SSO om prioner og prionsygdomme i Biologi B

Side 1

xxx SSO: Biologi B xxx

Århus Akademi Prionsygdomme

1

Indholdsfortegnelse

1. Abstract ................................................................................................................................ 3

2. Indledning ............................................................................................................................ 3

3. Prioner .................................................................................................................................. 4

3.1 Hvad er prioner? .............................................................................................. 4

3.2 Hvordan opstod idéen om prionerne? ......................................................... 4 - 5

3.3 Genetikken .................................................................................................. 5 - 6

3.4 PrP og PrP^{sc}..................................................................................................... 7

C

3.5 Prionernes funktion ......................................................................................... 7

3.6 Opbygningens betydning .................................................................................. 7

3.7 α-helix og β-sheet ....................................................................................... 7 - 8

3.8 Når smitten breder sig ................................................................................. 8 - 9

4. Prionsygdomme ................................................................................................................... 9

4.1 Scrapie ...................................................................................................... 9 - 10

4.2 Creutzfeldt-Jakob sygdom ....................................................................... 10 - 11

4.3 Variant Creutzfeldt-Jakob sygdom ........................................................... 11 - 12

4.4 Bovin Spongiform Encefalopati ...................................................................... 12

4.5 Hvilke ligheder og forskelle er der mellem sygdommene? ....................... 12 - 14

5. Diagnosticering af variant Creutzfeldt-Jakob sygdom ..................................................... 14

5.1 Western Blotting ............................................................................................ 14

Side 2

xxx SSO: Biologi B xxx

Århus Akademi Prionsygdomme

2

6. Behandling .......................................................................................................................... 15

6.1 Hvilke muligheder er der for eventuelle behandlinger i fremtiden? ................ 15

7. Er det sandsynligt at variant Creutzfeldt-Jakob sygdom stammer fra dyr? ................... 16

7.1 Kan arts-barrieren krydses? ............................................................................ 16

7.2 Kogalskaben opstår ........................................................................................ 16

7.3 Hvor sandsynligt er det at BSE er forsaget af scrapie? .............................. 16 - 17

7.4 Hvor sandsynligt er det at vCJD stammer fra BSE? .......................................... 17

7.5 Skepsis omkring prionsygdommene ........................................................ 17 - 18

8. Konklusion .......................................................................................................................... 18

9. Litteraturliste ............................................................................................................... 19 - 20

Side 3

xxx SSO: Biologi B xxx

Århus Akademi Prionsygdomme

3

Abstract

This paper sheds light on the subject of prion proteins and some of the diseases caused by these.

We all have prions in our body and most of the time they are harmless but, when they occur in their misfolded shape they can cause serious damage. If you are unlucky enough to get a prion disease, death is certain. This study explains the characteristics of prions and why they can be so dangerous in their misfolded shape. The diseases that are the main focus in this paper are Creutzfeldt-Jakob disease and Creutzfeldt-Jakob Variant which occurs in humans, Scrapie - which is the disease found in sheep and Mad Cow Disease. It explores the nature of the different diseases - how they act, which kind of damage they do and what treatments there are to slow down the process of the diseases. A special thing about prion diseases is the various ways one can get them.

A main point of this study is to investigate how the diseases interlink between different species. All prion diseases can be transmitted through infectious material, some can occur spontaneously, but some can also be inherited from parent to child. This paper basically breaks down the anatomy of the diseases and the connections between them.

Indledning

Jeg har valgt at skrive om prionsygdomme, som er en lille håndfuld sjældne neurodegenerative sygdomme, der menes at være forsaget af misfoldede proteiner. Disse sygdomme findes både i mennesker og dyr, og er ekstremt smitsomme mellem de samme arter. Jeg vil ikke gå i dybden med alle sygdommene, men har udvalgt nogle få som mit hovedfokus. De sygdomme jeg vil gå i dybden med er: Scrapie, Creutzfeldt-Jakob sygdom (CJD), variant Creutzfeldt-Jakob sygdom (vCJD) og kogalskab (bovin spongiform encefalopati eller BSE).

I denne opgave vil jeg gøre rede for, hvad variant Creutzfeldt-Jakob sygdom er. Jeg vil forklare, hvilke ligheder og forskelle der er mellem Scrapie, CJD og vCJD. Oven i dette vil jeg diskutere, hvorvidt det er sandsynligt at vCJD stammer fra dyr - her vil jeg blandt andet inddrage kogalskaben.

Udover dette så kommer jeg også ind på, hvilke immunologiske metoder man kan bruge til diagnosticering af vCJD.

Metoden jeg vil bruge til at besvare disse spørgsmål på, er ved først at komme med lidt baggrundshistorie om opdagelsen af proteinet og nogle af sygdommene. Jeg vil derefter redegøre for hvad et prion er, og hvilken betydning strukturen har for om det er smittefarligt eller ej. Jeg vil også redegøre for de forskellige sygdomme, og vurdere hvorvidt sygdommene i de forskellige arter kan have en effekt på tværs af arts-barriererne. Til sidst vil jeg komme med en konklusion på opgaven.

Side 4

xxx SSO: Biologi B xxx

Århus Akademi Prionsygdomme

4

Prioner

Hvad er prioner?

Prioner (eller PrP) er betegnelsen for nogle glykoproteiner [1], som findes naturligt i en lang række dyr - inklusiv mennesker. Dette protein menes at kunne nedbryde celler, når det befinder sig på et misfoldet stadie. Disse subvirale [2] prioner menes at være årsag til en kort række sjældne, men uhelbredelige sygdomme i hjernen. Prioner kan findes i mange dyr, hvor de er bundet til forskellige cellers membraner, men de findes i største antal på nervecellerne.

Hypotesen om prioner blev udbygget af Stanley Prusiner, der er professor i neurologi og nuværende direktør for The Institute for Neurodegenerative Diseases Research Laboratory hos University of California [3]. Hypotesen går ud på, at transmitterbare proteiner kan forsage sygdomme, på trods af, at de mangler nukleinsyre ligesom andre sygdomsfremkaldende mikroorganismer. Altså at de syge prioner smitter ved at konvertere raske prioner om til misfoldede, syge prioner, som så ophobes i cellen.

Hvordan opstod idéen om prionerne?

