Prionový protein, jeho úloha v buněčné proliferaci, diferenciaci a vývoji nervové soustavy

Overview

Buněčný prionový protein (PrP^C) je známý především jako prekurzor patologické konformační izoformy prionového proteinu PrP^TSE, jejíž hromadění v mozku je spojeno s patogenezí prionových onemocnění. Výsledky četných studií naznačují, že PrP^C má také řadu fyziologických funkcí a účastní se mnoha buněčných procesů; přesvědčivé důkazy nicméně stále chybí. Popsána byla možná úloha PrP^C v regulaci apoptózy, ochraně proti oxidačnímu stresu, buněčné adhezi nebo procesech učení a paměti. PrP^C zřejmě významně ovlivňuje také diferenciaci a proliferační aktivitu buněk. Během embryonálního vývoje má hladina exprese PrP^C vliv na transkripci genů, které se podílejí na regulaci pluripotence kmenových buněk v raných fázích diferenciace. Důležitou roli hraje PrP^C v nervové soustavě, kde se uplatňuje ve vývoji a zrání neuronů a při formování neuronálních obvodů. V neposlední řadě se PrP^C zřejmě může podílet i na diferenciaci a proliferaci tkáňově specifických kmenových buněk, jako jsou neuronální, myogenní nebo hematopoietické prekurzory.

Klíčová slova:
priony – prionový protein – PrP^C – buněčná diferenciace – buněčná proliferace – embryonální kmenové buňky – neurony – neurogeneze

Úvod –  priony a prionová onemocnění

Buněčný prionový protein (PrP^C) je glykoprotein lokalizovaný na povrchu téměř všech buněk v organizmu, vysoce konzervovaný mezi obratlovci [1]. Přeměna normálního prionového proteinu PrP^C s převážně α‑ helikální strukturou na proteolyticky rezistentní izoformu (PrP^TSE) bohatou na β‑listy je těsně spojena s patogenezí prionových onemocnění [2]. Prionová infekce se zásadně liší od onemocnění způsobených viry, viroidy či bakteriemi, pro které je esenciálním zdrojem dědičných informací nukleová kyselina. V případě prionových chorob kódování patogenního PrP nukleovou kyselinou chybí a infekční agens je tvořeno patologickým PrP^TSE, který má stejnou primární strukturu jako normální PrP^C a liší se od něj pouze tvarem molekuly [3]. S tím se pojí neschopnost imunitního systému rozeznat priony jako cizí, a při onemocnění tak nedochází k rozvinutí systémové imunitní odpovědi. Orgány imunitního systému naopak slouží jako místo prvotního pomnožení prionů po jejich vstupu do organizmu.

Prionové choroby, nazývané také transmisivní spongiformní encefalopatie (TSE), jsou fatální neurodegenerativní onemocnění postihující řadu savců včetně člověka. Pro tato onemocnění, jejichž hlavními klinickými příznaky jsou poruchy kognitivních a pohybových funkcí, není známa žádná účinná léčba [4]. Mezi příklady TSE patří např. bovinní spongiformní encefalopatie skotu (BSE), klusavka („scrapie“) ovcí nebo lidská onemocnění kuru a Creutzfeldt‑ Jakobova choroba (Creutzfeldt‑ Jakob Disease; CJD) [5,6]. Dosud bylo zaznamenáno okolo 220 případů tzv. variantní CJD (vCJD), jejíž vznik je spojován s přenosem BSE na člověka prostřednictvím konzumace potravin kontaminovaných priony pocházející z nakaženého skotu [7]. Lidská prionová onemocnění však nejčastěji vznikají sporadicky, tj. bez známé příčiny (~85 %); část případů (~15 %) tvoří onemocnění genetická, podmíněná mutacemi genu pro prionový protein (familiární/ genetická CJD, Gerstmann‑Sträussler‑ Scheinkerův syndrom nebo fatální familiární insomnie) [8,9]. Všechny lidské prionové choroby včetně genetických forem byly experimentálně přeneseny na laboratorní zvířata, u CJD byl navíc prokázán iatrogenní přenos prostřednictvím kontaminovaných chirurgických nástrojů a bio­logického materiálu [10,11]. Prionová onemocnění se vyskytují s incidencí 1– 2 případy na milion obyvatel ročně, nicméně průzkumy ukazují, že řada případů může dnešní diagnostice unikat, a existuje tak riziko podhodnocení počtu postižených jedinců [8,12]. V České republice byl mezi lety 2002– 2012 zaznamenán výskyt 138 případů lidských prionových chorob [13].

