朊病毒与疯牛病.ppt

疯牛病与分子生物学的发展,生物工程系：苟小军,一、朊病毒与疯牛病,一、朊病毒（virino）的发现 人和哺乳动物的亚急性海绵样脑病的致病本质，一直是神经生物学和分子病毒学领域研究的热点，研究发现疯牛病（BSE）、羊痒病（SC）及人的纹状体脊髓变性病（CJD），脑软化病（GSS），库鲁病（kuru），致死性家族失眠症（FFI）等均属于这种蛋白粒子病类。可导致神经元进行性退化变性、胶质细胞增生及细胞内朊病毒的自身累积等。,人和哺乳动物朊病毒病的共同特点：,1、潜伏期长； 2、病理学特点： （1）神经原、神经轴索、星状细胞、树枝细胞呈进行性空泡化； （2）神经胶质增生； （3）细胞外淀粉样变性蛋白沉积，形成光镜下可见的病理学特征：羊搔痒病相关纤丝，CJD表现为淀粉样蛋白斑。,人的朊病毒病,1、传染型朊病毒病：如库鲁病，该病主要局限在巴布亚新几内亚的Fore族人群中发生； 2、遗传型朊病毒病：家族性CJD、FFI和GSS，属于生殖细胞突变形成的； 3、散发型朊病毒病：包括大多数CJD和部分GSS，可能与体细胞突变或朊病毒蛋白（prion protein, PrP）的自发性构型改变有关，而牛朊病毒传染人造成的CJD也属于这一类。,确定致病因子的过程,为了探究这种致病原的性质，研究人员检测了羊搔痒病病脑匀浆对动物的致病能力。发现感染因子可以通过滤器，有点象病毒，但与病毒不同，用福尔马林处理不能使之完全失活。1966年，英国放射生物学家Alper发现，这种物质对254nm的紫外线照射不敏感，而对237nm的紫外线敏感。 1972年，由于Prusiner的一位病人死于克雅氏病，促使他开始研究这类疾病。经过10年努力，Prusiner与其同事终于在1982年从仓鼠脑中浓缩了羊搔痒病病原成分。其浓缩成分的活性可被蛋白酶K，二乙酰焦碳酸、尿素、酚和SDS等失活，但不能被核酸酶E或紫外线照射破坏。所以Prusiner称之为Prion,意为蛋白性感染颗粒（Proteinaceous infectious particle）。这个成份中只含一种蛋白质，称为朊病毒蛋白（ prion protein, PrP），并命名为朊病毒（Virino）。,英国自1985年发现疯牛病到1996年， 已确诊有16142头牛患病，数以万计的牛被扑杀、焚烧、处理，使英国蒙受巨大的经济损失，同时欧洲其它国家如丹麦、法国、爱尔兰共和国等也有疯牛病发生。特别是英国连续出现12个青年患新型克雅氏病（new variant creutzfeldt-Jakob Disease nvCJD），人们怀疑该病是食用患疯牛病的牛肉引起的，在欧洲引起了极大的恐慌，疯牛病已成为欧洲严重的经济和政治问题。,患疯牛病的牛脑切片,疯牛病肆虐,二、朊病毒简介,蛋白质的分子结构,蛋白质的分子结构,1、氨基酸在蛋白质多肽链中的排列顺序,2、肽键是蛋白质一级 结构的基本结构键,一级结构,1、蛋白质的二级结构是指多肽链本身折叠或盘曲所形成的局部空间构象,2、维持蛋白质二级结构主要依靠氢键,3、主要类型是一螺旋,蛋白质的分子结构,4、-折叠也是一种重要的二级结构,1. 蛋白质在二级结构形式的基础上进一步盘曲.折叠而形成特定格式的三级结构,2. 三级结构主要依靠疏水键,3. 具有三级结构的某些蛋白质多肽链即可表现生物学活性,蛋白质的分子结构,三级结构,1. 不少蛋白质是由两个以上具有三级结构的多肽链组成的。这些多肽链之间没有共价键连接，而是借次级键缔合在一起。蛋白质的这种结构形式称为蛋白质的四级结构。,2.此类蛋白质只有完整四级结构才有生物学活性,蛋白质的分子结构,四级结构,一级结构,二级结构,三级结构,四级结构,螺旋,折叠,血红蛋白质的三级结构和四级结构,蛋白质分子结构与功能的关系,一. 一级结构决定空间结构,1. 相似结构相似功能 2. 不同结构不同功能 3.一级结构改变可导致分子病,二. 蛋白质生物功能的表达依赖于其完整的构象,朊病毒蛋白及其构型转变,PrPcPrPsc,PrPsc在N端切割可以产生PrP27-30，这种分子是一种蛋白酶抗性蛋白，能够聚集成为棒状淀粉样蛋白。,二级结构出现 转换，PrPc 螺旋含量达到42%， 片层仅占3%；PrPsc 螺旋含量降到30%， 片层达到45%；PrP27-30 螺旋含量则仅为21%，而片层达到54%。 片层含量的增加可能是聚合成淀粉样原纤维的最直接原因。,朊病毒的核磁共振图谱,PrP基因与朊病毒蛋白的合成,PrP基因及其编码产物,朊病毒蛋白形成过程,人PrP基因突变产生的氨基酸替换,H1-H4表示4个螺旋区；A、B、C为3个-螺旋；S1和S2为折叠；图中H1-H4附近有13个突变。,朊病毒的复制,朊病毒的复制模式,A：传染型和