Nejen úvod, ale celý článek bude poněkud zašmodrchaný, je totiž o prionech. Když se řekne prion, je dobré si nejprve představit obyčejný protein, který je tělu vlastní. Ten lidský se tvoří podle genu na 20. chromozomu. Ačkoli ho už známe dlouho a před téměř dvaceti lety se za něj udělovala Nobelovka, o jeho skutečné funkci toho moc nevíme dodnes. Říká se, že se podílí na diferenciaci buněk a možná taky na tom, jak si věci zapamatujeme, ale důkazní skutek, utek. Zato toho o prionovém proteinu víme hodně, jak mocně škodí, když se zašmodrchá.

Chi-Fu Yen, elektrooptik, absolvent National Taipei University, nyní na Iowa State University of Science and Technology. První autor studie. (Kredit: ISU)

Není to tak dávno, co jsme si mysleli, že infekci může vyvolat jen něco živého. Parazit, plísně, bakterie, nebo viry. Zkrátka něco s dědičnou informací a co má DNA, nebo aspoň RNA. Tedy to, co se může množit a předávat své geny na potomstvo.  Jenže priony nic takového nejsou. Nejsou živé, jsou to jen molekuly proteinů bez jakékoliv dědičné informace (pokud za ní nepovažujeme tvar molekuly). Navíc je to substance, která  je tělu vlastní a potřebná a samo si jí tvoří. Zlou se stává jen když se nevhodně poskládá. Potom se stává infekční a je téměř nezničitelná. I když má molekula stále stejné aminokyselinové složení, pouhá změna tvaru jí učiní odolnou a to jak  fyzikálním, tak i chemickým vlivům. Nezničí ji pak ultrafialové záření, formaldehyd, peroxid vodíku nebo jodová tinktura. Dokonce ani průmyslově používaná desinfekční činidla jako je kyselina peroctová nebo etylenoxid. Odolává i stoprocentnímu alkoholu, což nepřekvapuje, ale považte, i lyzolu. V suchém teple vydrží priony bez úhony i hodinu při teplotě 360 stupňů Celsia. V jednom pokusu byly priony na deset minut vystaveny suchému teplu 600 stupňů C a vzniklý zuhelnatělý prach  si stále uchoval schopnost vyvolat onemocnění. Pro infektology doslova děs, běs! 
A jaká že sterilizace na zvrhlý prion zabere? Nejspíš jen „mokrý“ var. Tedy pára, ale musí působit po dobu nejméně 20 minut, při tlaku 3 bary a teplotě 133 stupňů C. Pak také ještě silně koncentrovaný louh a Savo (chlorové bělidlo). Jenže mozkové buňky nic takového po ruce nemají a tak není divu, že se svých zašmodrchaných nezničitelností nedokáží zbavit a že je jen otázkou času, než je z buňky koule přecpaná odpadem, což jí zahubí.  A protože jde o ztrátu neuronů, nepřekvapí, že průvodním jevem je zapomínání. Pro výkon některých funkcí je zapomínat na dané sliby dobrou kvalifikací, ale takových lidí není potřeba mnoho a tak je lepší když se nám priony v těle šmodrchat nezačnou a také o nich něco vědět.

Sanjeevi Sivasankar, dříve biofyzik na All India Institute of Medical Sciences, nyní astronom na  Iowa State University. Vedoucí výzkumného kolektivu. (Kredit: ISU)

Nejhorší na nich je, že stačí, aby se špatně poskládaná molekula dotkla molekuly zdravého proteinu a ta se poskládá také do nevhodné „zašmodrchané“ formy. Okolo takových infekčních semínek se pak nákaza šíří do okolí dominovým efektem a z mozku je časem ementál – tkáň je samá díra. Ale protože jsou ty díry relativně malé, popsány byly v době kdy se o prionech nevědělo nic a patologům připomínaly spongii (mořskou houbu používanou v koupelně na mytí zad), dostaly podle toho pojmenování všechny choroby s takovým patologickým nálezem. Ve škatulce „spongiformní encefalopatie“ (houbovitý mozek) tak jsou i nemoci u nichž původce znám není.