Prionová onemocnění se vyznačují dlouhou inkubační dobou. Po nástupu příznaků dochází k rychlé progresi choroby vedoucí ke smrti postiženého jedince v rozpětí několika měsíců až dvou let [14]. Mezi hlavní příznaky patří rychlý rozvoj demence, změny chování, poruchy motoriky, ataxie, myoklonus, postižení zraku a řeči [14]. Periferní infekce TSE vede k primární akumulaci PrP^TSE v lymfatické tkáni, kde se protein hromadí především ve folikulárních dendritických buňkách, případně v makrofázích [15]. Přenos prionů do centrální nervové soustavy (CNS) poté probíhá parasympatickými a sympatickými nervovými vlákny [16].

Typickými neuropatologickými znaky prionových onemocnění jsou hromadění PrP^TSE v mozkové tkáni ve formě amyloidu, astroglióza, degenerace neuronů a spongiformní změny v mozku [17]. Svým charakterem jsou prionové choroby podobné dalším neurodegenerativním onemocněním, jako je Alzheimerova nebo Parkinsonova nemoc, které se v populaci vyskytují daleko častěji a pro něž je také charakteristická akumulace konformačně pozměněných proteinů ve formě amyloidových depozit v mozku postižených jedinců. Při Parkinsonově chorobě dochází k akumulaci α‑ synukleinu v Lewyho tělíscích, u Azheimerovy choroby jsou plaky tvořeny proteinem amyloidem β (Aβ) [18,19]. Zásadní rozdíl mezi těmito onemocněními a prionovými chorobami je jejich přenositelnost; zatímco PrP^TSE vytváří infekční partikule schopné infikovat jiné jedince a možný je i přenos mezidruhově, epidemiologické studie zatím nenaznačují, že by se např. Alzheimerova choroba mohla v lidské populaci šířit infekcí [20]. Bylo však ukázáno, že experimentální přenos Alzheimerovy nemoci na geneticky modifikovaná laboratorní zvířata prostřednictvím mozkového homogenátu pa­cienta možný je a infekční částice se v tomto případě skládá z proteinu Aβ [18]. Klasifikace neurodegenerativních proteinopatií, často také označovaných jako tzv. konformační choroby, je v současnosti široce diskutována. Přítomnost patologicky sbalených proteinů schopných šířit se v rámci organizmu, společná jak prionovým, tak dalším neurodegenerativním proteinopatiím, je na jedné straně vnímána jako definující vlastnost pro tuto skupinu onemocnění; Alzheimerova nebo Parkinsonova nemoc by tedy také mohly být považovány za „prionové“ [21]. Na straně druhé nedostatek dat podporujících hypotézu, že by i další proteiny mohly tak jako PrP hrát za přirozených podmínek roli infekčních agens, vede k nutnosti rozlišení mezi dalšími neurodegenerativními proteinopatiemi a prionovými chorobami jako takovými [22]. Hlubší porozumění této problematice je nutné nejen pro objasnění vztahu mezi oběma skupinami chorob, ale také pro nalezení jejich efektivní terapie.

Studie zaměřené na odhalení fyziologické úlohy PrP^C naznačily, že protein se v organizmu účastní řady procesů; ucelená představa o jeho roli je však stále nejasná [23]. Cílem tohoto přehledného článku je poskytnout stručné shrnutí informací o možných fyziologických úlohách PrP^C se zvláštním zaměřením na jeho roli v procesech buněčné diferenciace a proliferace.

Prionový protein a jeho struktura

PrP^C, buněčná varianta prionového proteinu, je glykoprotein o velikosti 30– 35 kDa asociovaný s membránou buněk prostřednictvím glykosylfosfatidylinositolové (GPI) kotvy. U lidí je PrP^C kódován genem PRNP, který se nachází na krátkém raménku 20. chromozomu (20q13). PRNP kóduje prekurzorový protein o velikosti 253 aminokyselinových (AK) zbytků. Při posttranslačních modifikacích PrP^C dochází k odštěpení 22 AK z N‑ konce proteinu a po připojení GPI kotvy v endoplazmatickém retikulu také prvních 23 C‑ koncových AK; maturovaný protein má tedy 208 AK [24].

