Prionproteine können schwere Gehirnerkrankungen auslösen, wenn sie eine bestimmte dreidimensionale Struktur einnehmen. Diese Partikel gelten als infektiös, weil sie harmlose Prionproteine – die eine andere Struktur haben – dazu bringen, sich ebenfalls in die gefährliche Form zu falten. Zuvor glaubte man nicht, dass Proteine allein als Krankheitserreger fungieren können. Tatsächlich stellte sich heraus, dass künstlich hergestellte, fehlgefaltete Prionproteine im Experiment kaum infektiös waren. Jetzt jedoch hat ein Forscherteam falsch gefaltete Prionproteine erzeugt, die sich im Versuch als ebenso infektiös erwiesen wie aus erkrankten Gehirnen gewonnene Prionen. Beide Varianten konnten bei gesunden Tieren Prionerkrankungen auslösen.
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Proteine können nur dann ihre Funktionen erfüllen, wenn sie sich in ihre jeweils spezifische Form gefaltet haben. Wie wichtig die korrekte dreidimensionale Struktur, und wie gefährlich eine falsche Faltung sein kann, zeigen die Prionproteine. Sie kommen natürlicherweise in ganz bestimmter Form im menschlichen und tierischen Organismus vor.
Unter bestimmten Umständen aber nehmen sie eine andere Struktur ein und werden dadurch infektiös, schaffen also aus harmlosen Prionen neue ansteckende Partikel. Durch diesen Vorgang können schwere Leiden entstehen, wie etwa die Creutzfeldt-Jakob-Krankheit beim Menschen oder BSE bei Rindern. Diesen Leiden ist gemein, dass die Infektion über Prionen und damit ausschließlich über Proteine vermittelt wird – was bislang ausschließlich von Prionerkrankungen bekannt ist. Seit kurzem ist es auch möglich, die fehlgefalteten und damit gefährlichen Prionen im Experiment zu erzeugen, anstatt sie nur aus den Gehirnen verstorbener Patienten oder aus Tieren zu gewinnen. Die Ausbeute dabei war aber so gering, dass es kaum möglich war, eine Infektion – also die Umfaltung harmloser Prionen – auszulösen.
Die Wissenschaftler um Professor Hans Kretzschmar von der Universität München (LMU) nutzten nun in ihrer Studie ein relativ neues, von Professor Claudio Soto, University of Texas, entwickeltes Verfahren, die "protein misfolding cyclic amplification (PMCA)" zur Erzeugung fehlgefalteter Prionen – mit durchschlagendem Erfolg. Bei diesem Verfahren genügen selbst kleine Mengen gefährlicher Prionen, um ungleich größere Mengen harmloser Prionen umzuwandeln.
Falsch gefaltete Prionproteine erzeugt
Dies war zum einen ein methodischer Durchbruch, weil auf vergleichsweise einfache Weise falsch gefaltete Prionproteine geschaffen werden können. "Es ist uns aber auch gelungen, gefährliche Prionproteine experimentell zu erzeugen, die sich in nichts von denen aus erkranktem Gewebe unterscheiden", so Kretzschmar. "Bisher gab es immer eine Diskrepanz zwischen der Menge an Protein und der Infektiosität. Wir haben jetzt gezeigt, dass man diese Diskrepanz aufheben kann, wenn es gelingt, die neu gebildeten Prionpartikel an den Trägerstoff Nitrozellulose gebunden im Gehirn zu behalten. Diese Diskrepanz hatte in der Tat Zweifel an der 'protein-only'-Hypothese hervorgerufen, wonach Prionproteine alleine ansteckend sind.“
Doch die Forscher ermittelten in ihrer Studie noch mehr Details: „Vermutlich sind die in der PMCA hergestellten infektiösen Partikel sehr klein und werden zum Teil aus dem Gehirn ausgeschwemmt. Unsere Interpretation ist, dass die in der PMCA hergestellten Prionen wirkliche, echte Prionen sind, aber etwas kleiner als die 'natürlichen' Prionproteine. Unsere Prionen zeigen jetzt aber die typischen Charakteristika und die ganz spezifische biologische Infektiosität. So können sie auch bei gesunden Tieren die entsprechenden Erkrankungen auslösen, Die neue Methode ist insgesamt ein wichtiges Werkzeug zur genauen Analyse der Struktur und molekularen Mechanismen der Proteine.", so Kretzschmar in den "Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).
(idw – Universität München, 19.10.2006 – DLO)