Scrapie eller gnubbesyge er en prionsygdom, der ses hos får og geder, og har været kendt siden

1700-tallet. I 1960'erne lavede forskere forsøg med isoleret materiale fra Scrapie-inficerede fårehjerner, hvor resultater af forsøgene viste, at der ikke tilsyneladende var nogen forekomst af DNA eller RNA, som kunne forårsage sygdommen. Normalt er DNA eller RNA en nødvendig bestanddel af enhver smitsom organisme, hvilket var derfor, at forskerne var tvunget til at tænke uden for boksen. I slutningen af 1960'erne kom matematikeren John Stanley Griffith på den idé at et protein kunne være synderen bag sygdommen.

Efterfølgende udarbejdede Stanley Prusiner hypotesen om, at proteiner kunne virke som infektiøse partikler. I 1980'erne kom han med den påstand, at en forkert rumlig struktur i proteinet kunne påvirke de normalt strukturerede proteiner, og derved få dem til at folde sig på samme måde som det abnorme protein. Han mente altså, at en kaskade effekt ville ske, hvor proteinerne ville blive ved med at smitte hinanden, så der til sidst kun var en ophobning af de ondartede proteiner. Disse misformede proteiner ville ifølge Stanley Prusiner skabe en sygdomstilstand, der kunne overføres fra et dyr til et andet. Han kaldte disse infektiøse proteiner for "prioner", hvor ordet prion er dannet ved at ombytte bogstaverne i "proin" (proteinaceous infectious particle). Stanley Prusiner fik i 1997 en nobelpris i medicin for sit arbejde med prioner. [4]

1

Proteiner med kæder af polysaccharider på overfladen.

2

Smitsom partikel, som er mindre end en virus. http://www.youtube.com/watch?v=nlIYGYA5q0s (9:08)

3

http://ind.ucsf.edu/ind/aboutus/faculty/prusiners

4

Bilag A: Biokemien bag kogalskaben. Af Torben Ellebæk Petersen, Aktuel Naturvidenskab 2/2000 (s.5)

Side 5

xxx SSO: Biologi B xxx

Århus Akademi Prionsygdomme

5

"Prions are transmissible particles that are devoid of nucleic acid and seem to be composed entirely

of a modified protein (PrP^{Sc})."

                        C                 Sc
"The normal, cellular PrP (PrP ) is converted into PrP through a post-translational process during

                                                   5
which it acquires a high beta-sheet content." - Stanley Prusiner.

Den første af de humane encefalopatier, der viste sig at kunne smitte mellem mennesker var Kuru.

Sygdommen fremkom blandt Fore stammen på Papua Ny Guinea, og blev først studeret i

1950'erne. Man mente at de første sporadiske tilfælde af Kuru var opstået i starten af det 20.

århundrede på grund af kannibalisme. Det var tradition blandt stammefolkene at holde begravelsesritualer, hvor de resterende medlemmer af stammen spiste den afdøde. Konsumering af det døde individs hjerne førte til smitte med Kuru. [6]

Genetikken

Prion-proteiner (PrP) hos mennesker er kodet af genet PRNP, og består af

253 aminosyrer. Denne gensekvens er lokaliseret på den korte arm af kromosom 20 (markeret med blå), hos mennesker. [7]

Man mener, at både den sporadiske og familiære form af Creutzfeldt-Jakob sygdom skyldes mutationer. Ved CJD sker der en somatisk mutation (en mutation i de autosomale gener). Dette betyder, at celler med heterozygote mutationer (en rask kopi og en muteret kopi af genet), kan fungere normalt, indtil den raske kopi spontant muteres. Denne form for mutation er ikke arvelig, da den ikke foregår på de heterologe kromosomer (kønskromosomerne). Familiær CJD menes derimod at være forsaget af mutationer på kønscellerne, som så kan nedarves.

5

http://www.youtube.com/watch?v=nlIYGYA5q0s (10:24)

6

http://www.ssi.dk/Smitteberedskab/Infektionshygiejne/Retningslinjer/~/media/Indhold/DK%20-

%20dansk/Smitteberedskab/Infektionshygiejne/PDF/RogA/PRIONsygdom.ashx (s. 7)
7

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/mapview/maps.cgi?ORG=hum&MAPS=ideogr,est,loc&LINKS=ON&VERBOSE=ON&CHR=

20

Side 6

xxx SSO: Biologi B xxx

Århus Akademi Prionsygdomme

6

Ovenstående billede viser en model af det menneskelige PrP protein. Der er angivet nogle genetiske varianter, som medfører en øget tendens til udvikling af CJD. Mellem aminosyrerne 23-

100 findes fem små sekvenser på otte aminosyrer kaldet "octa repeats", som er sekvenser, der kan binde kobber-ioner. Hvis der forekommer en variation i disse octa-repeats på mere end 5 gentagelser, så øges chancerne for, at man udvikler CJD. Udover dette så er der også angivet nogle af de mutationer, som er forbundet med en øget risiko for at få CJD.

Disse mutationer kan øge forekomsten af CJD:

Mutation i aminosyre 200 Glutaminsyre → Lysin

Mutation i aminosyre 210 Valin → Isoleucin

Mutation i aminosyre 232 Methionin → Arginin

På figuren er de normale aminosyrer vist for oven, imens de muterede varianter kan ses for neden. [8] De mutationer, som fremkommer ved CJD kaldes punktmutationer. Der sker en udskiftning af ét nukleotid til et andet, hvilket kan betyde at et helt andet protein ville blive fremstillet, medmindre at det muterede gen stadig har en triplet, der koder for den samme aminosyre. Dette medfører, at det protein, som produceres ud fra det pågældende gen, bliver ændret i én aminosyre. Denne ændring kan som sagt have en stor effekt på, hvor disponeret man er til at udvikle en prionrelateret sygdom.

8

Bilag A: Biokemien bag kogalskaben. Af Torben Ellebæk Petersen, Aktuel Naturvidenskab 2/2000 (s.5)

Side 7

xxx SSO: Biologi B xxx

Århus Akademi Prionsygdomme

7

PrP^{c} og PrP^{sc}

Proteinet PrP som prionerne er lavet af, findes rundt omkring i kroppen - også i raske dyr og

mennesker. Den normale isoform [9] af PrP refereres til som PrP^{c} (c står for cellulær), denne form er

                                                                        sc    sc
ikke infektiøs, og har ingen skadelig effekt på cellerne. Den abnorme isoform af PrP - PrP , hvor

står får "Scrapie", er derimod sygdomsfremkaldende og meget svært nedbrydelig. Det er meget svært at skelne mellem de to former, da den eneste forskel mellem proteinerne er deres rummelige opbygning.