Čínskému elektrikáři se pod vedením astronoma z Indie,  podařilo prokázat, že měď iniciuje u prionových molekul změnu konformace a podporuje odolnost molekul vůči štěpení enzymem, čímž rozhoduje o jejich shlukování. (Kredit: Chi-Fu Yen)

Svým způsobem je potřeba priony obdivovat

Ne proto, že se dají přenést, což se dělo dokonce i prostřednictvím podávaných transfuzí, ale že je nezničí ani běžná sterilizace. Proto si také Creutzfeldovu nemoc s příslušnou dávkou demence a ponižujícím koncem, někteří pacienti donesli z nemocnice. Stačilo aby před nimi stejným skalpelem řezali někoho, kdo nevhodně zašmodrchané priony v těle měl. Lze to sice  označit za přenos způsobený lékařem, ale protože s takovými věcmi se nežertuje a nikdo s tím nechce být spojován, v odborné literatuře se takové případy popisují jako „iatrogenní přenos“. Moc nad tím dumat ale netřeba, protože když se to projeví je už pacient dement a ani pozůstalí nemají v ruce pro tak vysokou hru, karty.

Mozková tkáň nemocného chorobou CJD. Na řezu je vidět velké množství světlejších lokalit. Jsou to ostrůvky, kde celé okrsky nervových buněk již odumřely. (Kredit: DrdoubleB, Wikipedia)

Obdivuhodné na tom všem je, že některé prionové nemoci jsou mezidruhově přenosné, jako třeba BSE, známá pod přezdívkou nemoc šílených krav. Šířila se mezi bravem i lidem  v době, kdy se býložravcům  zkrmovala masokostní moučka. Což je výraz pro zbytky  těl jiných zvířat z jatek a kadavery z asanačních zařízení. Na pastu a granule se autoklávovaly  i uhynulé ovce. Ty spongiformní encefalopatií trpí často. Jejich nemoc je známa dlouho a kvůli směšným nekoordinovaným pohybům a neklidu se jí lidově říká klusavka. Pak už jen stačilo skotu, místo GMO soji přilepšit proteinovým koncentrátem a pokud masokostní moučka byla z nějaké „vesele si poskakující ovce", po čase se  ve stádě krav začaly některé kusy chovat rovněž podivně. Vrávoraly, špatně se stavěly na zadní nohy, nadměrně slinily,…  Přes mléko pak nakazily i telata. A bohužel nejen telata. Asi nejlepší cestou přenosu na nás, byla slavnostní večeře s tatarákem, nebo vařený hovězí jazyk. Priony si ale zachovávají infekčnost i v polévce z papiňáku.  Lidé nakažení takto zprostředkovaně přes zvíře, se označují, jako nemocní novou variantou CJD (Creutzfeldt-Jakobovy nemoci). Nikdo neví, kolik takových přesně je, protože lidé zkrátka dementní a ne vždy se vyšetření mozku po smrti provádí. Nová se této nemoci začalo říkat proto, že má mírně odlišné příznaky, než ta klasická. Klasické se také říká někdy „přirozená CJD“, obě mají to podstatné společné - houbovatění mozku. Jen holt někdy majitel takového mozku hloupne (protože neznáme původce) jaksi bezdůvodně. Jsou dokonce rodiny, které mají k CJD predispozice a nemoc se u nich vyskytuje častěji a souvisí to s genem a stavbou jejich prionového proteinu, který má tendenci sám se šmodrchat.  Zatímco ta klasická CJD, postihuje příslušníky starších ročníků, ta „nová“ (někde se o ní můžete dočíst i jako o „variantní CJD“), je zlá i na ty, kteří si na tomto světě toho moc užít nestačili. V hlavách na pitevně to vypadá ale stejně – na řezu odumřelé okrsky neuronů a mozek jako cedník.

Dilshan S. Harischandra, neurotoxikolog se specializací na Parkinsona, nositel grantu od Toxikologické společnosti, zaměstnán na Iowa State University, spoluautor studie.

To, že jsme u krav BSE vymýtili ještě neznamená, že nad prionovými chorobami se zavřela voda. Stále tu a tam ve stádě samovolně u některých kusů vznikne mutace v genu pro prionový protein a takové zvíře onemocní, aniž by se nakazilo od nějaké jiné ovce. Pro nás, lidi, je pak stejnou potenciální hrozbou i když nejspíš jen velmi malou, jako kdyby šlo o zvíře nakažené od ovcí.  V USA bychom se mohli nakazit dokonce i ze zvěřiny. Mezi jeleny a jelenci tam mají rozšířenou prionovou chorobu, kterou nazývají chronické chřadnutí jelenovitých (CWD). Proto myslivci při vyvrhování vysoké, kdy jim hrozí že sami sebe říznou, nebo se píchnou na střelou rozdrcenou kost, si většinou navlékají rukavice ze silné gumy.

