Studium interakcí lidského prionového proteinu (PrPC) s kovy (Cu, Zn) a metalothioneinem

Prionová onemocnění, nazývaná také transmisivní spongiformní encefalopatie (TSE), jsou fatální neurodegenerativní onemocnění, která mohou ovlivnit jak člověka, tak široké spektrum zvířat. Choroby způsobené priony se projevují prostřednictvím morfologických a patofyziologických změn, které jsou spojovány i s dalšími progresivními encefalopatiemi, jako je například Alzheimerova či Parkinsonova choroba. Tato onemocnění ovlivňují centrální nervový systém  a jsou výsledkem konformační změny prionového proteinu z jeho přirozené buněčné formy (konformace α-šroubovice, PrPC) na infekční formu (β-skládaný list, PrPSc) 1. K patogenezi prionového onemocnění může přispět i nedostatek železa či nerovnováha kovů, jako je měď či zinek v mozku a jimi ovlivněná antioxidativní funkce PrPC. Homeostazi iontů kovů obvykle zajišťuje celá řada proteinů, které regulují jejich správnou funkci. Porucha homeostázy může vyústit v závažné patologické změny včetně neurodegenerativního onemocnění. Významný protein, který hraje klíčovou roli pro udržení homeostázy těchto kovů, se nazývá metalothionenin (MT), který je specificky velkým množstvím aminokyselin bohatých na cystein. Pravě díky svým thiolovým skupinám dokáže MT vázat ionty kovů a tím regulovat jejich množství. Podrobné porozuměni homeostáze iontů kovů tak jako detailní přehled jejich transportu a jejich interakce s biomolekulami může být zásadní pro pochopení normálních a patologických procesů vyskytujících se u živých organismů. 2. Hlavním cílem naší práce bylo sledování elektrochemického chování prionového proteinu PrPC a jeho interakce s různymi kovy, jako je měď a zinek. Dále jsme se věnovali sledování interakcí prionového proteinu s metalothioneinem a sledování jejich vzájemne role v procesu homeostázy kovů. Pro tyto účely byla využita elektrochemická metoda diferenční pulzní voltametrie ve spojení s adsorptivní přenosovou technikou. Pomocí této metody lze odhalit, zda dochází mezi proteinem a kovy (poté mezi proteinem a proteinem) ke specifické interakci, a tím pádem zda má přítomnost kovů nějaký vliv na chemickou strukturu prionového proteinu. Nejprve byly získány elektrochemické záznamy obou proteinů jak PrPC, tak metalothioneinu. V dalším kroku byly detekovány samostatně oba sledované ionty kovů. Poté byly sledovány interakce prionů a kovů a nakonec prionů a metalothioneinu. Změny v intenzitě signálů či splynutí signálů apod. pak poukazují na to, že spolu látky způsobem interagují. Specifické změny jsme zaznamenali ve všech připadech, z čehož vyplývá, že prionový protein interaguje a tvoří komplexy jak s mědí a zinkem, tak s metalothioneinem.

Poděkování: Autoři by rádi poděkovali za finanční podporu projektům CEI TEC CZ.1.05/1.1.00/02.0068, DP04_2012 a DO C CEI TEC.01/2012.

Literatura

1. Sobrova P, et al. Electrochemical Behaviour of Native and Denatured beta-Sheet Breaker Prion Protein. Int. J. Electrochem. Sci. 2012; 7: 928–942.
2. Krizkova S, et al. Metallothioneins and zinc in cancer diagnosis and therapy. Drug Metab. Rev. 2012; 44: 287–301, doi: 10.3109/03602532.2012.725414 (2012).