NR ANGP
AU Vorberg,I.; Groschup,M.H.; Pfaff,E.; Priola,S.A.
TI Multiple amino acid residues within the rabbit prion protein inhibit formation of its abnormal isoform
QU Journal of Virology 2003 Feb; 77(3): 2003-9
PT journal article
AB Transmissible spongiform encephalopathies (TSEs) are neurological diseases that are associated with the conversion of the normal host-encoded prion protein (PrP-sen) to an abnormal protease-resistant form, PrPres. Transmission of the TSE agent from one species to another is usually inefficient and accompanied by a prolonged incubation time. Species barriers to infection by the TSE agent are of particular importance given the apparent transmission of bovine spongiform encephalopathy to humans. Among the few animal species that appear to be resistant to infection by the TSE agent are rabbits. They survive challenge with the human kuru and Creutzfeldt-Jakob agents as well as with scrapie agent isolated from sheep or mice. Species barriers to the TSE agent are strongly influenced by the PrP amino acid sequence of both the donor and recipient animals. Here we show that rabbit PrP-sen does not form PrPres in murine tissue culture cells persistently infected with the mouse-adapted scrapie agent. Unlike other TSE species barriers that have been studied, critical amino acid residues that inhibit PrPres formation are located throughout the rabbit PrP sequence. Our results suggest that the resistance of rabbits to infection by the TSE agent is due to multiple rabbit PrP-specific amino acid residues that result in a PrP structure that is unable to refold to the abnormal isoform associated with disease.
IN
Die Autoren berichten, Kaninchen hätten Inokulationen mit Kuru, Creutzfeldt-Jakob, Schaf-Scrapie und Maus-Scrapie überlebt.
Die Autoren berufen sich dabei auf die vergeblichen Versuche von Gibbs und Gajdusek [AENT,1973], Kuru, CJK und Scrapie auf Kaninchen zu übertragen. Gibbs und Gajdusek hatten aber auch vergeblich versucht, Kuru auf Schaf, Ziege, Nerz, Frettchen, Hauskatze, Maus, Ratte, Hamster, Rennmaus und Meerschwein oder die Creutzfeldt-Jakob-Krankheit auf Rhesusaffen, Stumpfschwanzmakak (Macaca arctoides), Javaneraffen (Cynomolgus cynocephalus), Schaf, Ziege, Nerz, Frettchen, Maus, Ratte, Hamster, Rennmaus und Meerschwein sowie Scrapie auf Schimpansen, Klammeraffen, Kapuzineraffen, Frettchen und Meerschweinchen zu übertragen [AENT,1973].
Weiterhin berufen sich die Autoren auf ein Experiment von Barlow und Rennie, in welchem die Übertragung eines Stammes von Maus-Scrapie (ME7) durch intrazerebrale Inokulation bei Ratten, nicht aber bei Kaninchen gelang. Sie erwähnen aber nicht, dass in diesem Experiment auch kein Meerschwein erkrankte und dass nur zwei Mäuse erkrankten, denen Hirnhomogenat von nach 18 Monaten getöteten Meerschweinchen injiziert wurde. Sie erwähnen auch nicht, dass lediglich drei inokulierte Kaninchen über einen Zeitraum von mehr als 18 Monaten beobachtet wurden. [AAZM]
Die Autoren selbst stellten fest, dass das normale zelluläre Prionprotein PrPc des Kaninchens in einer Scrapie-infizierten Mausneuroblastomzelllinie nicht in PrPres umgefaltet wird. Das bedeutet aber nicht, dass es in anderen Zellkulturen mit anderen TSE-Stämmen ebenfalls nicht funktionieren würde.
Um zu sehen, welche Teile des Kaninchen-Prionproteins die Umfaltung in diesem speziellen Zellkultursystem behindern, stellten die Autoren Chimere her, in denen jeweils Teile des Mausprionproteins durch Teilsequenzen des Kaninchens ersetzt waren. Es wurde überhaupt keine PrPc-Konversion mehr festgestellt, wenn nur das mittlere oder nur das carboxyterminale Drittel des Prionproteins von der Maus stammte. War nur noch das carboxyterminale Drittel des Prionproteins vom Kaninchen, dann kam es in einem sehr geringem Maße noch zu einer Umwandlung.
Anschließend wurden in die Maussequenz des Prionproteins ganz gezielt Mutationen an nur drei Aminosäuren erzeugt, die jeweils die in der Maus gefundene Aminosäure durch die ersetzten, die man vom Kaninchen kennt. Der Austausch von Asparagin durch Serin an Position 107 hatte keinen Effekt auf die Umfaltung von Maus-PrPc zu Maus-PrPres in der Zellkultur. Wurde jedoch das Asparagin an Aminosäure 99 durch ein Glycin ersetzt oder ersetzte man das Leucin an Position 108 der Maussequenz durch das an dieser Position der Kaninchensequenz gefundene Methionin, dann wurde aufgrund von jeweils nur einer einzigen ausgetauschten Aminosäure auch das Mausprionprotein PrPc nicht mehr in PrPres umgefaltet. Enthielt allerdings die Maussequenz des Prionproteins die Kaninchen-Aminosäuren an den Positionen 107 und 198, dann funktionierte die Umfaltung wieder.
Nun untersuchten die Autoren zusätzlich Mutationen in der Mitte des Mausprionproteins, indem sie an den Positionen 144 (Tryptophan zu Tyrosin), 137 (Methionin zu Leucin) und 173 (Asparagin zu Serin) die Maussequenz in Richtung Kaninchen mutierten. Während die Mutationen an den Positionen 144 und 137 praktisch keinen Effekt auf die Umfaltung hatten, wurde diese durch die Kaninchen-Aminosäure an Position 173 verhindert.
In carboxyterminalen Bereich des Prionproteins identifizierten die Autoren auf die gleiche Weise die Aminosäure 214. Wurde an dieser Position das Valin der Maus durch das Isoleucin des Kaninchens ausgetauscht, dann funktionierte die Umfaltung nur noch schlecht.
MH Amino Acid Sequence; Animal; Mice; Molecular Sequence Data; Prions/*chemistry; Protein Isoforms; *Rabbits; Species Specificity; Structure-Activity Relationship; Support, Non-U.S. Gov't; Tumor Cells, Cultured
AD Laboratory of Persistent Viral Diseases, Rocky Mountain Laboratories, National Institute of Allergy and Infectious Diseases, National Institutes of Health, Hamilton, Montana 59840, USA
SP englisch
PO USA