Den patologiske isoform er ekstremt smitsom, og har omkring 1 mio. infektiøse partikler per gram inficeret materiale, hvilket er langt højere end andre smitsomme sygdomme [10].

Prionernes funktion

Forskere er stadig ikke sikre på, hvad de raske prioners funktion er, men ved at studere specifikke steder på PrPs aminosyrekæde, så viser det sig, at proteinet kan binde kobber ioner. Det lader altså til, at prioner spiller en rolle for kobber-omsætningen i cellen.

Opbygningens betydning

PrP^{c} og PrP^{sc} består af præcis de samme aminosyrer, så forskere mener, at strukturen er

                                                            c
altafgørende for om prionet er skadeligt eller ej. Den normale isoform PrP findes hovedsagelig på

                                                 sc
alfa-helix form (α-helix), hvor det sygdomsfremkaldende PrP

har en større bestanddel af det man kalder beta-sheet formen (β-sheet). Om proteinet findes på hovedsageligt α-helix form, eller β-sheet form er altså alfa og omega for om det er skadeligt eller ej.

α-helix og β-sheet

Den cellulære isoforms struktur består kun af 3 % β-sheet, imens den abnorme isoform er på hele

43 %. En af forskellene på de forskellige strukturer er, at prioner på α-helix formen er letopløselige, og nemt kan nedbrydes af proteinaser, som er de enzymer der har til opgave at

                                                     sc
nedbryde og fjerne proteiner i cellen. De patologiske prioner (PrP ) er derimod kemisk

tungtopløselige, og deres β-sheet struktur gør, at de er ekstremt modstandsdygtige og ikke kan

                        C           sen                         Sc
nedbrydes af enzymerne. PrP er derfor PrP (proteinase sensitive), imens PrP isoformen er

PrP^{res} (proteinase resistente).

9

En af flere forskellige former af det samme protein. http://ghr.nlm.nih.gov/glossary=isoforms

10

http://www.youtube.com/watch?v=nlIYGYA5q0s (9:26)

Side 8

xxx SSO: Biologi B xxx

Århus Akademi Prionsygdomme

8

11

Til venstre ses PrP^{C} hvor β-sheet formen kun udgør en lille del af proteinets struktur. Den

                   Sc
patologiske isoform PrP er illustreret til højre, hvor β-sheet strukturen udgør en langt større del

af proteinet end hos den cellulære isoform. Det er som sagt denne β-sheet struktur som gør, at

PrP^{Sc} isoformen kan aggregere og stable sig sammen, og danne tungtopløselige amyloide klumper.

PrP^{sc} er ikke kun modstandsdygtige over for proteinaser, men har f.eks. også en høj tolerance mod

varme. Dette betyder at de normale steriliseringsmetoder ikke virker, og at autoklavering

(opvarmning ved 121 °C i 15 min) heller ikke har nogen effekt på proteinet. [12] Der har været tilfælde med en særligt stabil form for Scrapie, hvor infektiøst materiale stadig har været aktivt efter en opvarmning på 600 °C. Det infektiøse materialet destrueres dog fuldstændigt ved

1000 °C. [13] Det er netop på grund af denne ekstreme modstandsdygtighed, at der endnu ikke er fundet en kur imod prionsygdomme.

Når smitten breder sig

                                             sc
Det går hurtigt ned ad bakke, så snart det infektiøse PrP

prion først begynder at dannes. Udover at være kemisk tungtopløseligt, så er hypotesen, at de infektiøse prioner har en evne til at få de naturligt fremkommende prion-proteiner til at folde sig i den samme β-sheet struktur som dem selv. Dette betyder, at der bliver skabt en kaskadeeffekt, hvor de nyligt transformerede toksiske

PrP^{sc} prioner, ligesom de forrige, vil opføre sig som en katalysator og få de andre raske prioner til

at misfolde sig - en ond cirkel vil således blive skabt, hvor de abnorme prioner bliver ved med at smitte de normale cellulære prioner. Oven i dette så har den abnorme isoform en tendens til at aggregere (klistre sig sammen) til noget, der kaldes amyloide plaques, som er uopløselige fibrøse proteinklumper.

11

http://people.su.se/~epapa/licentiate_files/image008.jpg

12

Bilag B: Prioner og mennesker. Af Else Smith, Medicinsk årbog 2001 (s. 130)

13

Bilag A: Biokemien bag kogalskaben. Af Torben Ellebæk Petersen, Aktuel Naturvidenskab 2/2000 (s. 5)

Side 9

xxx SSO: Biologi B xxx

Århus Akademi Prionsygdomme

9

14

Grunden til at alle prionsygdomme

betegnes som spongiforme (sponge =

svamp) er, at hjernens grå substans bliver hullet, ligesom som en svamp. Disse huller

er netop forsaget af PrP^{sc}, som ophobes

intracellulært, hvor nogle af proteinerne akkumulerer til amyloide plaques, og forsager celledød. Ophobningen sker fordi, at proteinase enzymerne ikke kan fjerne

                           15
det hårdføre infektiøse materiale.

Det ovenstående billede er en prøve fra en patient med variant Creutzfeldt-Jakob sygdom. Billedet viser et forstørret tværsnit af patientens hjernevæv, hvor man tydeligt kan se at der er sket celledød (de mørke huller), som et resultat af sygdommen. Hullerne kan ses ved at man tager en hjernebiopsi af den grå substans efter at døden er indtruffet, og studerer hjernemassen under et mikroskop.

Ved at tage en hjernebiopsi af den grå substans fra en afdød (eller nær død) patient, er det muligt at se spongiforme ændringer i hjernevævet. Hullerne kan ses med et mikroskop, men for at se prionerne inde i cellen, er det nødvendigt at studere vævet med et elektronmikroskop, som er langt kraftigere, og kan forstørre billeder ca. to millioner gange.

