История Нобелевской премии 1997 года началась, пожалуй, еще до рождения самого лауреата, за 77 лет до вручения. В 1920 году немецкий нейрофизиолог Ганс Герхард Крейцфельдт (правильнее — Кройцфельдт) (рис. 1, слева) описал весьма необычное заболевание: расстройства поведения и зрения, нарушение координации движений, эпилептические припадки и, как следствие, смерть. Годом позже его соотечественник и коллега, невропатолог Альфонс Мария Якоб (рис. 1, справа) не просто описал симптоматику, но и связал ее с поражениями рогов спинного мозга и пирамидной системы. Так мир узнал о губчатой энцефалопатии, она же — болезнь Крейцфельдта-Якоба (БКЯ), она же — человеческая ипостась коровьего бешенства.

Понимание того, что подобные заболевания носят инфекционную природу, пришло более чем 30 лет спустя. В 1957 году американский вирусолог словако-венгерского происхождения Карлтон Гайдушек (рис. 2) продолжил работы окружного австралийского врача Винсента Зигаса, который с 1953 года изучал странное заболевание, поражавшее коренное население Папуа — Новой Гвинеи. Тогда эта территория находилась под австралийским управлением. Аборигены племени форе называли это странное состояние «куру».

Cлово «куру» переводится как «тряска, дрожь» или «порча». Другое название болезни — «смеющаяся смерть» — целиком на совести газетчиков. Конечно, иногда она сопровождается дерганием головы и странной «сардонической» улыбкой, но всё-таки главный симптом — дрожь, а потом уж и смерть — максимум через год.

Распространялась болезнь весьма страшным способом — через ритуальный каннибализм. Человек ел мозг инфицированного или заболевшего куру (не специально выбирая, конечно) и заражался сам. Потом, когда каннибализм удалось искоренить, исчезла и болезнь. Хотя вспышки наблюдались еще в течение 30 лет: инкубационный период у болезни куру рекордный — до полувека.

Гайдушеку удалось экспериментально установить инфекционный характер заболевания [1], однако он сам считал, что куру (и БКЯ, инфекционную природу которой установил он же) вызывается некими «медленными вирусами». Ведь он был вирусологом. Тем не менее, в 1976 году именно за это открытие он получил Нобелевскую премию (вместе с исследователем гепатита В Барухом Бламбергом). Кстати, «премиальные» Гайдушек пожертвовал племени форе.

Следующий шаг сделали британцы — радиолог Тивах Альпер и математик Джон Стенли Гриффит — в  1960-х годах. Они независимо друг от друга предположили [2, 3], что загадочный болезнетворный агент слишком мал для вирусов — уж очень велика доза ионизирующего излучения, необходимая для того, чтобы уничтожить половину инфекционных частиц (чем меньше размер объекта, тем меньше вероятность попадания в него заряженной частицы, значит, нужно больше частиц). Вывод напрашивался сам собой: если не вирусы, то... белки́. Кстати, потом эту теорию высоко оценил Френсис Крик.

И вот тут настал черёд выхода на сцену нашего героя — Стэнли Прузинера.

Надо сказать, что Стэнли — очередной нобелиат с российскими корнями. В 1896 году его дед по отцовской линии, Беня Прузинер (Пружинер), эмигрировал в США из Москвы. Как писал сам ученый в автобиографии, опубликованной на сайте Нобелевского комитета [4], его жизнь нетипична для американца: родился на Среднем Западе, учился на Востоке, а живет на классическом Западе. Свое имя он получил в честь брата отца, умершего в возрасте 24 лет от лимфомы Ходжкина. Его отец был военным моряком, прошедшим Вторую мировую войну и потом участвовавшим в испытании первой американской водородной бомбы.

Средняя школа Walnut Hills запомнилась Прузинеру исключительно пятилетним курсом латыни (которая, по его словам, потом сильно помогла писать научные статьи), а так показалась скучной. Другое дело — Университет Пенсильвании. Вот тут было много интересных курсов, великих ученых и замечательных умных студентов. Кстати, как отмечает сам лауреат, в Пенне он прошел и первоклассный курс истории России.

