PrPSc形成的模型

mimisikai

关于PrPC——PrPSc转变机理一直是Prion研究争论的焦点，曾经出现过许多假说或理论，其中两种模型具有较多的实验依据。第一种模型或假说是“核聚集学说”，组织中PrPC可自发地形成PrPSc分子，这些PrPSc单体相互聚集成核，并使其它PrPC单体转变为PrPSc同时形成更大的聚集物。这一过程与其它蛋白如肌动蛋白、管状蛋白等的聚集过程相似。在这一过程中，PrPSc可能是PrP蛋白在细胞内的一种“正常”形式，只有形成一定固定结构的多聚体，才能使得更多的PrPSc聚集从而形成斑块。这些大的“斑块”进一步裂解成为小的“核”，再次重复蛋白聚集过程，从而获得感染性（图4）。
另一种假说是“模版学说”，在Prion感染初期少量的PrPC和PrPSc分子可形成寡聚体，这一过程或许有其它“分子伴侣”（X因子等）的参与。其中的PrPSc成分可能起着模版或催化剂的作用，使得PrPC分子或者是已经发生部分转化的PrP*中间分子发生彻底的构象转化。在遗传性TSE中，突变的PrP分子可能更容易形成所谓的“PrPSc核”或“PrP*分子”（图4）。
进一步了解PrPSc分子在细胞内的生理状态对明确上述两种模型的科学性十分重要。PrPSc分子具有很强的发生聚集或形成聚合物的倾向，对其状态的观测主要有以下几个方面，1）在变性剂中的不可溶性，2）在淀粉样斑块中形成细胞外的纤维，3）在变性剂中部分蛋白酶解条件下形成小球。然而在细胞内尚未发现PrPSc多聚体结构存在。对胞内PrPSc状态以及PrPSc多聚体的明确将有助于明确TSE感染机理。

3）、PrPSc形成过程中的分子伴侣

近来一些研究显示在PrPSc形成的过程中可能会有某些分子伴侣的参与。分子伴侣的主要作用是在蛋白生物合成或细胞器转运时协助蛋白折叠出合适的空间结构，在细胞应激反应如热休克的情况下帮助防止形成蛋白凝集。分子伴侣存在于许多细胞器中，包括修饰、转运PrP蛋白的粗面内质网。在PrPSc形成过程中涉及到一些分子伴侣可能参与的生理过程，如PrP蛋白的折叠和构象改变、蛋白分子间的聚集等。
在转基因小鼠实验研究中人们发现人类Prion在带有人PrP基因的小鼠中仍很难复制，但当去除小鼠内源PrP表达或在人PrP基因的N-、C-端加入小鼠PrP基因片段后，人类Prion即可复制。这提示可能存在着细胞分子伴侣，在Prion增殖过程中“种属”特异性地作用于PrPC分子C-端序列，但对这类分子伴侣的特征仍不明了，因此被称之为X蛋白或X因子。一些学者甚至在寻找是否存在着“组织细胞特异性”分子伴侣，从而探讨为何Prion会选择性地在神经元细胞以及部分淋巴细胞中增殖。对羊瘙痒因子感染的神经母细胞瘤细胞系的研究也提示存在着分子伴侣。一些“化学性”分子伴侣，如丙三醇、二甲基亚砜等也具有稳定蛋白构象、抑制PrPSc在感染细胞的增殖。同时在这些感染的细胞中的确存在着其它胞浆热休克蛋白表达及存在部位的改变。目前已有证据表明PrP可同两种分子伴侣发生结合作用，这两种蛋白是哺乳动物细胞Hsp60和细菌蛋白GroEL。
目前Prion感染增殖过程有分子伴侣参与的最直接证据是来自对酵母Hsp104和细菌GroEL蛋白的研究，这两种蛋白均可在无细胞构象转变系统中增加PrPSc的形成。选择Hsp104是因为这种蛋白可同Sup35结合，而Sup35是存在于一种被称之为PSI+的prion样蛋白中翻译终止因子的亚单位成分。虽然Hsp104和GroEL的作用高度提示分子伴侣参与PrPC——PrPSc转化过程，但这两种蛋白在正常情况下几乎没有可能同存在于哺乳动物细胞中的PrP蛋白接触。因此非常重要寻找那些可同哺乳动物PrP在体内反应的分子伴侣，并且了解是否可改变PrPSc的形成。这些分子伴侣可能是粗面内质网中的分子伴侣，其他目前尚未发现的分子伴侣蛋白，甚至是一些非蛋白成分如粘多糖。
近来的一些体内实验与结构研究表明在PrPC三维结构中，两个邻近的结构[167-171aa；214-218aa]可能是可能的蛋白质X的结合位点，但蛋白质X这一假设还需进一步鉴定和研究。现在已有不少于12种蛋白质被证实可与PrPC相互作用，但还没有一种被证实在体内有生理上的关联。