[論文レビュー] Biology of Prions

Veronica Ines Cacace|arXiv (Cornell University)|Jun 17, 2011

Prion Diseases and Protein Misfolding参考文献 88被引用数 3

ひとこと要約

本稿はプリオンの生物学をレビューし、哺乳類のPrPプリオンと酵母・他の真菌のプリオンに焦点を当て、プリオン—タンパク質から構成される感染性粒子—が核酸を一切含まず、タンパク質構造のコンformational変化によって遺伝情報の伝達を行う感染性因子として機能することを提唱する。主な貢献は、プリオンが神経変性疾患に起因するものとしてのみ関連づけられるのではなく、細胞機能や進化的な柔軟性において本質的な生物学的役割を果たす可能性があるという新たな見解の登場である。

ABSTRACT

In this paper we will review various aspects of the biology of prions and focus on what is currently known about the mammalian PrP prion. Also we briefly describe the prions of yeast and other fungi. Prions are infectious proteins behaving like genes, i.e. proteins that not only contain genetic information in its tertiary structure, i.e. its shape, but are also able to transmit and replicate in a manner analogous to genes but through very different mechanisms. The term prion is derived from proteinaceous infectious particle and arose from the Prusiner hypothesis that the infectious agent of certain neurodegenerative diseases was only in a protein, without the participation of nucleic acids. Currently there are several known types of prion, in addition to the originally described, which are pathogens of mammals, yeast and other fungi. Prion proteins are ubiquitous and not always detrimental to their hosts. This vision of the prion as a causative agent of disease is changing, finding more and more evidence that they could have important roles in cells and contribute to the phenotypic plasticity of organisms through the mechanisms of evolution.

研究の動機と目的

• 哺乳類のPrPプリオン生物学に関する現在の知識をレビューし、神経変性疾患における役割を明らかにすること。
• イーストおよび他の真菌におけるプリオンの構造と機能を検討すること。
• プリオンが病原的因子としてのみ関連づけられるという伝統的視点に挑戦し、それらの生理的役割の可能性を探ること。
• プリオンのコンformational変化が遺伝的インヒェランスに類似した情報を伝える仕組みをどのように実現するかを調査すること。
• プリオンが表現型の柔軟性および進化的メカニズムに与える影響を評価すること。

提案手法

• プリオン構造、複製、伝播メカニズムに関する既存文献の分析的レビュー。
• プリオンが唯一タンパク質から構成される感染性因子であるとするプリュイナー仮説の検証。
• タンパク質の折りたたみおよび伝播ダイナミクスに基づく、哺乳類プリオンと真菌プリオンの比較。
• プリオンのコンformationと遺伝的表現型特性の関連を裏付ける実験的証拠の評価。
• 細胞プロセスおよび進化におけるプリオン機能に関する知見の統合。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 プリオンは核酸を一切含まずに、どのように感染性の情報を伝達するのか？
• RQ2 タンパク質コンformationがプリオンの複製および伝播に果たす役割は何か？
• RQ3 プリオンは生物における表現型の柔軟性にどのような形で寄与するか？
• RQ4 酵母プリオンは哺乳類プリオンと構造的・機能的にどのように比較できるか？
• RQ5 プリオンが病原的であるだけでなく生物学的に機能的であるという考えを裏付ける証拠は何か？

主な発見

• プリオンは、三次構造、特にコンformational形状を通じて生物学的情報を伝える感染性タンパク質である。
• 哺乳類のPrPプリオンは、クルツフェルト＝ジャコブ病などの神経変性疾患に関連する、最もよく特徴づけられたプリオンである。
• イーストにおける真菌プリオンは、プリオン様メカニズムが安定した、伝播可能な表現型状態を支えることができることを示している。
• プリオンは本質的に病原的ではない。広く存在し、細胞機能における内因的役割を果たす可能性がある。
• プリオンメカニズムがエピジェネティックなインヒェランスに類似した形で進化的適応に寄与する証拠が蓄積されつつある。
• プリオンが進化における機能的要素であるという概念は、長年にわたりプリオンが唯一病原的因子であると見なされてきた見方を挑戦する。