Sekundární strukturu PrP^C tvoří několik domén (obr. 1). Neuspořádaná N‑terminální doména obsahuje sérii pěti oktarepetic bohatých na histidin, jež mohou sloužit jako vazebné místo pro dvojmocné kationty (Cu²⁺, Zn²⁺, Ni²⁺, Mn²⁺) [25]. Centrální část prionového proteinu je tvořena oblastí s nabitými aminokyselinami následovanou hydrofóbní, zdánlivě transmembránovou oblastí, která za normálních podmínek není využita [26]. C‑terminální doména PrP^C je organizována do tří α‑ šroubovic (aminokyselinové zbytky 144– 154, 173– 194 a 200– 228 u lidského PrP^C) a jednoho antiparalelního β‑ skládaného listu (β‑ řetězce tvořené AK zbytky 128– 131 a 161– 164) [27]; mezi aminokyselinami Cys₁₇₉ a Cys₂₁₄ se nachází disulfidový můstek [28]. Tato doména obsahuje dvě N‑ glykosylační místa (Asp₁₈₁ a Asp₁₉₇); PrP^C se tak v buňce může nacházet v různých formách –  neglykosylovaný, mono‑  či diglykosylovaný [24].

Dosud bylo popsáno více než 30 různých bodových mutací genu PRNP spojených s výskytem genetických forem prionových onemocnění. Nejčastěji se jedná o substituční mutace vedoucí k záměně kódované aminokyseliny v C‑terminální doméně PrP^C mezi AK 178 a 217. Časté jsou u těchto nemocí také případy několikanásobného zmnožení či delece oktapeptidů v sérii oktarepetic [29]. Celosvětově nejběžnější mutace je aminokyselinová záměna E200K, která je spojena s genetickou formou CJD a dosahuje neobvykle vysokého výskytu na Slovensku, kde tvoří více než 65 % všech zaznamenaných případů CJD [30].

Většina molekul PrP^C je lokalizována na membráně v lipidových raftech a kontinuálně podstupuje cirkulaci mezi povrchem buňky a endozomy prostřednictvím endocytózy [31]. Kromě maturované formy proteinu se v buňce mohou nacházet i jeho zkrácené varianty N1 (AK zbytky 23– 110), C1 (AK zbytky 111– 253) a také varianta postrádající GPI kotvu, PrP(∆GPI). Fragment C1 je stejně jako PrP^C vázaný na membránu GPI kotvou a výsledky studií naznačují, že se jedná o produkt metabolizmu PrP^C na membráně; sekretované fragmenty N1 a PrP(DGPI) jsou pak produkty štěpení PrP^C. Fyziologická varianta PrP bez GPI kotvy zřejmě může vznikat i alternativním sestřihem transkriptu PRNP genu [32]. Úloha těchto fragmentů v organizmu není doposud plně objasněna. Fragment N1 může působit neuroprotektivně, fragment C1 je považován za inhibitor prionové infekce; zároveň však bylo ukázáno, že za určitých podmínek může C1 zvyšovat citlivost buněk k apoptotickým stimulům [33].

Normální prionový protein PrP^C se při prionových onemocněních mění na patologickou variantu PrP^TSE. Obě izoformy mají shodnou primární sekvenci aminokyselin, rozdíl je v jejich sekundární struktuře [34]. Konformační změny N‑ konce a centrální části molekuly PrP^C vedou k vytvoření struktury PrP^TSE bohaté na β‑listy, což ji činí částečně odolnou vůči proteolýze a umožňuje její ukládání ve tkáních; C‑ konec zůstává většinou nezměněn [35,36]. Tato přeměna probíhá jako posttranslační děj, který se odehrává na povrchu membrán nebo v endomembránovém systému. Strukturu patologické varianty PrP^TSE zřejmě ovlivňuje také poměr zastoupení jednotlivých glykoforem prionového proteinu ve vznikající infekční částici. Glykosylace je tedy jedním z faktorů, který může přispět k vysvětlení existence prionových onemocnění s různými fenotypy v rámci jednoho živočišného druhu [37]. Zatímco PrP^C lze plně rozštěpit působením proteinázy K, patologická varianta proteinu je vůči štěpení odolná a dochází k odštěpení pouze N‑ koncové části proteinu [38]. Této vlastnosti PrP^TSE se využívá při dia­gnostice prionových chorob: detekce neštěpitelného zbytku PrP^TSE o velikosti 27– 30 kDa (PrPres) pomocí specifických protilátek metodami imunohistochemie či Western blotu slouží jako nástroj pro potvrzení prionové infekce [39,40]. PrP^TSE je odolný vůči běžně používaným metodám sterilizace (autoklávování při teplotě 121 °C, působení UV či ionizujícího záření); pro inaktivaci infekčního materiálu je tedy třeba používat účinnějších postupů, zahrnujících např. inaktivaci prionů pomocí 1 M NaOH nebo 2% chlornanu sodného [41].

