CJD專欄--4. Prusiner 提出 prion 理論
另一重大的進展歸功於Prusiner。1972年，當Prusiner還是加州大學舊金山分校醫院的神經科住院醫師時，曾照顧過一位CJD的病人，這位病人後來不幸去世了，卻引起他研究這個疾病的興趣。
Prusiner一開始從文獻中得知，羊隻的搔癢症、人類的CJD及kuru症都可以由罹病的腦組織之萃取物傳染給健康的動物，而其病原可能是一種慢性病毒，然而一直到那時候都沒有人找到這種病毒。
在查閱文獻的過程之中，Prusiner偶然發現一篇由倫敦Hammersmith一位名叫Alper的醫師所發表的文章。在文章中她提到將搔癢症的羊隻的腦萃取物，經過放射線或紫外線的照射之後，破壞了核酸，理應讓這些物質喪失傳染性。然而，那些罹病的腦的萃取物，在經過上述方法處理之後，依然具有傳染力。所以Alper推測，羊搔癢症的病原，可能不具有核酸的成份。也就是說，病原不是病毒或細菌；但問題是，不是病毒，不是細菌，那又會是什麼？
Prusiner在1974年有了自己的實驗室之後，就開始嘗試純化出搔癢症的羊腦內的傳染物質。早期的研究結果，雖然一直失敗，沒能找出病原，但Prusiner的發現和Alper一樣，這病原應該不含核酸。但是如果將腦萃取液經過蛋白質的變性處理之後，卻可以降低傳染性，於是他就臆測這個病原的主要成份應該是蛋白質，Prusiner就將這種病原稱之為prion，意思是proteinaceous infectious particles。Prusiner在1982年純化出導致搔癢症的蛋白質，並稱此蛋白質為PrP，就是prion protein的意思。
Prusiner 雖然以經發現病原的主要成份，但是他也承認在當時無法完全排除核酸的存在。所以在找到了PrP之後，接下來的問題就是：究竟是prion將一段DNA帶入了細胞內，或是PrP的基因本來就存在於細胞之中？Prusiner於是與California Institute of Technology的Hood合作，先辨認出位於PrP蛋白一端的15個胺基酸的序列，然後根據這一段胺基酸序列做出一個探針(probe)。利用這個探針，讓蘇黎士大學 Weissmann實驗室裡的Oesch發現在倉鼠(hamster)的細胞中含有PrP基因。也差不多在那個時候，在NIH Rocky Mountain實驗室裡的Chesebro也做出他自己的探針，並且利用他自己的探針證實在老鼠的細胞裡也有PrP基因。利用這種方法，證實在哺乳動物的細胞內都存有PrP基因。而更重要的是，這些動物卻沒有生病。
至此，Prusiner似乎犯了一個不小的錯誤，他以前以為是病原的PrP，似乎和Prion疾病沒有什麼關係。可是明明找到PrP，為什麼又和疾病沒有相關呢？
Prusiner臆測PrP可能有兩種型式：一種會致病，而另外一種不會。他的臆測得自於一項很重要的線索：這是因為當時他所用的實驗方法，從罹患搔癢症的病羊身上所得到的PrP，是不會被protease分解的PrP。因為在細胞內的大多數的蛋白質都很容易被分解，所以Prusiner就假設正常的PrP較易被分解掉。在他的實驗室裡有一位叫Barry的學者，果真找出了這種會被protease分解掉的PrP。於是Prusiner將正常PrP蛋白質稱作 cellular PrP 而將會傳染疾病的PrP，也就是不會被protease分解的PrP稱作 scrapie PrP。現在 scrapie PrP 這個名詞，就用以表示會造成人類或是動物的prion疾病的PrP。
接著，Prusiner想直接由PrP基因做出PrP，然後再將製造出來的PrP打到動物的體內。如果在注射之後動物會發病，那就表示PrP可以傳染疾病。然而在1986年時，這樣的計劃不可行。這是因為：第一，很難誘發PRNP基因去產生大量的PrP。第二，則是做出來的PrP都是正常的PrP。Prusiner不得不改用其他的方式來證明PrP在沒有核酸的情況下也可以傳播疾病。他們從家族性的prion疾病著手研究。
