VI. Ιοί Ιοειδή - Prions. Γενικά στοιχεία Δομή & Οργάνωση Κύκλος αναπαραγωγής Παθογόνες επιδράσεις Ιοειδή Prions

Transcript

1 VI. Ιοί Ιοειδή - Prions Γενικά στοιχεία Δομή & Οργάνωση Κύκλος αναπαραγωγής Παθογόνες επιδράσεις Ιοειδή Prions

2

3 Dmitri Ivanovski (1892) Υπάρχει ένας παράγοντας που διαπερνά τα φίλτρα στα οποία τα βακτήρια συγκρατούνται, αλλά που είναι παθογόνος για τα φυτά του καπνού και προκαλεί μια ασθένεια, τη μωσαϊκή. Ο παράγοντας αυτός δεν αναπτύσσεται στα συνηθισμένα θρεπτικά μέσα των βακτηρίων και δεν είναι μικροσκοπικά ορατός. Martinus Beijerink (1898) Wendell Stanley (1935). Ο πρώτος που πρότεινε την ύπαρξη ενός νέου μολυσματικού παράγοντα που ονομάστηκε ιός. Βραβείο Nobel για την απομόνωση του ιού της μωσαϊκής του καπνού (ΜΤV). Ανακάλυψε πως ο ιός έχει την ιδιότητα να κατακρημνίζεται με μορφή κρυστάλλων και να παραμένει έτσι επ αόριστον.

4 Η Δομή των ιών Υπερμικροσκοπικοί «οργανισμοί» (20-300nm) χωρίς κυτταρική δομή. Η ανακάλυψη της δομής ~ ηλεκτρονικό μικροσκόπιο ~ υποχρεωτικά παράσιτα όλων των υπόλοιπων οργανισμών Εκτός ξενιστή = ιόσωμα (virion) Νουκλεοκαψίδιo (=πρωτεϊνική κάψα+νουκλεϊκό οξύ) λαιμός Εξειδικευμένη μορφή, δομή και σύνθεση Ένα μόριο νουκλεϊκού οξέος (DNA ή RNA, μονόκλωνο ή δίκλωνο) με συγκεκριμένη αλληλουχία. 5 έως μερικές εκατοντάδες γονίδια Ινίδια ουράς ουρά Βακτηριοφάγος Τ4

5 Ελικοειδής συμμετρία (π.χ. μωσαϊκή του καπνού ~ ραβδόμορφος RNA ιός) Εικοσαεδρική συμμετρία (π.χ. αδενοϊός ~σφαιρικός DNA ιός) Ασυμμετρία (π.χ. ιός της γρίπης ~ περιβάλλεται από τον επενδύτη που αποτελεί τμήμα του ξενιστή (λιπίδια) και ειδικές πρωτεΐνες που κωδικοποιούνται από τον ίδιο τον ιό) ή

6 Οι ιοί ταξινομούνται ανάλογα με τον ξενιστή τους Ιοί των βακτηρίων - βακτηριοφάγοι Για να τους ονομάσουμε χρησιμοποιούμε γράμματα και αριθμούς Μεγάλη μορφολογική διαφοροποίηση RNA (F2, R17, MS2, Qβ) DNA δίκλωνο (λ, Τ1, Τ2...Τ7) ή μονόκλωνο (φx174) Ιοί των φυτών Συνήθως ανιχνεύονται από τις καταστροφές που προκαλούν (π.χ. μωσαϊκά, νεκρώσεις, κίτρινα στίγματα κλπ) Μορφολογική ποικιλομορφία Οι περισσότεροι RNA, αλλά και DNA με κυκλικό μόριο όπως τα πλασμίδια Άμεση προσβολή ή μέσω ενδιάμεσου ξενιστή (εντόμου)

7 Οι ιοί των ζώων Γυμνά νουκλεοκαψίδια ή περιβλημένα από μεμβράνη Μικρά μόρια DNA ή RNA Γρίπη, παρωτίτιδα, ευλογιά, ιλαρά, λύσσα, πολυομυελίτιδα, AIDS, καρκίνος κλπ Ένας ιός μπορεί να είναι ενδημικός (υπάρχει αλλά ελέγχεται η μεταδοτικότητά του) Επιδημία: όταν η παθογόνος μορφή μεταδίδεται εύκολα από ασθενή σε υγιή άτομα (υψηλή μεταδοτικότητα) ή όταν ο ενδιάμεσος ξενιστής αφθονεί στο άμεσο περιβάλλον του ζώου (π.χ. κίτρινος πυρετός)