Z nezničitelnosti prionů a jejich všudypřítomnosti, jak si ještě řekneme, vyplývá jedno. I při dodržování všech pravidel předběžné opatrnosti, se všech rizik vyvarovat nejde. Nemůžeme vyloučit ani náhodnou mutaci v našem vlastním genu, který pak začne produkovat prionový protein náchylný k šmodrchání a prakticky pak dopadneme stejně, jako rituální vyznavač kanibalismu.

Anumantha Kanthasamy, absolvent University of Madras, Indie. Veterinář na Iowa State University. spoluautor studie.

Prionových nemocí, které jsou slušně definované, neustále přibývá. Kromě zmíněné Creutzfeldt-Jakobovy nemoci (rozpadá se na sporadickou, iatrogenní,  novou variantu a familiární) a známé nemoci jako třeba kuru, jsou to i méně známé Gerstmannův-Sträusslerův syndrom, Alperova nemoc, fatální familiární insomnie (nespavost) a nedávno dobře definovaná variabilní na Proteázu Senzitivní Prionopatie, zkráceně VPSPr.  Všechny mají, jak se tu stále opakujeme, společného jmenovatele v nevhodně zašmodrchaných molekulách proteinů (priony) v mozku.

O třesu a zapomínání

Asi každý máme mezi příbuznými a známými někoho, komu se v klidu třesou ruce a lékaři v chorobopisu píší, že je parkinsonik. Určitě také znáte někoho s Alzheimerem, to je mediálně zvláště vděčné téma, když potká nějakou známou osobnost. To z čeho si zprvu tropíme žerty, že nám ten zlý Němec začal schovávat klíče, se pak rozvine v nepoznávání svých nejdražších. Kontaktu s parkinsoniky a alzheimerovci, se kvůli jejich infekčnosti bát nemusíte.  Když ale nejde o prionové nemoci a dokonce ani o infekční ani mezidruhově ani "mezilidsky",  proč se tedy o nich v tomto článku  zmiňujeme? Protože to v zahraniční literatuře začínají dělat chytřejší, než jsme my a tak se pokusíme popsat, co je k tomu vede.

Chorobami, jejichž příčina je shlukování proteinů, trpí zvířata i lidé. Některé jsou přenosné krví, jiné alimentárně. Jsou mezi nimi dokonce i mezidruhově přenosné. Nejspíš stejně široká paleta je i těch neinfekčních. Přes svou různorodost mají hodně společných znaků. U nás lidí se rády projevují zamlženým či dvojitým viděním. Zastřenou myslí, narušenou koordinací pohybů a poruchami rovnováhy. Přidává se třes, záškuby těla, slabost, průjmy a pády. Nemocní mívají halucinace, záchvaty strachu, vzteku doprovázené rozpadem osobnosti. K nesmyslné komunikaci se přidává apatie a život se postupně redukuje na primitivní reflexy a smrt je nevyhnutelná. Možná mají i společného jmenovatele – dvojmocné ionty mědi. A to by znamenalo některá doporučení k uchování si zdraví, poněkud přehodnotit. (Obr. Kredit: Dům bylinek)

U klasických prionových chorob, jako šílenost krav s obdobou v lidské nemoci CJD (Creutzfeldt-Jakobovou nemocí) jde o prionový protein, který se shlukuje (po modifikaci mu říkáme prion).  Jenže u savců existují i jiné proteiny, které se rády shlukují a jejich konglomeráty také pak tropí v našich tělech neplechu. Tak třeba takový amyloid beta (Aβ).  Někdy se začne shlukovat tvořit amyloidní plaky, zvláště v hipokampu a mozkové kůře. Ty poškozují nervové synapse a axony až je z toho široké spektru neurologických projevů, jež jsou typické jak pro Alzheimerovu chorobu, tak pro CJD. V případě Alzheimera není na vině prionový protein, ale jiný, kterému se říká amyloid. Spektru podobných nemocí je také široké a říká se jim souborně amyloidázy. Jak se nyní ukazuje, s prionovými chorobami, kterým jsme se dosud věnovali, toho mají víc společného, než jen projevy. Ukázalo se, že proteiny, z nichž se tvoří amyloidní plaky, mají prionové (nebo prionuum podobné) domény. A v tom pramení jejich nectnost se ochotně šmodrchat a shlukovat. Touto souvislostí s priony se nám začíná vybarvovat  celá řada neurodegenerativních chorob. Kromě Alzheimera také amyotrofická laterální skleróza (ALS), frontotemporální lobární degenerace s ubiquitin-pozitivní inkluzí (FTLD-U), ale i Huntingtonova choroba. Ty všechny začínají u neškodného proteinu, který se z nějakých důvodů sprčí a začne se převádět na patogenní formu.     
Právě proto, že v tomto článku zmiňované choroby mají co do činění s prionem, nebo proteinem s prionovou doménou, se nám zdá nynější poznatek o úloze iontů v iniciaci změny konformace proteinové molekuly, tak zajímavý.