Prionsygdomme

Der findes kun en håndfuld sygdomme, som er forsaget af misfoldede prioner. Fællesbetegnelsen for disse er prionsygdomme, eller sagt på en mere klinisk måde - transmitterbare spongiforme encefalopatier (TSE). Kendetegn for sygdommene er deres relativt lange inkubationsperioder, korte sygdomsforløb, hvor der sker en hurtig nedbrydning af hjernevævet og at der ikke findes nogen kur imod dem. Der kan gå alt fra nogle måneder til et par år indtil døden indtræffer, alt afhængig af arten, men dødeligheden ligger altid på 100 %.

Scrapie

Scrapie, eller gnubbesyge, findes som nævnt i får og geder, og er den eneste prionsygdom som er naturligt fremkommende i dyr. Sygdommen har været kendt siden 1700-tallet, og er i dag konstateret i fåreflokke over hele kloden (den forekommer dog ikke i Danmark). Symptomerne på

14

http://www.federationofscientists.org/pmpanels/tse/visuals.asp (Figur 3)

15

Bilag B: Prioner og mennesker. Af Else Smith, Medicinsk årbog 2001 (s. 130)

Side 10

xxx SSO: Biologi B xxx

Århus Akademi Prionsygdomme

10 scrapie ses ved, at de inficerede dyr kløer sig ved f.eks. at gnubbe sig kraftigt op ad omkringliggende hegne, sten og træer. Dyrene virker nervøse, har svært ved at stå stille og lider af ataksi (manglende koordinationsevne). Senere hen udvikles symptomerne til paralyse (dyret mister evnen til at bevæge sig), og i sidste ende indtræffer døden [16]. Ligesom ved andre prionsygdomme, så fremkommer der spongiose i dyrets hjerne, som et resultat af celledød.

Det er lykkedes forskere at inokulere mindre forsøgsdyr med scrapie, for at kunne nærstudere sygdommen og få et bedre indblik i, hvordan sygdommen virker [17]. Det er stadig uklart, hvordan scrapie spredes, men man har en mistanke om, at det sker via urinen, hvor sygdommen spredes og inficerer landskabet i op til flere årtier. [18]

Det eneste man kan gøre for at mindske smitten er, at isolere de inficerede får og destruere dem.

Studier viser, at en høj forekomst af scrapie hos får, ikke har medført en højere forekomst af TSE relaterede sygdomme hos mennesker. Det tyder altså på, at scrapie ikke kan krydse arts-barrieren og overføres til mennesker.

                          19
Creutzfeldt-Jakob sygdom (CJD)

Creutzfeldt-Jakob sygdom er en sjælden form for prionsygdom, som rammer mennesker.

Sygdommen optræder i 3 former: Sporadisk, Familiær og Iatrogen.

Den mest hyppige form for CJD er den sporadiske, som står for 85 % af tilfældene. Sporadisk betyder at sygdommen opstår spontant, som følge af en mutation i genet for PrP. Den sporadiske form rammer ca. 1 person per 1 million indbyggere årligt, i alle lande. Kvinder og mænd rammes ligeligt af sygdommen, men den forekommer hovedsageligt hos mennesker over 60 år.

Globalt set har der kun været nogle få hundrede tilfælde af iatrogen CJD. At en sygdom smitter iatrogent betyder, at den overføres under en medicinsk eksamination eller behandling. Smitten sker hovedsageligt via indgreb som f.eks. hornhindetransplantationer, hvor donoren har været smittebærer med CJD. I 80'erne var det almindeligt at udvinde væksthormoner fra menneskehypofyser, hvilket også resulterede i smitte med CJD. Iatrogen smitte med væksthormoner kan ikke lade sig gøre i dag, da der anvendes syntetisk fremstillede væksthormoner. Dårlig hygiejne kan også forsage smitte, f.eks. hvis instrumenter ikke er blevet rengjort ordentligt efter et indgreb hos en patient med CJD. [20]

16

Bilag B: Prioner og mennesker. Af Else Smith, Medicinsk årbog 2001 s. 129-135

17

Bilag A: Biokemien bag kogalskaben. Af Torben Ellebæk Petersen, Aktuel Naturvidenskab 2/2000

18

http://en.wikipedia.org/wiki/Scrapie

19

https://www.sundhed.dk/sundhedsfaglig/laegehaandbogen/neurologi/tilstande-og-sygdomme/inflammatoriske-

sygdomme/creutzfeldt-jacobs-sygdom/
20

http://www.ssi.dk/Smitteberedskab/Infektionshygiejne/Retningslinjer/~/media/Indhold/DK%20-
%20dansk/Smitteberedskab/Infektionshygiejne/PDF/RogA/PRIONsygdom.ashx

Side 11

xxx SSO: Biologi B xxx

Århus Akademi Prionsygdomme

11

Smitte grundet manglende hygiejne kan dog forekomme for alle prionsygdomme i dag, og sygehuse er derfor yderst omhyggelige med at destruere alle instrumenter, som evt. kan have været i kontakt med patienter, der har haft en TSE-relateret sygdom.

Familiær (arvelig) CJD står for ca. 5-10 % af tilfældene, og er oftest forsaget af punktmutationer i den åbne læseramme af PRNP-genet. Vi arver alle to kopier af PRNP-genet, en fra vores mor og en fra vores far. Familiær CJD nedarves som et dominerende gen, hvilket betyder, at en af forældrene blot skal have én muteret kopi af genet for at udvikle sygdommen. Dette betyder altså at der 50 % chance for at det muterede gen bliver overført til barnet. [21]

Symptomerne for CJD viser sig normalt i en bestemt rækkefølge, afhængig af hvilken type det er.

Symptomerne for sporadisk CJD og familiær CJD ligner hinanden, hvor tidlige symptomer kan inkludere koordinationsproblemer, demens, sløret tale, følelsesløshed eller prikkende smerter i forskellige kropsdele, svimmelhed og synsproblemer. I de sene stadier af sygdommen manifesterer symptomerne sig som muskel-spasmer (myoklonus), ataksi, inkontinens, mistet tale og ubevægelighed (akinese). Patientens kropslige funktioner lukker altså ned en ad gangen, indtil døden indtræffer.