8 EBOLA Φυσικός φορέας του ιού θεωρείται η καρποφάγος νυχτερίδα. Ωστόσο στην Αφρική έχει διαπιστωθεί ότι άνθρωποι μολύνθηκαν από την επαφή τους με χιμπατζήδες, γορίλες και άρρωστες ή νεκρές αντιλόπες Ο ιός μπορεί να μεταδοθεί από τις βλεννώδεις εκκρίσεις, το σπέρμα, το σάλιο, τον ιδρώτα, τον εμετό, το αίμα ή τα κόπρανα του ασθενούς. Μεταδίδεται αποκλειστικά με την άμεση επαφή με τα παραπάνω (επαφή με ασθενείς ή με τα σώματα των νεκρών, όταν τα ετοιμάζουν για την ταφή) ή με μολυσμένα αντικείμενα (π.χ. σύριγγες). Η ασθένεια μπορεί να εμφανιστεί μέσα σε 21 ημέρες από την προσβολή του ατόμου. Πρόσφατα πειράματα εμβολιασμού φαίνονται θετικά

9 Στη Δυτ. Αφρική τουλάχιστον άνθρωποι έχασαν τη ζωή τους μέσα σε έναν χρόνο (2014)... όταν στην επιδημία του Ebola το 1976 είχαν χάσει τη ζωή τους 400 άτομα και από τότε μέχρι σήμερα, μόνο άλλες τρεις φορές, το 1995, το 2000 και το 2008, οι θάνατοι είχαν υπερβεί ή φθάσει τους «The Ebola outbreak in West Africa is unlike anything, since the emergence of HIV/Aids» - top US medical official Thomas Frieden

10 Κύκλος αναπαραγωγής των ιών των ζώων Α. Γυμνά βίρια : ενδοκύτωση, δράση λυτικών ενζύμων για τη λύση της πρωτεϊνικής κάψας, απελευθέρωση ιικού νουκλεϊκού οξέος Β. Βίρια με μεμβρανικό φάκελο: αναγνώριση γλυκοπρωτεϊνών φακέλου από υποδοχείς μεμβράνης ξενιστή, ενδοκύτωση ή σύντηξη μεμβρανών, λύση πρωτεϊνικής κάψας & απελευθέρωση ιικού νουκλεϊκού οξέος Αναδιπλασιασμός και μεταγραφή με ιικά ένζυμα Τροποποίηση της κυτταρικής μεμβράνης και έξοδος με εκβλάστηση Λύση κυττάρου

11 Κύκλος αναπαραγωγής των βακτηριοφάγων Φάση μόλυνσης Λυτικός κύκλος παθογόνοι ήπιοι φαγικό ένζυμο λύσης κυτ. τοιχ. ένζυμα λύσης του κυτ. τοιχώματος 0 min παθογόνος φάγος συστατικά κάψας min 9-15 min ένζυμα αναδιπλασιασμού του ιικού γεν.υλικού & αναστολής του βακτηριακού ένζυμα λύσης βακτηριακών συστατικών προφάγος

12 Ioί και καρκίνος Τι είναι καρκίνος; Η έλλειψη ελέγχου στον πολλαπλασιασμό των κυττάρων, με αποτέλεσμα αυτά να πολλαπλασιάζονται άναρχα & ασταμάτητα και να επιστρέφουν σε μία αδιαφοροποίητη κατάσταση. Καλοήθεις όγκοι: περιορισμένης έκτασης πολ/σμός Κακοήθεις όγκοι: ασταμάτητος πολ/σμός & μεταστάσεις Μόλυνση από ιό, ενσωμάτωσή του στο γεν. υλικό του ξενιστή Γονίδια φυσιολογικών κυττάρων είναι δυνατό να τα μετατρέψουν σε καρκινικά, όταν προκύψει κάποια μετάλλαξη ή όταν το περιβάλλον τους τροποποιηθεί. Η δομή των γονιδίων αυτών μοιάζει με εκείνη των ιών και η λειτουργία τους ενεργοποιεί την κυτταρική διαίρεση. Υπό φυσιολογικές συνθήκες είναι ανενεργά. Πρωτο-ογκογονίδια!