Бакалавриат Прузинер закончил по химии, но потом остался в местном меде, где изучал сначала гипотермию, а затем — флюоресценцию жировой ткани сирийских хомячков (!). Интернатуру он проходил уже в Калифорнийском университете, параллельно продолжая карьеру в знаменитом Национальном институте здоровья (NIH), где он изучал ферменты глутаминазы бактерии E. coli под руководством Эрла Стадтмана. Устраиваясь в институт, он долго колебался — сможет ли, однако привилегии, которые давал NIH, перевесили. Результат трех лет работы сам Прузинер описывает коротко: выжил.

Наш герой впервые столкнулся с якобы «медленным вирусом» в 1972 году, когда приступил к работе в отделении неврологии Калифорнийского университета (Сан-Франциско). Всего через два месяца после начала работы у него умерла пациентка — от необратимых повреждений мозга (рис. 3), вызванных болезнью Крейцфельдта-Якоба. Именно тогда он узнал, что ученые до сих пор не уверены, что эту болезнь вызывают именно вирусы. И честолюбивый молодой врач решил, что открытие молекулярной структуры возбудителя CJD — такой английской аббревиатурой обозначается в литературе БКЯ — станет хорошим началом самостоятельной научной карьеры.

Два года работы с литературой дали Прузинеру понять: это будет непросто. Тем не менее, он открыл свою лабораторию в 1974 году, хотя для поддержки работ по изучению БКЯ ему пришлось писать заявки на гранты по глутаматному метаболизму. «Скучно, но у меня был опыт», — пишет Прузинер.

В итоге первая статья о выделении нового агента — белка-приона — вышла только в 1982 году [5]. Собственно говоря, именно Прузинер и является автором термина «прион». Это название — «склейка» двух английских слов: proteinaceous infection (белковая инфекция). Статья вызвала настоящую бурю — медицина вообще консервативна, но предположить, чтобы заболевания передавались белками? Далеко не все приняли эту концепцию. Собственно говоря, Гайдушек так и не признал открытие Прузинера до своей смерти в 2008 году. Тем не менее, наука развивалась.

Через некоторое время стало понятно, что прионы — это не новая форма жизни, а собственные белки человека, ставшие патогенными из-за изменения конформации*. Оно может быть вызвано разными причинами — от внешних воздействий до генетических изменений. Десять лет спустя Прузинер выпустил солидный итоговый труд — «Молекулярную биологию прионных болезней» [6]. Ну а еще через шесть лет пришла долгожданная Нобелевская премия. Мы же в заключении рассказа приведем две важные цитаты из выступления Прузинера на банкете после вручения премии [7].

* — Так называемые конформационные болезни связаны с трансформацией α-спиральных участков белковой молекулы в ригидные β-листовые с последующей агрегацией и полимеризацией таких молекул в токсичные для клеток амилоидные сфероиды и фибриллы (внутриклеточные депозиты, «бляшки») [8]. Список белков, способных формировать амилоидные агрегаты, постепенно расширяется. Наиболее известны: β—амилоид и тау-белок (болезнь Альцгеймера), прионный белок БКЯ, α-синуклеин (болезнь Паркинсона), хантингтин (болезнь Хантингтона), β₂-микроглобулин (диализный амилоидоз). Амилоидозы развиваются медленно, часто десятилетиями.

Амилоидозы делятся на неинфекционные («возрастные» нейродегенеративные заболевания) и инфекционные — трансмиссивные спонгиоформные (губчатые) энцефалопатии — прионные болезни куру, БКЯ, скрэпи (почесуха) овец и др. Прионными являются и такие наследственные заболевания, как синдром Герстманна-Штраусслера-Шейнкера и фатальная семейная бессонница человека.

Возбудитель прионных болезней — это мутантная (инфекционная) форма обычного, особенно активно синтезируемого в нервной ткани, прионного белка млекопитающих — PrP^c (верхний индекс «с» — cellular, клеточный). Переход PrP^c в патологическую форму (PrP^sc, «sc» — от скрэпи) — склонную к β-агрегации, устойчивую к протеазам и физическим факторам, «заразную» — возникает или спонтанно, или при контакте с PrP^sc [9]. Но контактировать должны белки с очень сходной аминокислотной последовательностью (!), поэтому случаи межвидового заражения нечасты.

Что служит провоцирующим фактором превращения нормальных белков, выполняющих какие-то базовые и важные функции (возможно, связанные с клеточным циклом, врожденным иммунитетом [10]) в патогенные — пока не известно (кроме располагающих мутаций в их генах, конечно). Предполагается, что «инфекционность» прионных и иных амилодных белков проявляется только в «содружестве» с другими молекулами: модуляторами конверсии нормальных белков в патогенные могут выступать специфические нуклеиновые кислоты и гликозаминогликаны [11]. Сродство это предлагается использовать и в терапевтических целях.