Fælles for alle varianterne af Creutzfeldt-Jakob sygdom er, at patienterne bliver sengeliggende og ikke kan tage vare på sig selv, de kræver altså opmærksomhed 24 timer i døgnet. De fleste patienter bliver totalt uopmærksomme på deres omgivelser, og mister evnen til at

kommunikere.^{22}

Variant Creutzfeldt-Jakob sygdom (vCJD)

Ligesom kogalskaben så stammer vCJD fra England. Der blev i 1995 fundet nogle abnorme tilfælde af CJD, som forvirrede lægerne. Symptomerne på den nye variant af CJD var anderledes end hvad man tidligere havde set fra de klassiske tilfælde af CJD. Oven i dette så var gennemsnitsalderen på patienterne langt lavere, end hvad man før havde set. Ved nærmere undersøgelse viste det sig, at prionerne man fandt i patienterne med den nye variant af CJD, havde langt flere ligheder med de prioner man kunne finde i køer med kogalskab. Videnskabsfolk havde nu fået mistanken om, at den nye variant af Creutzfeldt-Jakob sygdom stammede fra køer, der var inficeret med BSE. [23] Denne smitte menes at være overført ved konsumering af kød fra kvæg med BSE - specielt kød som T-bone steaks, hvor benmarven er inkluderet.

I perioden oktober 1996 til marts 2011 er der rapporteret 175 tilfælde af vCJD i Storbritannien og Nordirland, og 49 tilfælde i andre lande.

21

http://www.alzheimer-europe.org/Dementia/Other-forms-of-dementia/Infectious-Diseases/Human-Prion-

Diseases/Familial-CJD?#fragment-1
22

http://www.nhs.uk/Conditions/Creutzfeldt-Jakob-disease/Pages/Symptoms.aspx

23

Bilag A: Biokemien bag kogalskaben. Af Torben Ellebæk Petersen, Aktuel Naturvidenskab 2/2000

Side 12

xxx SSO: Biologi B xxx

Århus Akademi Prionsygdomme

12

Tidlige symptomer viser sig oftest i form af depression, apati eller angst, og ofte også som sensoriske symptomer (ofte i form af en stikkende smerte rundt omkring i kroppen). Psykiske symptomer er som regel langt tydeligere hos patienter med vCJD end hos klassisk CJD.

Neurologiske tegn på sygdommen kommer som regel senere i forløbet end de psykiske, og inkluderer blandt andet ufrivillige bevægelser, gangbesvær og demens. Patienten bliver i den sidste ende ubevægelig og stum, inden døden indtræffer, hvilket som regel sker inden for et års tid.

Intensiv overvågning i de europæiske lande har bekræftet, at den højeste forekomst af vCJD er i England, som også er det land, der har de fleste tilfælde af BSE. [24]

                         25
Bovin spongiform encefalopati (BSE)

I mange år kendte man ikke til sygdomme, der lignede scrapie i køer. Dette ændrede sig i 1986, hvor man i det sydlige England begyndte at observere scrapie-lignende symptomer hos kvæg.

Antallet af smittede dyr toppede i 1992, hvor man havde diagnosticeret omkring 40.000 tilfælde af BSE rundt omkring i England. Symptomer på sygdommen minder meget om dem man ser ved andre prionsygdomme. Den smittede ko vil separere sig fra flokken, og vise tegn på neurologisk ubalance, ofte i form af aggressioner og overfølsomhed overfor lyde. Mælkeproduktionen mindskes, koen stopper med at spise og vil efter en periode udvikle ataksi og i sidste ende dø.

Inkubationsperioden ligger på alt fra 30 måneder til 4 år. [26]

Hvilke ligheder og forskelle er der mellem sygdommene?

Det mest åbenlyse fællestræk for alle prionsygdommene er, at der ikke er nogen kur imod dem, og at døden altid indtræffer efter en relativt kort periode (alt fra få måneder til et par år). Oven i dette så vil der altid være en forekomst af spongiose i den grå substans, der kan ses med et mikroskop, efter at den smittede er gået bort.

Jeg har valgt at opstille et skema, der viser nogle af lighederne og forskellene mellem CJD og vCJD.

Det er relevant at sammenligne disse to sygdomme, da de begge forekommer i mennesker. Det mest bemærkelsesværdige ved de to varianter er den gennemsnitlige aldersforskel mellem patienterne. Patienter med vCJD har en stærk tendens til at være langt yngre end patienter med klassisk CJD - ca. 40 år, for at være mere præcis. Hvorfor vides ikke.

24

http://www.who.int/mediacentre/factsheets/fs180/en/

25

Lat., 1.ord af bovinus 'okse-', 2.ord af spongus 'svamp', 3.ord af gr. enkephalon 'hjerne' og afledning af pathos 'lidelse'.

http://www.denstoredanske.dk/Natur_og_miljø/Landbrug_og_havebrug/Husdyrsygdomme_og_bekæmpelse/bovin_s

pongiform_encefalopati?highlight=BSE
26

http://en.wikipedia.org/wiki/Bovine_spongiform_encephalopathy

Side 13

xxx SSO: Biologi B xxx

Århus Akademi Prionsygdomme

13

EEG [27] har vist sig at være effektiv på patienter med CJD, imens der som regel ikke er de store udslag hos patienter med vCJD.

Karakteristika vCJD CJD

Gennemsnitsalder når døden indtræffer

28 år 68 år

Tegn og symptomer symptomer: Depression, apati, angst. Derefter personlighedsforstyrrelser, Starter ud med tydelige neuropsykiatriske demens,

         28
cerebellare symptomer: Ataksi o. lign. (Sensoriske psykose og hallucinationer.

symptomer forekommer ofte). Derefter anfald, ataksi og

Tidlige neurologiske tegn som myoklonus (spasmer).

Overførsel

Mistænkes for at kunne overføres via.

blodtransfusioner. overføres via. blodet.

Der menes ikke at CJD kan

Diagnosticering MR-scanning^{29}: Opfanger hyperintense bilaterale CJDs påvirkning på hjernen.

EEG: Abnorme mønstre fremkommer sjældent.

signaler i thalamus (mellemhjernens øvre del). MR-scanning: Kan i nogle

EEG: Ved CJD kan abnorme mønstre ses, som et resultat af tilfælde afsløre karakteristiske mønstre forsaget af at hjernen nedbrydes.

14-3-3 protein^{30} Fremkommer ikke. Forhøjede værdier af proteinet

findes hos mange patienter.