Fyziologická úloha buněčného prionového proteinu

Buněčný prionový protein, jehož exprese začíná již v rané embryogenezi, je přítomen na povrchu řady buněk v organizmu [42]. Nejhojnější je jeho zastoupení v nervové soustavě; zde se vyskytuje především v neuronech, v nižší míře pak v gliových buňkách. Jeho výskyt v CNS však není homogenní; jak její jednotlivé oblasti, tak i funkční typy buněk se v expresi PrP^C liší [1]. Přítomnost prionového proteinu byla identifikována i v buňkách dalších tkání, jež zahrnují periferní nervy, lymforetikulární systém, gastrointestinální trakt, varlata, ledviny či svaly [43]. PrP^C je v různé míře exprimován také v krevních buňkách a buňkách imunitního systému [44,45].

Prionový protein je lokalizován na povrchu buněk především v oblastech s vysokou koncentrací signálních molekul, tzv. lipidových raftech, což naznačuje jeho možnou úlohu jako receptoru v procesu signální transdukce [46]. Vzhledem k tomu, že PrP^C nemá intracelulární doménu a nemůže tedy aktivovat signální kaskády uvnitř buňky přímo, bylo věnováno velké úsilí identifikaci jak jeho potenciálních ligandů, tak molekul, které by mohly působit jako přenašeč signálu od PrP^C směrem do nitra buňky. Bylo zjištěno, že PrP^C vykazuje afinitu k celé řadě buněčných proteinů; fyziologický význam vazeb však zůstává většinou neznámý [1,47]. Nedávné studie odhalily schopnost PrP^C působit jako specifický receptor pro oligomery amyloidu β (Aβ), který zároveň neváže monomery ani fibrily tohoto proteinu. Prionový protein se tak zřejmě může podílet na synaptické toxicitě zprostředkované Aβ oligomery, jež přispívá k rozvoji a progresi Alzheimerovy choroby [48].

Fyziologická funkce buněčného prionového proteinu nebyla dosud dostatečně objasněna. Uvažuje se o jeho úloze v řadě dějů zahrnujících například neuroprotekci, regulaci apoptózy, ochranu před oxidačním stresem, utváření a funkci synapsí, proces učení a paměti, ovlivnění cirkadiálních rytmů, metabolizmus mědi, buněčnou proliferaci a diferenciaci a další procesy [49].

Jednou z popsaných rolí prionového proteinu je jeho funkce jako antiapoptotického regulátoru. Bylo ukázáno, že míra exprese PrP^C ovlivňuje citlivost neuronů vůči apoptóze spuštěné proteinem Bax [50]. Interakce PrP^C s proteinem STI1 v retinálních neuronech zřejmě také indukuje neuroprotektivní signály [51]. Několik studií naznačilo, že PrP^C se podílí na ochraně buněk před oxidačním poškozením; tato funkce je často spojována se schopností prionového proteinu vázat měďnaté ionty. V souladu s tím byla kultura neuronů postrádající PrP^C náchylnější vůči působení volných iontů mědi indukujících vznik reaktivních forem kyslíku [52]; PrP‑ deficientní buňky jsou citlivější vůči oxidačnímu stresu obecně a vykazují sníženou aktivitu superoxid dismutázy, která je důležitým buněčným antioxidantem [53]. Prionový protein byl spojován i s metabolizmem mědi, nicméně výsledky studií ukazují, že PrP^C zřejmě nepatří mezi klíčové molekuly, jež se na regulaci tohoto děje podílejí [23]. Zásadní úlohu má zřejmě prionový protein v hipokampu, kde jeho interakce s lamininem ovlivňuje neurální plasticitu důležitou pro utváření krátkodobé paměti a prostorovou orientaci [54,55].

