научная статья по теме КОНФОРМАЦИОННАЯ ПЛАСТИЧНОСТЬ РЕКОМБИНАНТНОГО БЕЛКА ПРИОНА КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА Математика

Текст научной статьи на тему «КОНФОРМАЦИОННАЯ ПЛАСТИЧНОСТЬ РЕКОМБИНАНТНОГО БЕЛКА ПРИОНА КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА»

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК, 2010, том 430, № 3, с. 409-411

БИОХИМИЯ, БИОФИЗИКА, МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ

УДК 577.57.012.4

КОНФОРМАЦИОННАЯ ПЛАСТИЧНОСТЬ РЕКОМБИНАНТНОГО БЕЛКА

ПРИОНА КРУПНОГО РОГАТОГО СКОТА © 2010 г. В. Б. Григорьев, С. Л. Кальнов, А. Н. Покидышев, С. М. Клименко

Представлено академиком Р.М. Хаитовым 09.07.2009 г. Поступило 27.07.2009 г.

Прионные болезни или трансмиссивные губ-кообразные энцефалопатии (ТГЭ) являются особым классом нейродегенеративных болезней, встречающихся как у человека, так и у животных [1]. В основе патогенеза ТГЭ лежит изменение нативной пространственной конформации клеточного белка приона (PrPc), состоящего преимущественно из а-спиралей, в конформацию, обогащенную р-структурами (PrPsc, p-PrP). В процессе развития болезни в ткани мозга как животных, так и человека в большинстве случаев формируются амилоидные фибриллы (так называемые скрепи ассоциированные фибриллы — САФ), состоящие из p-PrP и обладающие частичной устойчивостью к протеолизу. Необходимо отметить, что штаммы прионов, известные на сегодняшний день, существенно различаются инкубационным периодом, клиническими проявлениями индуцированных ими заболеваний, распределением PrPsc в тканях, количеством и типом р-структур в составе PrPsc, конформационной стабильностью, резистентностью к обработке протеиназой К и эпитопами, экспонированными на поверхности PrPsc. В соответствии с "белковой теорией" считается, что такая гетерогенность в вызываемых прионным белком ТГЭ обусловлена различием в пространственной структуре патологенных изо-форм PrPsc [2]. Однако, несмотря на накопленные экспериментальные данные, остаются неясными молекулярные механизмы конверсии PrPc и межвидовой передачи ТГЭ, а также причины штаммовых различий прионных заболеваний. Для понимания этих вопросов в ряде лабораторий [3—6] была осуществлена трансформация ре-комбинантных PrP (рек-PrP) различных видов животных и человека в амилоидные фибриллы. Ранее нами был показан поэтапный процесс фиб-риллизации in vitro С-концевого фрагмента (102— 240 аминокислотный остаток) рекомбинантного PrP крупного рогатого скота (рек-PrP КРС), по-

Научно-исследовательский институт вирусологии им. Д.И. Ивановского

Российской академии медицинских наук, Москва

лученного в бактериальной системе экспрессии [7]. В настоящей работе представлены результаты дальнейшего изучения этого процесса, продемонстрировавшие необычную конформацион-ную пластичность рек-РгР КРС.

Раствор очищенного белка рек-РгР КРС (200 мкг/мл) в 0.1 М ацетатном буфере рН 3.7— 4.5, содержащем 2—4 М мочевину или гуанидин-гидрохлорид (ОёпНС1), инкубировали при 37°С и постоянном встряхивании от 1 ч до 7 сут. Кинетику формирования фибрилл определяли при помощи электронной микроскопии, используя метод негативного контрастирования препарата. Изменение содержания р-структур выявляли после обработки образцов протеиназой К и последующим электрофорезом протеазорезистентных полипептидов рек-РгР КРС [7].

После 3 ч инкубации рек-РгР КРС агрегировал в гибкие червеобразные фибриллы диаметром 12 нм, у которых периодичность вдоль длинной оси не выявлялась (рис. 1), а в образцах после 5 ч инкубации было зафиксировано появление ригидных, полиморфных фибрилл на фоне многочисленных червеобразеных фибрилл (рис. 2, 3).

Среди ригидных фибрилл можно было выделить несколько типов структур: одиночные фибриллы диаметром 16 нм и длиной до 240 нм, две

Рис. 1. Электронограмма гибких червеобразных фибрилл.

410

ГРИГОРЬЕВ и др.

Рис. 2. Электронограмма ригидных, полиморфных фибрилл на фоне многочисленных червеобразных фибрилл.

'ч Ч ч:'.'й: ' - 'Н Ё ш

■/х- <

_

200 нм

I_I

Рис. 3. Электронограмма фибрилл, состоящих из двух латерально взаимодействующих одиночных фибрилл. Присутствуют также червеобразные фибриллы.

Г -

200 нм

I_I

Рис. 4. Электронограмма спиральных ригидных фибрилл.

