Choroba Alzheimera

98
dla przypadku toksyny b³onicy, badacze, m.in. Stanley
Prusiner, wielokrotnie sugerowali, i¿ mo¿e byæ ono
poszukiwanym mechanizmem molekularnym amyloidogenezy.
Oba zjawiska charakteryzuj¹ zaskakuj¹ce
podobieñstwa, np. wystêpowanie w najrozmaitszych rodzinach
bia³ek (brak swoistoœci co do „substratu”), niezwyk³a
precyzja molekularna, z jak¹ generuj¹ wadliw¹
strukturê bia³ka (wysoka swoistoœæ i precyzja przemian
strukturalnych), a tak¿e fakt, ¿e oba polegaj¹ na przemianie
konformacyjnej i wymagaj¹ zwykle pokonania
wysokiej bariery aktywacji dla zainicjowania procesu.
Zgodnie z definicj¹ Eisenberga wymiana domen strukturalnych
ma miejsce wówczas, gdy jakiœ element struktury
przestrzennej monomerycznego bia³ka zostaje zast¹piony
przez identyczny element z innej cz¹steczki.
Zajœcie tego procesu wymaga czêœciowego rozplecenia
obu monomerów i odtworzenia pierwotnej architektury
w sposób wadliwy, bo z fragmentów kilku ³añcuchów
bia³kowych. W opisie wymiany domen strukturalnych
pos³ugujemy siê pojêciami „zamkniêtego obszaru styku”,
tj. miejsca kontaktu podjednostek identycznego
w monomerze i oligomerze „zawiasu”, tj. jedynego
elementu struktury zmieniaj¹cego swoj¹ konformacjê
i umo¿liwiaj¹cego rozwiniêcie siê monomeru, oraz
„otwartego obszaru styku”, tj. nowego miejsca kontaktu
pomiêdzy podjednostkami, obecnego jedynie w oligomerze
(rys. 6). Pocz¹tkowo znano tylko ma³e oligomery
(dimery, trimery) w formie zamkniêtej, tzn. tworz¹ce
siê poprzez wzajemn¹ wymianê domen, podczas gdy
formowanie nieskoñczonego liniowego polimeru wymaga
zajœcia tego zjawiska w sposób „otwarty”. Nowe,
atrakcyjne mo¿liwoœci dla otwartej polimeryzacji pojawi³y
siê, gdy Eisenberg i wsp. (24) wykazali, ¿e krowia
rybonukleaza A mo¿e tworzyæ oligomery, w tym oligomery
otwarte, za pomoc¹ wymiany ró¿nych domen,
N-koñcowej helisy lub C-koñcowego ³añcucha β.
Wymiana domen strukturalnych jako mechanizm amyloidogenezy
nabra³a szczególnego znaczenia po odkryciu
tego zjawiska w bia³ku o udokumentowanych w³aœciwoœciach
amyloidogennych. Donieœli o tym po raz
pierwszy Janowski i wsp. (25) w 2001 r. w przypadku cystatyny
C cz³owieka (hCC; rys. 7). Fizjologicznie hCC
jest bardzo silnym inhibitorem proteaz cysteinowych,
obecnym we wszystkich p³ynach ustrojowych, a w p³ynie
mózgowo-rdzeniowym w szczególnie wysokim stê-
¿eniu. Z wiekiem to monomeryczne i rozpuszczalne
bia³ko ulega powolnej agregacji i stanowi sk³adnik starczych
z³ogów w naczyniach mózgu osób z amyloidow¹
angiopati¹ mózgow¹. Znacznie wczeœniejszy i gwa³towniejszy
przebieg ma HCCAA (dziedziczna angiopatia
amyloidowa zwi¹zana z cystatyn¹ C; ang. hereditary cystatin
C amyloid angiopathy) wystêpuj¹ca wœród rodzin
islandzkich obarczonych mutacj¹ punktow¹ w genie koduj¹cym
hCC. U chorych z HCCAA wykrywa siê dimery
cystatyny C w p³ynie mózgowo-rdzeniowym. W³aœnie
obecnoœæ dimerów hCC, powsta³ych na skutek wymiany
SYMPOZJUM – CHOROBA ALZHEIMERA
domen przestrzennych, ujawni³a struktura krystaliczna
tego bia³ka. Wymieniaj¹ce siê domenami cz¹steczki
hCC musz¹ ulec wpierw czêœciowemu rozwiniêciu, w wyniku
którego jedna z pêtli strukturalnych przyjmuje
konformacjê rozci¹gniêt¹. W efekcie w dimerach pojawia
siê nowa, bardzo rozleg³a struktura β (otwarty
obszar styku), która sprawia, i¿ mimo niekorzystnego
efektu entropowego s¹ one trwalsze ni¿ postaæ monomeryczna.