Inkubationstid Vides ikke være op til flere årtier før

Afhænger af typen, det kan sygdommen bryder løs.

Western Blotting:

Immunoblot analyse af Succesfulde resultater Vides ikke proteinase-resistente prion proteiner

Biopsi af lymfevæv Biopsi af tonsiller (mandlerne), har vist en forekomst Er ikke bevist.

af PrP^{sc}.

31 32 33

Der har kun været fire tilfælde af vCJD infektioner, som har været forbundet med blodtransfusioner. Tre af tilfældene udviklede symptomer på vCJD flere år efter transfusionerne,

27

EEG - Elektroencefalografi: Registrering af små, elektriske hjernebølger, som er udtryk for hjernebarkens aktivitet; måles vha. elektroder placeret i hovedbunden.

http://www.denstoredanske.dk/Krop%2c_psyke_og_sundhed/Sundhedsvidenskab/Fysiologi/elektroencefalografi
28

Cerebellum = lille hjernen: Symptomer i lillehjernen, forsager motoriske problemer.

29

MR-scanning: Billeddannende teknik til frembringelse af snitbilleder af væv og organer i enhver legemsdel.

http://www.denstoredanske.dk/Krop,_psyke_og_sundhed/Sundhedsvidenskab/Medicinske_billedteknikker/MR-

scanning?highlight=mr%20scanning
30

14-3-3 protein: Normalt hjerneprotein, der udskilles i spinalvæsken hos patienter med CJD.

31

http://www.cdc.gov/ncidod/dvrd/vcjd/

32

Bilag B: Prioner og mennesker. Af Else Smith, Medicinsk årbog 2001 s. 129-135

33

http://www.cdc.gov/ncidod/dvrd/vcjd/factsheet_nvcjd.htm

Side 14

xxx SSO: Biologi B xxx

Århus Akademi Prionsygdomme

14 og en døde af andre årsager, før de udviklede symptomer på vCJD. Det viste sig dog efterfølgende, at personen var smittet med vCJD, hvilket vækker en stærk mistanke om, at vCJD eventuelt kan smittes via blodet. Det menes derimod at klassisk CJD ikke smitter via blodet.

Får med scrapie lider af lignende symptomer, som mennesker med CJD og vCJD. I alle tre tilfælde ses der forskellige psykiske anomalier, hvor der efterfølgende udvikles ataksi og paralyse.

Diagnosticering af variant Creutzfeldt-Jakob sygdom

Prionsygdomme er ekstremt svære at diagnosticere, da der ikke er nogen direkte immunologisk respons fra de sygdomsfremkaldende partikler. Man kan altså ikke se efter antistoffer, da der ikke er noget RNA eller DNA tilstede i et protein. Den eneste skudsikre metode til diagnosticering af prionsygdommene er ved at tage en hjernebiopsi fra den smittede, og studere prøven under et mikroskop. Dette kan dog kun lade sig gøre post mortem, hvilket betyder, at der ikke er nogen redskaber til at lave en 100 % korrekt diagnose hos levende dyr og mennesker. Der er dog nogle metoder, som har vist sig at være effektive.

Jeg vil forklare lidt om de immunologiske metoder, man kan bruge til diagnosticering af vCJD.

Western Blotting

Western blotting er en metode, der bruges til at bestemme om specifikke proteiner er til stede i

                                                               sc   res
en prøve. I tilfælde med vCJD vil man altså kigge efter tilstedeværelsen af PrP (PrP ) proteiner.

Antistoffer manipuleres således, at de specifikt binder sig til den bestemte proteinstruktur, som prionerne befinder sig på. Metoden fungerer på den måde, at de bestemte antistoffer genkender specifikke områder i proteinet, hvor det derefter binder sig til det. Derefter tilsættes nye antistoffer til prøven, som så kan afsløre bindingen af de første antistoffer og dermed proteinet.

Man bruger altså de første antistoffer som markører (der er påkoblet et målbart signalstof på dem, som f.eks. er radioaktivt), sådan at den anden runde af antistoffer kan finde proteinet.

Da PrP^{sc} proteinerne ikke nedbrydes i kroppen, så kan metoden altså bruges til at opfange, om

patienten er inficeret med de atypiske proteiner. [34]

Man kunne forestille sig at det også var muligt at diagnosticere vCJD med Southern Blotting.

Denne metode lokaliserer en specifik DNA-sekvens, i stedet for et protein. Da prioner er proteiner, som består af aminosyrer, der kodes for af en gensekvens (DNA), så ville det være realistisk at kunne kigge efter bestemte gensekvenser, der evt. viste forandringer i form af mutationer. [35]

34

http://www.biotechacademy.dk/Undervisningsprojekter/Gymnasiale-

projekter/genteknologi/teori/4genteknologisketools/western-blot
35

http://www.biotechacademy.dk/Undervisningsprojekter/Gymnasiale-
projekter/genteknologi/teori/4genteknologisketools/southern-blot

Side 15

xxx SSO: Biologi B xxx

Århus Akademi Prionsygdomme

15

Behandling

Fællesnævneren for alle prionrelaterede sygdomme er som sagt, at der ikke findes noget præparat, som kan kurere sygdommene. Prionerne reagerer ikke på fiksering i formaldehyd, strålebehandling, varme, antibiotika og andre former for behandling, hvilket gør, at sygdommene er ekstremt hårdføre.

Det er i visse tilfælde lykkedes at mindske CJDs progression, men døden kan ikke undgås. Lægerne kan kun forsøge at gøre det så behageligt for patienten som muligt. De kan altså kun medicinere imod symptomerne, f.eks. med smertestillende og muskelafslappende midler.

Der gøres en stor indsats for at mindske smitte med prionrelaterede sygdomme. Køer med BSE, og får med scrapie isoleres og destrueres totalt. Hvis man har mistanke om, at en patient har haft en prionsygdom, så destrueres lægeinstrumenter og apparater, som er blevet brugt til operationer og eksaminationer. Man ved stadig ikke om vCJD smitter via blodet, så der tages også store forbehold på dette område - nogle lande har endda forbudt afgivelse af blod fra personer, der har opholdt sig i et sted med en højere risiko for BSE.

Hvilke muligheder er der for eventuelle behandlinger i fremtiden?