13 Ν: κωδικοποίηση αυξητικών παραγόντων που ενεργοποιούν την κυτ. διαίρεση C: υπερπαραγωγή αυξητικών παραγόντων λόγω μεταλλάξεων Ν: κωδικοποίηση υποδοχέων των αυξητικών παρ. που ενεργοποιούν την κυτ. διαίρεση C: μεταλλαγμένοι υποδοχείς που ενεργοποιούν την κυτ. διαίρεση απουσία αυξητικών παραγόντων Ν: κωδικοποίηση μεταγραφικών παραγόντων που ενεργοποιούν γονίδια της κυτ. διαίρεσης C: μεταλλαγμένοι μεταγραφικοί παρ. που συνεχώς ενεργοποιούν τα γονίδια αυτά Ν - Τι κάνουν τα πρωτο-ογκογονίδια; C - Τι κάνουν τα ογκογονίδια; Ν: κωδικοποίηση πρωτεϊνών για τη μετάδοση μηνύματος για κυτ. διαίρεση C: συνεχής ενεργοποίηση κυτ. διαίρεσης χωρίς εξωτερικό ερέθισμα

14 Kaposi s sarcoma virus σάρκωμα Kaposi Ιοί & Καρκίνος: πώς μπορεί ένας ιός να επηρεάσει τον ξενιστή του; Ενσωμάτωση τμήματος ιού που φέρει ογκογονίδια στο κυτταρικό γένωμα και μετατροπή του σε καρκινικό (ενώ για μεγάλο διάστημα μπορεί να βρίσκεται ελεύθερο και ανενεργό στο κύτταρο) Ματατροπή πρωτο-ογκογονιδίων σε ογκογονίδια Αύξηση της μεταλλαξιγένεσης των κυττάρων-ξενιστών Μείωση της ανοσολογικής απόκρισης του οργανισμού για ανίχνευση και καταστροφή μετασχηματισμένων κυττάρων του Δεν είναι όλοι οι καρκίνοι σχετιζόμενοι με μολύνσεις από ιούς (μόνο ~15%)! Στα ζώα: σαρκώματα (καρκίνοι οστών, φλεβών, μυών) καρκίνοι του μαστού λευχαιμίες Στον άνθρωπο: Ηπατίτιδα Β καρκίνος του ήπατος Papillomavirus καρκίνος των γεννητικών οργάνων Epstein-Barr virus - καρκίνος του ρινοφάρυγγα Human T cell leucemia virus (HTLV-I) λευχαιμία Τ λεμφοκυττάρων

15 Σύνδρομο Επίκτητης Ανοσοποιητικής Ανεπάρκειας (AIDS) παρεμπόδιση της ομαλής λειτουργίας του ανοσοποιητικού συστήματος Πιθανώς πρωτοεμφανίστηκε στην Αφρική κατά τη δεκαετία του 50. >70 εκ. άνθρωποι έχουν προσβληθεί, >25εκ. άνθρωποι έχουν πεθάνει Ρετρο-ιός HIV (Human Immunodefficiency Virus), στο αίμα και το σπέρμα, όμοιος με τον HTLV-I που προκαλεί λευχαιμία στον άνθρωπο HIV1, HIV2, ο πρώτος ο πιο επικίνδυνος Καταστροφή ειδικών ομάδων λεμφοκυττάρων (Τ) και μακροφάγων του ανοσοποιητικού συστήματος Στη συνέχεια μολύνουν όποια κύτταρα διαθέτουν κατάλληλους υποδοχείς αναγνώρισης (CD4)

16 Η είσοδος του ιού στην κυκλοφορία του αίματος προκαλεί την ανάπτυξη αντισωμάτων. Ωστόσο ο ιός αμέσως «θωρακίζεται» εισβάλλοντας στα λεμφοκύτταρα. Ξεκινά από τα μακροφάγα και τελικά προσβάλλει Τ- λεμφοκύτταρα (γενικά όλα τα κύτταρα που περιέχουν CD4 υποδοχείς). + CCR5 συνυποδοχέας αναγνώριση από την πρωτεΐνη gp120 του επενδύτη Αδρανοποιημένη φάση ~ dsdna ενσωματωμένο στο κυτταρικό DNA - προϊός Ενεργοποιημένη φάση ~ ssrna ελεύθερο