Pro studium fyziologické funkce proteinů jsou kromě tkáňových kultur [56] s výhodou využívány transgenní myši s vyřazeným genem, jenž danou bílkovinu kóduje. Také v případě prionového proteinu bylo připraveno několik kmenů myší, které jsou pro tento protein deficientní [57]. Nejvýznamnějším fenotypovým projevem u těchto myší je jejich rezistence k prionové infekci, což je v souladu s prionovou hypotézou –  nepřítomnost molekul PrP^C ve tkáních, jež by mohly sloužit jako substrát pro generaci patologického PrP^TSE, chrání myši před nákazou priony [58]. S výjimkou této vlastnosti však myši nevykazují jiné závažné fenotypové změny, jako jsou vývojové a anatomické abnormality, snížená fertilita nebo délka života [59]. To naznačuje, že funkce PrP^C je za normálních podmínek zřejmě kompenzována prostřednictvím exprese jiných proteinů.

Prionový protein v embryogenezi a jeho úloha v embryonálních kmenových buňkách

Expresi buněčného prionového proteinu je možné detekovat již v raných stadiích embryogeneze. Studium embryonálního vývoje myší ukázalo, že PrP^C se začíná vysoce exprimovat u embryí starých 7,5– 8,5 dne, a to především v postmitotických neuronálních buňkách ventrikulární zóny, jež prošly diferenciací [60]. V dalších dnech embryonálního vývoje se exprese neurálního PrP^C rozšiřuje a ode dne 13,5 lze expresi detekovat také v jiných vyvíjejících se částech embrya, jako je např. střevo, ledviny, či dentální lamina, a v maternálních buňkách placenty, amnionu a mezodermální vrstvě žloutkového obalu [42,61]. Studium časného embryonálního vývoje skotu ve dnech 27– 39 ukázalo, že stejně jako u myší i zde je vysoká exprese PrP^C v diferencovaných neuronálních buňkách, nacházejících se v marginální vrstvě neuroepitelia. Naproti tomu v periventrikulární zóně, kde se nacházejí mitoticky aktivní progenitorové buňky, exprese PrP^C chybí [62]. To naznačuje, že prionový protein by mohl hrát úlohu v procesu neurální diferenciace.

Tato hypotéza byla podpořena výsledky experimentů s myšími embryonálními kmenovými buňkami (mESC). Ty ukázaly, že exprese PrP^C v mESC negativně koreluje s hladinou transkripčního faktoru Oct4 udržujícího pluripotenci buněk [63]. Zatímco množství Oct4 s postupnou diferenciací buněk klesá, produkce PrP^C se s rostoucí mírou diferenciace zvyšuje. PrP^C také ovlivňuje transkripci genu Nanog, jež se rovněž podílí na udržení pluripotentního stavu mESC v raných fázích diferenciace [64]. Úloha prionového proteinu byla popsána i v lidských embryonálních kmenových buňkách (hESC). V nediferencovaných hESC není PrP^C detekován a jeho množství se zvyšuje až při spontánní diferenciaci buněk [65]. Také ektopická exprese PrP^C indukuje u pluripotentních hESC diferenciaci [66].

Prionový protein se zřejmě může podílet na regulaci diferenciace nejen pluripotentních buněk, ale i dalších buněk. Snížení exprese PrP^C prostřednictvím siRNA vede ke zpoždění vývoje nestin‑pozitivních neurálních progenitorů [63]. Umlčení exprese PrP^C prostřednictvím siRNA, vyvolané u hESC s již probíhající spontánní diferenciací, vedlo u těchto buněk ke změnám dynamiky buněčného cyklu a také rovnováhy mezi vývojem jednotlivých zárodečných linií. Diferenciace směrem k ektodermální linii, jež dává vznik i neuroektodermu, byla v tomto případě potlačena [66]. Zajímavé výsledky přinesl experiment s využitím rekombinantního prionového proteinu (rPrP). Přidání rPrP ke kultuře hESC vedlo ke zpomalení diferenciace a buňky byly schopné udržet si svou růstovou morfologii a proliferační aktivitu [65]. Zatím není jasné, jaký je mechanizmus tohoto jevu. Bylo však ukázáno, že over­exprese PrP^C v již diferencujících hESC vede k inhibici diferenciace a pomáhá buňkám udržovat si vysokou proliferační aktivitu, jednu ze základních charakteristik nediferencovaných kmenových buněk [66]. Úloha prionového proteinu v embryonálním vývoji je tedy zřejmě velmi komplexní a PrP^C představuje důležitou regulační molekulu, jež se účastní řady probíhajících dějů.

