에 대해 접착력이 높기 때문에 충분한 증명을 할 수 없었다. 그래서 연구자들은 이 상호작용이 실제 살아있는 세포 안에서 마호구닌 단백질에 문제를 일으킬 수 있다는 점을 보여주었다: 즉, 인공합성프리온을 부가했을 때는 마호구닌의 수준이 감소되었지만 프리온이 세포질 (cytosol)에 들어가는 것을 멈추었을 때 마호구닌의 수준은 정상으로 남아 있었다. 그리고 프리온 질병을 일으키는 PrP 유전자의 돌연변이를 갖고 있는 실험쥐는 뇌의 일부분에서 마호구닌의 손실이 일어났다고 이 연구자들은 보고했다.

    비록 마호구닌이 광우병과 같은 감염성 질환에서 어떤 역할을 한다는 증거는 없지만 유전질환의 경우에는 이 이론은 좀더 일관된 결과를 가져온다. 스위스의 쥬리히 대학의 신경병리학자인 아드리아노 아구치 (Adriano Aguzzi)는 이번 연구에서 사용한 실험쥐에서 나타나는 것과 매우 유사하다고 말했다. 캐나다의 뱅쿠버에 위치한 브리티시 컬럼비아대학 (University of British Columbia)의 신경과학자인 닐 캐시맨 (Neil Cashman)은 “언뜻 보면 이것은 그럴듯하다”고 말하면서 이 이론은 좀더 많은 테스트가 요구된다고 지적했다. 캐시만에 의하면 한 가지 문제는 마호구닌 메커니즘이 잘못된 세포신호를 일으키는 것과 같은 프리온 독성을 설명하는 다른 이론과 양립할 수 있는지 여부라고 지적했다 (GTB2007090077). 이번 연구의 저자들은 많은 문제가 해결되어야 한다는 점을 인정했다. 그 중 하나는 왜 마호구닌의 부족현상은 세포에 손상을 일으키는가의 문제이다. 헤지는 또한 프리온이 다른 입자의 세포를 감소시키는지 여부에 대해 연구를 하게 될 것이라고 밝혔다.

    출처: <사이언스> 2009년 6월 11일
    참고자료: Chakrabarti, O. & R. Hedge (2009) ‘Functional depletion of mahogunin by cytosolically exposed prion protein contributes to neurodegeneration’ Cell 137 (6): 1136-1147