在人類身上，有一些prion疾病具有家族性。在1988年，Prusiner和他的同事Hsiao一起合作，從一個Gerstmann-Straussler-Scheink (GSS)症的病人身上找出一段PrP的基因，然後和正常人的PrP基因做比較；相較之下，發現了一個點突變(point mutation)。而這個點突變，會改變codon102的遺傳訊息，而將PrP蛋白質上的一個proline變成leucine。之後再藉由倫敦Northwick park 醫院的Crow及紐約市Columbia大學裡的Ott等人的協助，從很多GSS的病人身上的PrP基因中，都能找到相同的點突變。之後6年，他們發現了18個與疾病相關的基因突變。由於疾病及基因突變之間有很強的關連性，讓Prusiner證實了基因突變是病因。
而這些發現同時也佐證致病的PrP基因原本就存在於細胞之中，並不是PrP將一段核酸帶入細胞之後才致病。
前述Prusiner證實PrP有兩種型式：一種是正常，另一種會致病。但是正常的celluler PrP 與致病的scrapie PrP 究竟有何不同？對於這個問題， Prusiner先是得知致病的scrapie PrP 與正常的cellular PrP 的胺基酸序列是一樣的。而胺基酸序列相同的蛋白質分子，可以用化學物質來改變其活性。有了這些基本的概念之後，Prusiner才會推測兩者的差別只是型態上的差異。
在Prusiner團隊中一位叫Pan的研究人員發現正常的PrP 主要是α-helix的次級結構；而致病的scrapie PrP 則是由β-strand所組合而成的β-sheet結構。而後，由Rocky mountain實驗室的Caughey以及MIT的Lansbury所做的實驗，也可以證實致病的 scrapie PrP 可由正常的cellular PrP 轉變而來：他們將正常的cellular PrP 與致病的 scrapie PrP 蛋白質一起放在試管中，結果正常的PrP 也會變成scrapie PrP。
Prusiner建立的prion學說，其中的三項主要成就：第一、是證實病原的主要成份是蛋白質。第二、證實這一類疾病不僅可以傳染，也可以遺傳。第三、正常的cellular PrP 與致病的scrapie PrP 只是型態上的差異。這些觀念上的突破，讓Prusiner於1997年得到諾貝爾獎。
也因為這一群學者的努力，才使得這一大群有關於人和動物的疾病，能有今日的面貌，通稱為傳播性海綿樣腦症 (transmissible spongiform encephalopathy) 或稱為prion疾病。CJD 隸屬於其中之一。
Prusiner一開始從文獻中得知，羊隻的搔癢症、人類的CJD及kuru症都可以由罹病的腦組織之萃取物傳染給健康的動物，而其病原可能是一種慢性病毒，然而一直到那時候都沒有人找到這種病毒。
在查閱文獻的過程之中，Prusiner偶然發現一篇由倫敦Hammersmith一位名叫Alper的醫師所發表的文章。在文章中她提到將搔癢症的羊隻的腦萃取物，經過放射線或紫外線的照射之後，破壞了核酸，理應讓這些物質喪失傳染性。然而，那些罹病的腦的萃取物，在經過上述方法處理之後，依然具有傳染力。所以Alper推測，羊搔癢症的病原，可能不具有核酸的成份。也就是說，病原不是病毒或細菌；但問題是，不是病毒，不是細菌，那又會是什麼？
Prusiner在1974年有了自己的實驗室之後，就開始嘗試純化出搔癢症的羊腦內的傳染物質。早期的研究結果，雖然一直失敗，沒能找出病原，但Prusiner的發現和Alper一樣，這病原應該不含核酸。但是如果將腦萃取液經過蛋白質的變性處理之後，卻可以降低傳染性，於是他就臆測這個病原的主要成份應該是蛋白質，Prusiner就將這種病原稱之為prion，意思是proteinaceous infectious particles。Prusiner在1982年純化出導致搔癢症的蛋白質，並稱此蛋白質為PrP，就是prion protein的意思。
Prusiner 雖然以經發現病原的主要成份，但是他也承認在當時無法完全排除核酸的存在。所以在找到了PrP之後，接下來的問題就是：究竟是prion將一段DNA帶入了細胞內，或是PrP的基因本來就存在於細胞之中？Prusiner於是與California Institute of Technology的Hood合作，先辨認出位於PrP蛋白一端的15個胺基酸的序列，然後根據這一段胺基酸序列做出一個探針(probe)。利用這個探針，讓蘇黎士大學 Weissmann實驗室裡的Oesch發現在倉鼠(hamster)的細胞中含有PrP基因。也差不多在那個時候，在NIH Rocky Mountain實驗室裡的Chesebro也做出他自己的探針，並且利用他自己的探針證實在老鼠的細胞裡也有PrP基因。利用這種方法，證實在哺乳動物的細胞內都存有PrP基因。而更重要的是，這些動物卻沒有生病。