Funkce prionového proteinu ve vývoji nervové soustavy

Během embryonálního vývoje nervové soustavy je fyziologická forma PrP^C silně exprimována především v CNS a v menším množství také v periferních tkáních [42]. Imunohistochemická detekce odhalila přítomnost PrP^C v lidském předním mozku počínaje 11. týdnem embryonálního vývoje [67]. Po jeho ukončení zůstává PrP^C výrazně exprimován především v neuronech, zatímco v gliových buňkách (mikroglie, astrocyty a oligodendrocyty) je jeho množství výrazně nižší [67,68]. To naznačuje, že regulace hladiny exprese PrP^C by mohl být jeden z faktorů ovlivňujících specifickou diferenciaci a finální fenotyp neurálních kmenových buněk, z nichž neurony a gliové buňky vznikají [69,70]. Tato hypotéza byla podpořena studiem PrP‑ deficientních myší, jejichž neurální prekurzorové buňky dozrávaly pomaleji než v případě buněk myší exprimujících PrP^C. Overexprese PrP^C naopak vedla ke zvýšené proliferaci neurálních prekurzorů [68].

V dospělém mozku byla úloha PrP^C studována v neurogenních oblastech –  gyru dentatu hipokampu a subventrikulární zóně umístěné v laterálních stěnách postranních komor, kde dochází k produkci nových buněk ze stávajících prekurzorů i v dospělosti [71– 73]. Tyto nestin‑pozitivní prekurzory jsou schopné dozrávat do neuronů, astrocytů a oligodendrocytů [74]. Během diferenciace neuronů z nestin‑pozitivních prekurzorů dochází k postupnému zvyšování exprese PrP^C, která je maximální u postmitotických neuronů [68]. Podobný nárůst exprese PrP^C jsme zaznamenali i in vitro po indukci diferenciace myší neuronální nádorové linie (obr. 2). Hladina buněčného prionového proteinu ovlivňuje rychlost samotného zrání neuronů a uplatňuje se ve vývoji a zrání axonů, dendritů, synapsí a formování neuronálních obvodů [68,75]. Vysoká hladina PrP^C na povrchu synapsí je udržována také v dospělosti a prionový protein se zřejmě podílí na celé řadě dějů, jež správnou funkci sy­napsí zajišťují a kontrolují [1,67]. Uvažuje se také o úloze buněčného prionového proteinu v proliferaci a diferenciaci oligodendrocytů a při maturaci astrocytů. Bylo ukázáno, že tyto děje mohou být u myší ovlivněny prostřednictvím vyřazení či naopak zvýšení exprese PrP^C [76,77].

K ovlivnění neurogeneze dochází i v průběhu prionových onemocnění. Patologická izoforma prionového proteinu PrP^TSE se v myších mozcích hojně vyskytuje i v neurogenních nikách. U kmenových buněk dospělého mozku PrP^TSE působí narušení neuronální diferenciace a snížení počtu nezralých a dospělých neuronů ve srovnání s buňkami mozku neovlivněného PrP^TSE [73]. Dochází také k narušení exprese synaptických proteinů, které jsou nezbytné pro správné fungování chemických i elektrických synapsí [78,79]. Dosavadní studie tedy ukazují, že fyziologická i patologická varianta PrP se významnou mírou podílejí na vývojových procesech probíhajících v nervové soustavě.

Vliv prionového proteinu na diferenciaci a proliferaci tkáňově specifických kmenových buněk

Buněčný prionový protein je v organizmu exprimován v celé řadě tkání; studována je tedy i jeho úloha v diferenciaci a proliferaci buněk, jež nejsou neurálního původu. Výrazné zvýšení exprese PrP^C provází diferenciaci mESC směrem ke kardiomyocytům [80] a PrP^C může sloužit jako specifický povrchový marker kardiomyogenních prekurzorů [81]. Mechanizmus regenerace určitých tkání po poškození vykazuje podobnost s procesem jejich morfogeneze; tak je tomu i v případě svalové tkáně. V průběhu myogeneze dochází ke změnám hladiny exprese PrP^C, což ukazuje na jeho možnou úlohu v tomto ději [82]. Při studiu poškození svalové tkáně s využitím PrP‑ deficientních myší pak bylo zjištěno, že nepřítomnost PrP^C je spojena s prodloužením doby hojení svalu; ovlivněna je v tomto případě proliferační a diferenciační aktivita myogenních prekurzorových buněk [83].