W kolejnym doniesieniu Knaus i wsp. (26) wykazali, równie¿
na podstawie badañ krystalograficznych, i¿ rekombinowane
PrP cz³owieka jest tak¿e zdolne do dimeryzacji
poprzez wymianê domen strukturalnych. W strukturze
zwartej domeny wystêpuj¹ trzy d³ugie helisy α oraz kilka
krótkich odcinków β, g³ównie w rejonie N-koñcowym.
Wymianie przestrzennej ulega helisa C-koñcowa.
Porównanie ze struktur¹ monomerycznego bia³ka PrP
w roztworze okreœlon¹ metod¹ spektroskopii NMR
ujawnia zasadniczo tê sam¹ topologiê zwartej domeny,
lecz ukazuje równie¿ miejsce przemiany konformacyjnej
polegaj¹cej na rozwiniêciu ponad jednego zwoju
jednej z helis i przekszta³ceniu go w ³añcuch β. Nowo
utworzone ³añcuchy β obu podjednostek formuj¹ nowy
arkusz β na styku domen (czêœæ otwartego obszaru styku),
który nadaje dimerowi dodatkow¹ trwa³oœæ. Gdy
na modelu dimeru PrP zaznaczono 17 pozycji aminokwasowych
ulegaj¹cych substytucji w rodzinnych encefalopatiach
g¹bczastych, okaza³o siê, ¿e wszystkie one
lokuj¹ siê w obszarze zaanga¿owanym w wymianê domen.
Jest wysoce prawdopodobne, ¿e mutacje tych
miejsc bêd¹ wp³ywa³y na stan równowagi monomer-
-dimer oraz na szybkoϾ dimeryzacji. Autorzy w konkluzji
stwierdzaj¹, ¿e obserwowana wymiana domen
przestrzennych mo¿e stanowiæ wa¿ne stadium na drodze
konwersji PrP C →PrP Sc . Pogl¹d ten zosta³ jednak
zakwestionowany przez Prusinera i wsp., którzy na podstawie
badania wymiany protonów metod¹ NMR doszli
do wniosku, ¿e elementy strukturalne ulegaj¹ce wymianie
w modelu Knaus i wsp. (26) nale¿¹ do najbardziej
stabilnych fragmentów bia³ka PrP.
Niezale¿nie od nierozstrzygniêtych dot¹d kontrowersji
wydaje siê jednak, ¿e wymiana domen strukturalnych
mo¿e byæ rzeczywiœcie przynajmniej jednym z mechanizmów
wykorzystywanym przez bia³ka do formowania
patologicznych agregatów amyloidowych. Jak zaznaczono
wczeœniej, nie dysponujemy dot¹d bezpoœrednim
dowodem doœwiadczalnym, jednak coraz wiêkszy
zasób „dowodów poszlakowych” pozwala uznaæ ten pogl¹d
za prawdopodobn¹ hipotezê robocz¹.
ZMIANY STRUKTURALNE BIA£KA Aββ
W PROCESIE AMYLOIDOGENEZY
Wiedza o transformacjach strukturalnych zwi¹zanych
z amyloidogenez¹ bia³ka Aβ jest jeszcze bardziej niepe³na
i fragmentaryczna ni¿ w przypadku hCC czy PrP. Do-
AKTUALNOŒCI NEUROLOGICZNE Vol 3 Numer 2