Et vigtigt trin for forskning i prionsygdomme er, at man vælger sine forsøgsdyr med omhu. Hvis man ønsker, at opnå "hurtige" resultater, så er det f.eks. bedre at lave forsøg på mus og hamstre end større dyr, hvor inkubationstiden er længere. [36]

Hele humlen med prionsygdommene er, at de abnorme proteiner skaber en irreversibel kaskadeeffekt, hvor raske proteiner konstant smittes, og derefter selv går videre til at sprede smitten. Hvis man kunne forhindre det trin i sygdomsprocessen, hvor de abnorme proteiner

smitter de raske, så ville man i princippet kunne stoppe ophobningen af PrP^{sc} og forhindre

celledød. Hos Fore stammen i Papua Ny Guinea havde nogle af stammekvinderne en mutation, som beskyttede dem imod symptomerne på Kuru. Hvis man kunne lære mere om disse mutationer, så ville man måske kunne udnytte dem til en form for genterapi, hvor man kunne forhindre

mutationerne for CJD i at opstå.^{37}

36

http://www.youtube.com/watch?v=nlIYGYA5q0s

37

http://www.nhs.uk/news/2009/11November/Pages/brain-eating-cannibals-CJD-mad-cow-disease.aspx

Side 16

xxx SSO: Biologi B xxx

Århus Akademi Prionsygdomme

16

Er det sandsynligt at vCJD stammer fra dyr?

Kan arts-barrieren krydses?

Generelt for prionsygdommene er, at de er ekstremt smitsomme mellem individer af samme art.

Imens dette er rimelig grundigt bevist, så hersker der stadig tvivl omkring i hvilket omfang sygdommene kan smitte mellem forskellige arter. Forskere har mistanke om, at BSE er opstået på grund af scrapie i får, og at vCJD i mennesker er forsaget af kogalskab i køer.

Kogalskaben opstår

For at kunne danne sig et billede af, hvorvidt det er realistisk at vCJD stammer fra dyr, så er det en god idé, at se på, hvordan kogalskaben formodes at være opstået.

Ifølge forskere er den eneste naturligt fremkommende prionsygdom scrapie, som har været kendt blandt får og geder i flere hundrede år. Da kogalskaben så dagens lys i 1986 opstod der en del forvirring omkring, hvordan sygdommen var opstået. Det var her, at forskere fik idéen om at BSE var kommet fra scrapie-inficerede får, som var blevet brugt i foder til kvæg. Der er hovedsageligt kun blevet spottet BSE i malkekøer, som har levet i intensivt udnyttede dyrehold. For at kunne producere maksimalt meget mælk, så fik malkekøerne store mængder fodertilskud med benmel og kød fra får med scrapie.

For at spare penge på energi i 70'erne, havde producenter af dyrefoder ændret opvarmningsbetingelserne af kød og benmel. Det var ren rutine, at scrapie inficerede får blev slået ihjel, og brugt til foder, da man stort set ikke kendte noget til sygdommens natur. De nyligt ændrede regler omkring opvarmning kunne ikke have været mere uheldige, da vi nu ved, at der skal ekstremt høje temperaturer til, for at kunne inaktivere de sygdomsfremkaldende proteiner.

Man mente altså, at BSE opstod ved, at kød og benmel fra scrapie-inficerede får var blevet tilsat i foderet til kvæg, som derefter blev smittet. De nyligt smittede køer blev derefter selv slagtet, og solgt som foder til dyr (køer), og som kød til mennesker. Antallet af BSE tilfælde faldt i 1992, da man i slutningen af 80'erne havde forbudt at blande benmel og kød fra drøvtyggere i foderet til kvæg.

Hvor sandsynligt er det, at BSE er forsaget af scrapie fra får?

Det er endnu de færreste ting, som kan bevises med hundrede procent sikkerhed, når det kommer til prionsygdomme. Faldet af BSE-inficerede køer i 1992, som følge af afskaffelsen af benmel og kød fra drøvtyggere kunne tyde på, at der var noget om snakken om, at kontaminerede foder har forsaget BSE hos køer. Men om BSE rent faktisk stammer fra scrapie, er endnu ikke bevist.

Forskere har fundet ud af, at der skal være prioner naturligt tilstede i cellerne, for at man kan blive

smittet med en prionsygdom, da sygdommene virker ved at PrP^{sc} konverterer PrP^{c}, der derefter

Side 17

xxx SSO: Biologi B xxx

Århus Akademi Prionsygdomme

17 akkumulerer. Forsøg har dog vist, at smitte imellem arter er ekstremt svært og at prionerne hos de forskellige arter helst skal ligne hinanden, for at smitte kan lade sig gøre.

Undersøgelser viser, at scrapie-prionernes kemiske struktur er rimelig anderledes end den struktur prionerne i BSE smittede køer har. Det kunne altså tyde på, at der er sket en naturlig mutation i køernes PrP protein. Dette muterede protein har så smittet andre køer, efterhånden som de oprindelige kvæg med mutationen er blevet slagtet og udnyttet som fodertilskud. Der er altså mange faktorer at skulle tage hensyn til, hvilket er grunden til, at forskere stadig ikke har svar på, hvordan kogalskaben er opstået.

Hvor sandsynligt er det, at vCJD stammer fra BSE?

Scrapies formodede "spring" over arts-barrieren, fik forskerne til at stille spørgsmålstegn ved den nyligt opdagede prionsygdom hos mennesker i 1995, hvor de mistænkte BSE for at være årsagen til den nye variant af CJD.

Studier viser, at en høj forekomst af scrapie hos får, ikke har medført en højere forekomst af TSE-relaterede sygdomme hos mennesker. Det tyder altså på, at scrapie ikke kan krydse arts-barrieren og overføres til mennesker. Der er derimod stærke links imellem vCJD og BSE. Alle tilfælde af vCJD er centrerede omkring England (og den engelske kød produktion), da sygdommen først kom frem efter den store BSE epidemi i 80'erne. Det er derfor rimeligt at antage, at mennesker er blevet smittet med BSE efter indtagelse af kontamineret kød.

Der aldrig har været et tilfælde af vCJD, hvor patienten ikke har været i kontakt med et land, hvor BSE var i udbrud. Denne kendsgerning støtter også op omkring hypotesen, at vCJD stammer fra BSE, da det er sandsynligt, at alle tilfældene af vCJD, er konsekvenser af eksponering til BSE.