17 Σύνδρομο Επίκτητης Ανοσοποιητικής Ανεπάρκειας (AIDS) - Θεραπεία Στόχος η ανακάλυψη ενός αποτελεσματικού εμβολίου, αλλά προβλήματα: 1. Καταστρέφει επιλεκτικά τα μόνα κύτταρα που μπορούν να τον καταστρέψουν (αντισώματα λεμφοκυττάρων) 2. Πολλά διαφορετικά στελέχη που δεν ανταποκρίνονται όμοια στα εμβόλια (αστάθεια) 3. Απρόβλεπτη συμπεριφορά στα κύτταρα ξενιστές (~λυσιγονία-λύση) 4. Άγνωστο ακόμα το πότε και το γιατί ενεργοποιείται από τη φάση του προϊού Συνδυαστική θεραπεία: AZT -αναστολείς μεταγραφάσης. Αποφυγή θανάτων στα ¾. Όχι εξαφάνιση, αλλά διατήρηση στο λεμφικό σύστημα. Θεραπεία απαραίτητη εφ όρου ζωής

18 AZT the full story Jared Leto and Matthew McConaughey in "Dallas Buyers Club."

19 Η χρήση ενός μόνο φαρμάκου (του AZT) ενάντια σε έναν ιό με τόσο υψηλή μεταλλαξιγένεση οδηγεί πολύ γρήγορα σε ανθεκτικά στελέχη και μη αποτελεσματική θεραπεία, λόγω έντονων παρενεργειών και μη αντιμετώπιση της εύκολης μετάδοσης. Κατά τα μέσα της δεκαετίας του 90 άρχισε να εφαρμόζεται το HAART (highly active antiretroviral therapy) ταυτόχρονη χρήση τριών αντι-ιικών φαρμάκων (πολύ χαμηλότερες πιθανότητες ταυτόχρονης ανάπτυξης ανθεκτικότητας και στα τρία) HAART effectively turned HIV/AIDS into a chronic, manageable disease rather than a death sentence. Σήμερα τα ποσοστά των ασθενών μειώνονται σταθερά. Ωστόσο τα ¾ αυτών καταγράφονται σε μόλις 15 χώρες! Στη Νιγηρία το 80% των ασθενών δεν έχουν πρόσβαση σε θεραπεία!

20 Ιώσεις φυτών και ζώων Μέγαλη εξειδίκευση στόχου: συγκεκριμένοι ιοί προσβάλλουν συγκεκριμένες ομάδες (ιστούς, είδη κλπ). Πιθανή εξήγηση: η υπάρξη ειδικών μορίων~υποδοχέων στα κύτταρα ξενιστές Διαδοχικές μεταβάσεις ενεργού και ανενεργού φάσης (π.χ. έρπης τύπου 1 & 2 στο στόμα και στα γεννητικά όργανα αντίστοιχα ενεργοποιείται από ψυχογενείς παράγοντες που προκαλούν στρες) Διάφοροι καρκινογόνοι παράγοντες μπορεί να ενεργοποιήσουν έναν ιό που βρίσκεται ανενεργός στο σώμα (π.χ. ηλιακή ακτινοβολία, χημικά, ακτινοβολία Χ) Τρόποι δράσης: 1. Προκαλούν λύση των κυττάρων 2. Απελευθερώνουν τα λυσοσωμικά ένζυμα του κυττάρου ξενιστή στο κυτταρόπλασμα 3. Παράγουν τοξίνες που εμποδίζουν τον κυτταρικό μεταβολισμό

21 Προβλήματα στην αντιμετώπιση των ιών Τα αντιβιοτικά δεν επιδρούν Ανακάλυψη πιθανών αποτελεσματικών φαρμάκων, καταστρεπτικά και για τα κύτταρα - ξενιστές Εμβόλια: ο μόνος κατάλληλος τρόπος (ιοί = τέλεια αντιγόνα). Στα εμβόλια χρησιμοποιούμε είτε μη παθογόνα στελέχη είτε τροποποιημένες μορφές του ίδιου του ιού Αλλά: Ταχύτατη μεταλλαξιγένεση στελεχών