至此，Prusiner似乎犯了一個不小的錯誤，他以前以為是病原的PrP，似乎和Prion疾病沒有什麼關係。可是明明找到PrP，為什麼又和疾病沒有相關呢？
Prusiner臆測PrP可能有兩種型式：一種會致病，而另外一種不會。他的臆測得自於一項很重要的線索：這是因為當時他所用的實驗方法，從罹患搔癢症的病羊身上所得到的PrP，是不會被protease分解的PrP。因為在細胞內的大多數的蛋白質都很容易被分解，所以Prusiner就假設正常的PrP較易被分解掉。在他的實驗室裡有一位叫Barry的學者，果真找出了這種會被protease分解掉的PrP。於是Prusiner將正常PrP蛋白質稱作 cellular PrP 而將會傳染疾病的PrP，也就是不會被protease分解的PrP稱作 scrapie PrP。現在 scrapie PrP 這個名詞，就用以表示會造成人類或是動物的prion疾病的PrP。
接著，Prusiner想直接由PrP基因做出PrP，然後再將製造出來的PrP打到動物的體內。如果在注射之後動物會發病，那就表示PrP可以傳染疾病。然而在1986年時，這樣的計劃不可行。這是因為：第一，很難誘發PRNP基因去產生大量的PrP。第二，則是做出來的PrP都是正常的PrP。Prusiner不得不改用其他的方式來證明PrP在沒有核酸的情況下也可以傳播疾病。他們從家族性的prion疾病著手研究。
在人類身上，有一些prion疾病具有家族性。在1988年，Prusiner和他的同事Hsiao一起合作，從一個Gerstmann-Straussler-Scheink (GSS)症的病人身上找出一段PrP的基因，然後和正常人的PrP基因做比較；相較之下，發現了一個點突變(point mutation)。而這個點突變，會改變codon102的遺傳訊息，而將PrP蛋白質上的一個proline變成leucine。之後再藉由倫敦Northwick park 醫院的Crow及紐約市Columbia大學裡的Ott等人的協助，從很多GSS的病人身上的PrP基因中，都能找到相同的點突變。之後6年，他們發現了18個與疾病相關的基因突變。由於疾病及基因突變之間有很強的關連性，讓Prusiner證實了基因突變是病因。
而這些發現同時也佐證致病的PrP基因原本就存在於細胞之中，並不是PrP將一段核酸帶入細胞之後才致病。
前述Prusiner證實PrP有兩種型式：一種是正常，另一種會致病。但是正常的celluler PrP 與致病的scrapie PrP 究竟有何不同？對於這個問題， Prusiner先是得知致病的scrapie PrP 與正常的cellular PrP 的胺基酸序列是一樣的。而胺基酸序列相同的蛋白質分子，可以用化學物質來改變其活性。有了這些基本的概念之後，Prusiner才會推測兩者的差別只是型態上的差異。
在Prusiner團隊中一位叫Pan的研究人員發現正常的PrP 主要是α-helix的次級結構；而致病的scrapie PrP 則是由β-strand所組合而成的β-sheet結構。而後，由Rocky mountain實驗室的Caughey以及MIT的Lansbury所做的實驗，也可以證實致病的 scrapie PrP 可由正常的cellular PrP 轉變而來：他們將正常的cellular PrP 與致病的 scrapie PrP 蛋白質一起放在試管中，結果正常的PrP 也會變成scrapie PrP。
Prusiner建立的prion學說，其中的三項主要成就：第一、是證實病原的主要成份是蛋白質。第二、證實這一類疾病不僅可以傳染，也可以遺傳。第三、正常的cellular PrP 與致病的scrapie PrP 只是型態上的差異。這些觀念上的突破，讓Prusiner於1997年得到諾貝爾獎。
也因為這一群學者的努力，才使得這一大群有關於人和動物的疾病，能有今日的面貌，通稱為傳播性海綿樣腦症 (transmissible spongiform encephalopathy) 或稱為prion疾病。CJD 隸屬於其中之一。
留言
張貼留言