Вообще, белки, склонные к β-агрегации, встречаются не только у млекопитающих, их эволюционные корни уходят очень глубоко. Относительно недавно амилоидные агрегаты обнаружили у дрожжей, однако особых цитотоксических свойств они не проявляли.

Куда интереснее оказалось обнаружение прионоподобных свойств у белка-инициатора репликации бактериальных плазмид. Домен белка RepA, претерпевающий соответствующие конформационные перестройки при контакте с двухцепочечной ДНК в origin репликации, был назван прионоид. Этот домен (особенно содержащий единственную аминокислотную замену) способен вызывать передающуюся только «вертикально» амилоидную протеинопатию у E. coli и уже без контакта с ДНК инициировать агрегацию молекул гомологичного белка в растворе in vitro [12]. Судя по всему, такие конформационные перестройки лежат в основе регуляции копийности плазмид [13], а это уж совсем древний и базовый процесс. Но всех ведь интересует, чем ещё помимо микробиологических и эволюционных «маленьких прозрений» полезны эти исследования? Дело в том, что разработанная авторами [12] система — самая простая и безопасная модель для изучения первичных процессов, запускающих прионные и прочие нейродегенеративные заболевания: исключается куча эукариотических «помех», легко экспериментировать с любыми «переключателями» конформаций и т.д.

Так что наступление на конформационные болезни ведется по всем фронтам, правда, успехи пока довольно скромные. — Ред.

«Люди часто спрашивают меня, почему я упорствовал в исследовании столь спорного предмета. Я обычно отвечаю, что всего лишь нескольким ученым выпала великая удача изучать темы, столь новые и необычные, что только небольшое число людей может осознать значение таких открытий с самого начала. Я — один из тех по-настоящему везучих ученых, которому представилась особая возможность работать над такой проблемой — проблемой прионов».

«Быть ученым — особая привилегия, дающая возможность быть творческим, страстно искать ответы на самые сокровенные тайны природы и иметь теплые дружеские отношения со многими коллегами. Сотрудничество наше простирается далеко за пределы научных успехов; не важно, насколько велики достижения — крепкая дружба, у которой нет национальных границ, ценится еще больше».

Литература

1. Gajdusek D.C., Gibbs C.J., Alpers M. (1966). Experimental transmission of a Kuru-like syndrome to chimpanzees. Nature. 209, 794-796;
2. Alper T., Cramp W.A., Haig D.A., Clarke M.C . (1967). Does the agent of scrapie replicate without nucleic acid? Nature. 214, 764–766;
3. Griffith J.S. (1967). Self-replication and scrapie. Nature. 215, 1043–1044;
4. Биография С.Б. Прузинера на сайте Нобелевского комитета;
5. Prusiner S.B. (1982). Novel proteinaceous infectious particles cause scrapie. Science. 216, 136–144;
6. Prusiner S.B. (1991). Molecular biology of prion diseases. Science. 252, 1515–1522;
7. Речь С.Б. Прузинера на нобелевском банкете (1997).;
8. Альцгеймеровский нейротоксин: ядовиты не только фибриллы;
9. Прионы: исследования таинственных молекул продолжаются;
10. Возможно, β-амилоид болезни Альцгеймера — часть врождённого иммунитета;
11. Silva J.L., Vieira T.C., Gomes M.P., Rangel L.P., Scapin S.M., Cordeiro Y. (2011). Experimental approaches to the interaction of the prion protein with nucleic acids and glycosaminoglycans: Modulators of the pathogenic conversion. Methods. 53, 306–317.;
12. Giraldo R., Moreno-Diaz de la Espina S., Fernandez-Tresguerres M.E., Gasset-Rosa F. (2011). RepA-WH1 prionoid. A synthetic amyloid proteinopathy in a minimalist host. Prion. 5, 60–64;
13. Torreira E., Moreno-Del Álamo M., Fuentes-Perez M.E., Fernández C., Martín-Benito J., Moreno-Herrero F. et al. (2015). Amyloidogenesis of bacterial prionoid RepA-WH1 recapitulates dimer to monomer transitions of RepA in DNA replication initiation. Structure. 23, 183–189..