Expresi PrP^C lze detekovat v různých typech krevních buněk a jejich prekurzorů. Zajímavá zjištění přinesly experimenty porovnávající expresi PrP^C v krvi různých druhů organizmů. Prostřednictvím průtokové cytometrie bylo zjištěno, že hladina exprese buněčného prionového proteinu v bílých a červených krvinkách i krevních destičkách se výrazně liší napříč spektrem používaných modelových organizmů (myš, křeček, různé druhy opic) a ani jeden z těchto druhů nekopíruje expresní profil PrP^C v lidské krvi [84,85]. To s sebou přináší nutnost obezřetnosti při interpretaci a zobecňování výsledků, získaných zejména z experimentů prováděných na laboratorních hlodavcích [86].

Vysoká množství buněčného prionového proteinu exprimují i hematopoietické kmenové buňky (Hematopoietic Stem Cells; HSC) [87]. Během diferenciace těchto buněk dochází k rozrůznění množství PrP^C v jednotlivých typech prekurzorových buněk. Studium lidských krevních elementů ukázalo, že v průběhu vývoje granulocytů dochází ke snižování exprese prionového proteinu, zatímco u monocytů a lymfocytů je exprese PrP^C zachována [88]. Také myší lymfoidní prekurzory exprimují buněčný prionový protein; na rozdíl od lidských buněk však maturované lymfocyty expresi PrP^C ztrácejí [87]. Podobných výsledků bylo dosaženo i v případě studia myší erytropoezy. Časná fáze diferenciace myších erytroidních prekurzorů je spojena se zvýšením exprese PrP^C, jehož hladina pak s postupnou maturací klesá [89]. V lidských červených krvinkách lze buněčný prionový protein detekovat i po dokončení jejich vývoje [90].

Výsledky studií zahrnujících PrP‑ deficientní myši naznačují, že absence PrP^C v myších tkáních nevyvolává závažné defekty v hematopoeze. Jinak tomu však je při vystavení buněk stresovým podmínkám. HSC neexprimující buněčný prionový protein nejsou při sériových transplantacích schopné zrekonstruovat kostní dřeň PrP‑ deficientních myší po ozáření a tento stav je pro myši letální [91]. Prionový protein se tedy zřejmě nepodílí jen na diferenciačních procesech, ale u HSC hraje také důležitou roli v udržení dlouhodobé schopnosti sebeobnovy buněk.

Závěr

Buněčný prionový protein (PrP^C) se kromě své nezaměnitelné úlohy v patogenezi prionových onemocnění zřejmě také podílí na modulaci řady dalších, fyziologických dějů. Poznatky posledních let poukazují na roli PrP^C v procesech proliferace a diferenciace neurálních buněk. Exprese PrP^C začíná již v časných fázích embryogeneze savců. Zatímco progenitorové buňky vyvíjejícího se embrya expresi PrP^C postrádají, již diferencované neurální buňky vykazují vysokou hladinu PrP^C, což ukazuje na spojení prionového proteinu s regulací neurální diferenciace. Množství exprimovaného PrP^C se mění i při produkci nových buněk v dospělosti. Maturace nestin‑pozitivních neurálních kmenových buněk při vývoji neuronů je spojena s postupným zvyšováním exprese PrP^C a zralé neurony exprimují vysoké hladiny prionového proteinu. Uvažuje se o úloze PrP^C při utváření neurálních obvodů a v neurální komunikaci. U maturovaných gliových buněk je naproti tomu exprese PrP^C minimální. Modulace hladiny exprese PrP^C tak zřejmě představuje jeden z klíčových faktorů, které rozhodují o osudu buňky. Detailní porozumění těmto mechanizmům by mohlo přispět k pochopení patogeneze prionových chorob a vést k navržení nových terapeutických strategií pro neurodegenerativní onemocnění.

Grantová agentura České republiky – projekt č. P303/12/1791. Grantová agentura Univerzity Karlovy v Praze – projekt č. 1200213.

Autoři deklarují, že v souvislosti s předmětem studie nemají žádné komerční zájmy.

Redakční rada potvrzuje, že rukopis práce splnil ICMJE kritéria pro publikace zasílané do biomedicínských časopisů.

Přijato k recenzi: 18. 2. 2015

Přijato do tisku: 4. 6. 2015

doc. Ing. Karel Holada, Ph.D.

Ústav imunologie a mikrobiologie

1. LF UK v Praze

Studničkova 7

128 00 Praha 2

e-mail: karel.holada@lf1.cuni.cz