Alchymisté označovali měď symbolem kolečka představujícího duši nad křížkem. Že by už tehdy tušili…?

Co že se to vlastně nyní na shlukující se proteiny provalilo?

V podstatě se to dá popsat, jako „choutky prionových ocásků“. Konce proteinových molekul, které obsahují čtyři kopie sekvencí „oktarepeatů“, rády vážou dvojmocné ionty kovů (Cu ²⁺ , Ni ²⁺, Mn ²⁺). Zatímco nikl a mangan nechávají tyto „ocásky v klidu“, v přítomnosti měďnatých iontů molekuly „tuhnou“. To proto, že alfa šroubovicová struktura se mění v beta list. V této změně  uspořádání (konformace) se skrývá čertík rezistence na proteolytické štěpení. Laicky řečeno, enzymy si na tom vylámou zuby. Odpad se začne hromadit a jak se říká, stokrát nic umořilo osla. Asi je zbytečné připomínat, že mrtvé buňky rády praskají a že se z nich sype hromada nezpracovatelného odpadu, bažícího páchat zlo nabádáním ostatních molekul ke změně konformace a shlukování. Když vědci změřili, jakou silou své tvary normální a špatně poskládaná molekula udržují, ukázalo se, že ta infekční drží pohromadě 900krát pevněji. Nejspíš to je dělá tak nerozbitnými.

Pokud se poznatku chytnou úředníci EU, mohlo by je napadnout zaměstnat se vydáváním doplňků směrnic vydaných k alergenům. V hospodách by u humrů, ústřic, obilovin, hovězího na všechny způsoby, kakaa, borůvek,… se jídelní lístky s výčtem alergenů prodloužily o poznámky: „Obsahuje měď! (Kredit: Keith Weller, USDA ARS)

Psáno pro ALPHA MEDICAL a osel.cz

Choroby, v nichž hlavní roli hraje shlukování proteinů, si nevybírají. Jakmile v někom najdou zalíbení, destrukce se v něm šíří od jedné mozkové buňky ke druhé. Někdy je proces pomalejší, jindy jako lavina, ale nikdy už není cesty zpět. Tak trochu se to podobá nukleární reakci. Bohužel na zažehnání prionových chorob nic účinného zatím nemáme. Nejednoho z nás proto hromadný úprk mozkových neuronů se všemi radostmi co k tomu patří, nemine. To, že se nyní kvartetu cizinců pracujících v americké laboratoři podařilo iniciátora (spíš ale jen jednoho z iniciátorů), stojícího na samém počátku vzniku „prvotního“ infekčního agens odhalit, je nadějné. Pokud se potvrdí, že tím šémem, probouzejícího Golema, je měďnatý iont, třeba se podaří najít cestu, jak do té „jeho jamky“ nacpat něco jiného, co by zvrhlou iniciaci šmodrchání nespouštělo. Nebo se podaří sestavit nějaké absorbátory, které by měďnaté ionty v neuronech selektivně vychytávaly, jako se přehřívajícím reaktorům vychytávají neutrony havarijními tyčemi. Ať už naše mozky půjde ochránit kteroukoliv z těchto cest a přijdou na to fyziologové, kterým by to profesně příslušelo, nebo stávající parta s čele s astronomem, je vcelku jedno. Hlavně aby už to bylo. Jinak tu budete číst stále větší dementiny.

Literatura

Iowa State University

Chi-Fu Yen, Dilshan S. Harischandra, Anumantha Kanthasamy, Sanjeevi Sivasankar.: Copper-induced structural conversion templates prion protein oligomerization and neurotoxicity. Science Advances  01 Jul 2016:Vol. 2, no. 7, DOI: 10.1126/sciadv.1600014