Skepsis omkring prionsygdommene

Lige siden Stanley Prusiner præsenterede hypotesen om prionerne, har der været skeptikere, som har forsøgt at skyde idéen ned. Tanken om at et protein kan reproducere sig selv, strider stærkt imod alt hvad vi ved om smitsomme sygdomme, hvor selv de simpleste vira indeholder genetisk materiale, i form af DNA eller RNA, som koder for proteiner, der er nødvendige for funktion og transmission. Stanley Prusiners hypotese udfordrer altså molekylærbiologiens centrale dogme [38], da han mener, at prioner er smitsomme proteiner, der kan kopiere sig selv.

CJD og andre spongiforme sygdomme fremkommer i forskellige stammer, hvor inkubationstiden, symptomer og virkninger på forskellige områder i hjernen, ikke er ens. Skeptikere hævder, at disse

38

DNA koder for RNA, der koder for et protein

http://www.denstoredanske.dk/Natur_og_milj%C3%B8/Genetik_og_evolution/Genetik/det_centrale_dogme

Side 18

xxx SSO: Biologi B xxx

Århus Akademi Prionsygdomme

18 forskelle skyldes mutationer i nukleinsyre, som er et tegn på at prioner faktisk har genetisk

materiale.^{39}

TSE sygdommene er stadig hyllet i et tykt slør af mystik, da alt fra prion-proteinets struktur og funktion til diagnosticering og behandling stadig ikke er kortlagt til præcision. På trods af den skepsis, der har været (og til en hvis grad stadig er) omkring prionsygdommene, så holder Stanley Prusiners hypotese stadig den dag i dag, da der efterhånden er tilpas mange beviser, som tyder på at hypotesen er korrekt.

Konklusion

I denne opgave har jeg redegjort for, hvad prioner er, og hvad det ved deres struktur, som gør dem så farlige. Jeg har forklaret de forskellige karakteristika omkring nogle af sygdommene, og skitseret, hvilke forskelle og ligheder der er henholdsvis mellem vCJD, CJD og scrapie. Jeg har diskuteret, hvorvidt der er sandsynligt at den nye variant af CJD stammer fra køer, hvor jeg også har inddraget oplysninger om, hvordan kogalskaben opstod. Jeg har desuden beskrevet, hvad Western blotting er, og hvordan det kan bruges til at lokalisere de abnorme prion-proteiner.

Prioners skadelighed og nedbrydelighed afhænger som sagt af, hvilken rummelig struktur prionet har. Alle prionsygdomme ligner hinanden på den måde, at de alle er neurodegenerative sygdomme, som forsager spongiose og død. Der hersker stadig tvivl blandt forskerne, hvorvidt vCJD stammer fra BSE, men det tyder stærkt på, at dette er tilfældet. Prionernes kompleksitet gør det svært, at diagnosticere sygdommene, ligeledes at finde en kur imod dem.

Hele konceptet med at prioner er sygdomsfremkaldende er stadig et veldebatteret emne, da forskere endnu ikke har alle brikkerne til prion-puslespillet på plads. Årsagerne til sygdommene er stadig lidt uklare, men i Stanley Prusiners hypotese menes der dog, at prionerne er de skyldige.

Han mener at, da alle isoformer af prionerne består af det samme materiale, så må deres foldning være det afgørende for om de er sygdomsfremkaldende eller ej.

Ud fra det jeg har undersøgt, finder jeg det sandsynligt, at hans hypotese er korrekt.

39

http://learn.genetics.utah.edu/content/begin/dna/prions/controversy.html

Side 19

xxx SSO: Biologi B xxx

Århus Akademi Prionsygdomme

19

Litteraturliste

Websites

Lægehåndbogen, Creutzfeldt-Jakob sygdom:

https://www.sundhed.dk/sundhedsfaglig/laegehaandbogen/neurologi/tilstande-og-
sygdomme/inflammatoriske-sygdomme/creutzfeldt-jacobs-sygdom/

Institute for Neurodegenerative Diseases, UCSF:

http://ind.ucsf.edu/ind/aboutus/faculty/prusiners

Genetics Home Reference: http://ghr.nlm.nih.gov/glossary=isoforms

Statens Serum Institut:

http://www.ssi.dk/Smitteberedskab/Infektionshygiejne/Retningslinjer/~/media/Indhold/DK%20-
%20dansk/Smitteberedskab/Infektionshygiejne/PDF/RogA/PRIONsygdom.ashx

NCBI, oversigt over det menneskelige kromosom 20:

http://www.ncbi.nlm.nih.gov/mapview/maps.cgi?ORG=hum&MAPS=ideogr,est,loc&LINKS=ON&V
ERBOSE=ON&CHR=20

Familiær CJD:

http://www.alzheimer-europe.org/Dementia/Other-forms-of-dementia/Infectious-
Diseases/Human-Prion-Diseases/Familial-CJD?#fragment-1

vCJD skema (Centers for Disease Control):

http://www.cdc.gov/ncidod/dvrd/vcjd/

vCJD fakta (Centers for Disease Control):

http://www.cdc.gov/ncidod/dvrd/vcjd/factsheet_nvcjd.htm

Foredrag: James Ironside, professor i klinisk neuropatologi ved Edinburgh Universitet:

http://www.youtube.com/watch?v=nlIYGYA5q0s (Streamet Dec. 2013)

Forklaring på forkortelsen BSE:

http://www.denstoredanske.dk/Natur_og_miljø/Landbrug_og_havebrug/Husdyrsygdomme_og_b
ekæmpelse/bovin_spongiform_encefalopati?highlight=BSE

Western Blotting:

Side 20

xxx SSO: Biologi B xxx

Århus Akademi Prionsygdomme

20

http://www.biotechacademy.dk/Undervisningsprojekter/Gymnasiale-
projekter/genteknologi/teori/4genteknologisketools/western-blot

Fore stammens mutation:

http://www.nhs.uk/news/2009/11November/Pages/brain-eating-cannibals-CJD-mad-cow-

disease.aspx

Skepsis omkring prionhypotesen:

http://learn.genetics.utah.edu/content/begin/dna/prions/controversy.html