такие фибриллы, перекручиваясь между собой, формировали спираль с периодом 130 нм и длиной до 400 нм; фибриллы, состоящие из двух латерально взаимодействующих одиночных фиб-

рилл (рис. 3); короткие палочкообразные структуры диаметром 7.5—24 нм и длиной 25—80 нм (не показаны); структуры, состоящие из нескольких слоев белка высотой 40—60 нм и длиной 40—100 нм (не показаны). Присутствие червеобразных и ригидных фибрилл сохранялось до конца времени инкубации. Необходимо отметить, что в ряде экспериментов при указанных выше условиях после суток инкубации рек-РгР КРС формировал спиральные ригидные фибриллы, минуя стадию образования червеобразных фибрилл (рис. 4). Червеобразные и ригидные фибриллы обладали частичной устойчивостью к обработке протеиназой К, свойственной САФ.

К настоящему времени формирование червеобразных фибрилл прионным белком было осуществлено только рекомбинантным РгР мыши при температуре 60°С и рН 2.0 [8]. Явление параллельного генерирования червеобразных и ригидных фибрилл рек-РгР продемонстрировано в представленной работе впервые. Процесс полимеризации с образованием червеобразных фибрилл ранее был показан для ряда амилоидоген-ных белков, включая Ар-белок [9], трансферри-тин [10], а-синуклеин [11], а конкурентная фибриллизация червеобразных и регидных фибрилл — только для р2-микроглобулина [12].

В результате анализа полученных и опубликованных данных мы предположили, что процесс формирования фибрилл рек-РгР КРС может идти двумя независимыми путями. Структурной единицей червеобразных фибрилл являются р-оли-гомеры, представляющие собой агрегат молекул белка, подвергшийся конформационной перестройке. Затем эти многочисленные р-олигоме-ры, объединяясь, образуют червеобразные фибриллы по принципу линейной коллоидной полимеризации, что стабилизирует их вторичную структуру [13]. Этот процесс начинается в первые часы инкубации. Самосборка ригидных фибрилл идет, по-видимому, по нуклеационному пути, т.е. начинается с образования зародыша, обогащенного р-структурами, к которому последовательно присоединяются молекулы белка, претерпевая вследствие этого конформационный переход и удлиняя фибриллу [14]. Процесс этот требует длительной лаг-фазы, что и было зафиксировано в наших экспериментах.

Таким образом, полученные данные демонстрируют необычные свойства рек-РгР КРС. В результате спонтанной фибриллизации при низких значениях рН и в присутствии денатурирующих агентов рек-РгР КРС в отличие от наиболее изученных рек-РгР млекопитающих (мыши, хомяка, человека) агрегирует с образованием двух классов фибрилл, которые имеют различную четвертичную структуру и обладают высокой степенью полиморфизма. Выяснение причины этого явления станет предметом дальнейших экспериментов. Обнару-

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК том 430 № 3 2010

КОНФОРМАЦИОННАЯ ПЛАСТИЧНОСТЬ РЕКОМБИНАНТНОГО БЕЛКА

411

женная конформационная пластичность рек-PrP КРС частично объясняет возникновение нового штамма прионов, вызывающего атипичную ТГЭ КРС [15], а также расширяет знания о причинах преодоления межвидового барьера при заражении ТГЭ КРС других видов животных и человека.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Prusiner S.B. // Brain Pathol. 1998. V 8. P. 499-513.

2. Aguzzi A. // Nature Cell. Biol. 2004. V. 6. P. 290-292.

3. Bocharova O.V., Breydo L., Parfenov A.S. et al. // J. Mol. Biol. 2005. V. 346. P. 645-659.

4. Morillas M., Vanik D.L., Surewicz W.K. // Biochemistry. 2001. P. 6982-6987.

5. Petty S.A., Adalteinsson T., Decatur S.M. // Biochemistry. 2005. V. 44. P. 4720-4726.

6. LUhrs T., Zahn R., Wuthrich K. // J. Mol. Biol. 2006. V. 357. P. 833-840.

7. Григорьев В.Б., Кальнов С.Л., Покидышев А.Н. и др. // ДАН. 2008. Т. 420. № 2. С. 254-256.

8. Jain S., Udgaonkar J.B. // J. Mol. Biol. 2008. V. 382. P. 1228-1241.

9. Walsh D.M., Lomakin A., Benedek G.B. et al. // J. Biol. Chem. 1997. V. 272. P. 22364-22372.

10. Lashuel H.A., Lai Z.H., Kelly J.W. // Biochemistry. 1998. V. 37. P. 17851-17864.

11. Conway K.A., Harper J.D., Lansbury P. T. // Biochemistry. 2000. V. 39. P. 2552-2563.

12. Kad N.M., Thomson N.H., Smith D. P. et al. // J. Mol. Biol. 2001. V. 313. P. 559-571.

13. Xu S, Bevis B., Arnsdorf M.F. // Biophys. J. 2001. V. 81. P. 446-454.

14. Gosal W.S., Morten I.J., Hewitt E.W. et al. // J. Mol. Biol. 2005. V. 351. P. 850-864.

15. Beringue V., Bensik A., Le Dur A. et al. // PLos Pathogen. 2006. V. 2. P. 0956-0963.

ДОКЛАДЫ АКАДЕМИИ НАУК том 430 № 3 2010

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком