Březen 2004

Pamětlivý Jekyll a šílený Hyde.

Jaroslav Petr

Američtí biologové objevili přívětivou tvář obávaných prionů

Co má paměť společného s nemocí šílených krav? Ukazuje se, že mnohem více, než by se na první pohled mohlo zdát. Nejnovější výzkumy totiž naznačují, že jak schopnost vzpomínat, tak devastující onemocnění mozku má na svědomí množení jedné zvláštní skupiny bílkovin – prionů.

Daň za dokonalost

Slovo prion uvedl v roce 1982 do života americký lékař Stanley Prusiner jako stručné označení „proteinové infekční částice“ (v první fázi používal zkratku „proin“, ale protože jej tahala za uši, vylepšil ji jednoduchou přesmyčkou). Prusinerův prion je zvláštní věc. Není živý, ale množí se. Není to jed, ale zabíjí. Surovinu pro jeho tvorbu si neseme v buňkách svých těl. Je jí takzvaný prionový protein, o němž jsme ještě donedávna netušili, k čemu je nám vlastně dobrý, a zdál se být jen jakousi buněčnou veteší. Ovšem veteší potenciálně smrtonosnou. Když se totiž tohle „proteinové harampádí“ zamotá – když se šroubovitě stočené části molekuly narovnají do tvaru takzvaného skládaného listu, získá tím neškodný prionový protein úplně nové vlastnosti. Hodný bílkovinný Jekyll se mění ve zlého prionového Hydea. Jeho vznik si můžeme představit jako beznadějné zauzlení tkaničky. Je to stále tatáž tkanička, ale má zcela nové vlastnosti a boty si s ní už nezavážeme.

Jednou ze základních vlastností „zlého“ prionu je schopnost množit se řetězovou reakcí. Při proměně prionového proteinu v priony přitom vznikají blíže neidentifikované toxické meziprodukty, které devastují nervovou tkáň. Postihnou-li mozek, dostává vzhled houby na mytí. U skotu to má za následek nemoc šílených krav, u člověka zase nechvalně proslulou Creutzfeldt-Jakobovu chorobu. Jde o onemocnění bez výjimky nevyléčitelná a smrtelná. Na zákeřnosti jim navíc dodává i dlouhá inkubační doba: od průniku prionů do těla po nástup prvních příznaků choroby někdy uplynou i desetiletí.

Nabízí se celkem logická otázka: proč vůbec máme v těle něco tak strašného? Nejnovější výzkumy amerických vědců naznačují, že prionovými chorobami platíme daň za jinak dokonalé fungování organismu. Zamotávání bílkovin je totiž životně důležité. Američtí biologové publikovali na samém sklonku roku 2003 v prestižním vědeckém časopise Cell hned dvě studie, z nichž vyplývá, že právě zauzleným bílkovinám v mozku vděčíme za – paměť.

Mezi neurony cesta ušlapaná

Ukládání informací do nervových buněk mozku halí nejedna záhada. Při průchodu nervového vzruchu z jedné buňky do druhé se zdá, jako kdyby si vzruch prošlápl cestičku. Příště už tudy projde o poznání snáz. Díky tomu můžeme vzpomínat. Nervové vzruchy proběhnou jednou z bezpočtu prošlapaných cestiček a my si uvědomíme, že tohohle člověka jsme už viděli, vybaví se nám jeho jméno nebo co měl naposledy na sobě. Podstatou prošlapávání cestičky na spoji mezi dvěma neurony, tzv. synapsi, je tvorba zvláštních paměťových proteinů. Ty činí synapsi průchodnější. Jenže co rozhoduje o tom, zda se vytvoří, nebo ne?

Americký neurolog a nositel Nobelovy cenu z roku 2000 za objevy týkající se předávání signálů mezi nervovými buňkami Eric Kandel a jeho kolega z Columbia University Kausik Si se rozhodli prozkoumat formování paměti u tvora, který intelektem dvakrát nevyniká – mořského plže zeje. Dráždili nervové buňky zeje druhu Aplysia californica a zjistili, že v nich vznikají paměťové proteiny jen tehdy, když si buňky předtím vytvořily dost bílkoviny označované jako CPEB. Ta by proto podle jejich mínění mohla sloužit jako klíček k odemykání paměti.

Tím ovšem překvapení neskončilo. Kausik Si si povšiml, že tato bílkovina má části bohaté na aminokyseliny asparagin a glutamin. „Tohle přece znám,“ užasl: podobné úseky dovolují bílkovinným molekulám kvasinek zkroutit své řetězce do jiného tvaru a získávat tak zcela nové vlastnosti. Změna tvaru se navíc mezi molekulami šíří jako požár v savaně. Nově zkroucená bílkovina se přiloží k nezkroucené a donutí ji změnit tvar. Je to jako kdybychom do komory plné složených skládacích židliček hodili jednu rozloženou a během chvíle se podle ní poslušně rozložily všechny ostatní. Kandelův tým si začal pohrávat s kacířskou myšlenkou, že tvorbu paměťových proteinů spouští právě výše popsaná lavina změn v uspořádání bílkoviny CPEB. Bílkovina by přitom podle jeho předpokladu plnila svou funkci jen po změně tvaru – stejně jako skládací židle, na kterou se dá usednout, jen když je rozložená. Umí bílkovina CPEB něco takového? Pro odpověď na tuto otázku zašli Kandel a Si za největším expertem – ředitelkou Whitehead Institute Susan Lindquistovou, která priony u kvasinek objevila.

Sledování kvasinek vybavených bílkovinou CPEB z mořského plže podezření vědců potvrdilo. Bílkovina v kvasinkách skutečně zaujímá nový tvar a funguje potom jako matrice, podle níž mění tvar i další molekuly. Chová se tedy jako prion. Na rozdíl od prionů ničících mozky krav i lidí je ovšem prionová forma bílkoviny CPEB neškodná. Ba co víc: v nové konfiguraci odvádí mnohem lepší práci a spouští masivní tvorbu paměťových proteinů. Právě namnožení prionové formy bílkoviny CPEB tak zajišťuje, že paměťová cestička prošlápnutá přes synapsi jen tak lehce nezmizí. „Je to jako kdyby bílkovina spala a změnou tvaru se probudila,“ říká Eric Kandel o vzniku prionové formy bílkoviny CPEB.

Tajemství nervových buněk

Eric Kandel tak mohl představit priony ve zcela novém světle. Lavinovitou změnu tvaru bílkovin už nemusíme vnímat jen jako předzvěst smrtící choroby. V určitých případech naopak představuje elegantní cestu k zajištění základní životní funkce. „Je to energeticky nesmírně úsporný způsob, jak ukládat informace do paměti,“ pochvaluje si molekulární biolog Fred Cohen z University of California v San Francisku. Jiné mechanismy, jimiž lze dosáhnout radikální změny ve funkci bílkovin, jsou ve srovnání s jednoduchou změnou jejího tvaru hotoví energetičtí Otesánci. I proto Susan Lindquistová předpokládá, že se „hodné“ priony uplatňují v buňkách při každé vhodné příležitosti. „Jsem přesvědčena, že bílkovin s touto schopností je spousta,“ tvrdí. „Tenhle objev je novou kapitolou v příběhu o prionech,“ komentoval pak obě vědecké stati v časopise Cell Stanley Prusiner odměněný v roce 1997 za zformulování prionové teorie Nobelovou cenou.

O samotném původu prionového proteinu v těle člověka nám toho sice nejnovější výzkumy týmu vedeného Ericem Kandelem mnoho neřekly. Staví před nás ale vzrušující otázky. Smrtící i paměťové priony totiž vznikají především v nervových buňkách. Je to jen náhoda? Anebo jsou prionové choroby jen vybledlou evoluční vzpomínkou na jakousi veledůležitou činnost nervových buněk našich dávných vývojových předků podobných mořskému šnekovi zejovi?

(Respekt)