22 Ιοειδή (ανακαλύφθηκαν το 1971 από τον Theodor Diener) Αρχική παρατήρηση: απομονωμένο ιικό γενετικό υλικό χωρίς πρωτεϊνική κάψα μπορούσε να προκαλέσει μόλυνση στο εργαστήριο Αναζήτησή τους στη φύση και τελικά η ανακάλυψή τους το 1971

23 Βασικά χαρακτηριστικά ιοειδών Κυκλικά μονόκλωνα μόρια RNA, αποτελούμενα από μερικές εκατοντάδες νουκλεοτίδια, αλλά όχι από πρωτεϊνική κάψα 1/1000 του μεγέθους του μικρότερου ιού! Μόνο σε φυτά μεγάλη ποικιλία ασθενειών Σφιχτές περιελίξεις των αλυσίδων RNA ώστε να μη γίνεται δυνατή η αποικοδόμησή τους από τα κύτταρα ξενιστές Αναδιπλασιαμός με τη βοήθεια ενζυμικών συστημάτων του φυτού-ξενιστή (πολυμεράσης) Δεν είναι γνωστός ο τρόπος δράσης τους, ούτε αν κωδικοποιούν τη μεταγραφή πρωτεϊνών και ποιων Προκαλούν βλάβες στο ρυθμιστικό σύστημα της αύξησης των φυτών με αποτέλεσμα τη μη φυσιολογική τους ανάπτυξη Μεταφορά τους διακυτταρικά ή μέσω εντόμων ή φυσικής επαφής με άλλα φυτά. Ικανά να καταστρέψουν ολόκληρες καλλιέργειες Πιθανόν εξελίχθηκαν από εσόνια, λόγω ομολογιών που υπάρχουν μεταξύ του γονιδιώματός τους και εσονίων (μη μεταγραφικών τμημάτων του DNA) των φυτών- ξενιστών

24 Prions Stanley Prusiner 1977 [Πρωτεϊνικός μολυσματικός παράγοντας] Βραβείο Nobel Σπογγώδεις εγκεφαλοπάθειες ( τρελές αγελάδες στα βοοειδή, Creutzfeldt-Jacob στον άνθρωπο), πάθηση στην οποία ο εγκέφαλος αλλοιώνεται και δείχνει σαν να έχει τρύπες (σπόγγος) Μετάδοση μεταξύ βοοειδών ή από τα βοοειδή στον άνθρωπο μέσω τροφής (μυαλά ή παράγωγά τους) Η παρατήρηση συσχετίστηκε με την ασθένεια kuru, μία μορφή σπογγώδους εγκεφαλοπάθειας που πάθαιναν ιθαγενείς της Νέας Γουινέας οι οποίοι έτρωγαν τα μυαλά ανθρώπων που είχαν πεθάνει από την ασθένεια αυτή. Η επιδημία σταμάτησε όταν σταμάτησε και η συνήθεια του κανιβαλισμού. Πειράματα με ομογενοποιημένους ιστούς από άρρωστους εγκεφάλους, στα οποία έγινε αντιληπτό ότι ακόμα και μετά από εκτεταμένη έκθεση σε υπεριώδη ακτινοβολία -που καταστρέφει κάθε ίχνος νουκλ. οξέος- η ασθένεια μπορούσε να μεταδοθεί. Μολυσματικοί παράγοντες πρωτεϊνικής δομής

25 Φυσιολογικά στις μεμβράνες των εγκεφαλικών κυττάρων υπάρχουν οι πρωτεΐνες PRP c. Οι PRP SC είναι πρωτεΐνες με ανώμαλη διαμόρφωση που είναι αδιάλυτες, συσσωματώνονται σαν ίνες, και οδηγούν στον κυτταρικό θάνατο Μεταδιδόμενες σε κάποιον ξενιστή, του προκαλούν ανάπτυξη πρωτεϊνών με εξίσου ανώμαλη διαμόρφωση (ένα σάπιο μήλο σε μια σακούλα κάνει και τα υπόλοιπα της σακούλας να σαπίσουν!)