50
9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006 https://translate.googleusercontent.com/translate_f 1/50 Page 1 Helsingin Sanomat 2006 Page 2 Deadly Peptides Horror Show Displays: The polypeptides which, if not folding, killing even a cow!

BSE-eng

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food microbiology

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Page 1

Helsingin Sanomat 2006

Page 2

Deadly Peptides

Horror Show

Displays:

The polypeptides which, if not folding,

killing even a cow!

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

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Marc Baumann

University of Helsinki

Medical Faculty

Biomedicum Helsinki

Phone: 09­19125200 / Fax: 09­19125206

e­mail: [email protected]

http://research.med.helsinki.fi/corefacilities/proteinchem

Page 3Page 4

Australia / Papua New Guinea in 1950

Page 5

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

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Vincent Zigas

Carleton Gajdusek

Page 6

KURU patient

Page 7

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KURU patients (children and women?)

Page 8

The brain is almost gone

KURU brain

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Page 9

Viruses are small packages of genetic material that

can reproduce only inside the cell

The virus theory

Page 10

infectious disease rehabilitation

foreign

substance

quantity

in the body

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

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Dates

Note: The time required for the emergence of the disease does not really add up KURU disease ...

Page 11

foreign matter antibody

identification

identification

identification

Page 12

Antibody production in mice does not succeed

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

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Note: KURU patients do not have anti­inflammatory and fever ...

Page 13

Sheep's story

Dr. Bill Hadlow contact ...

Page 14

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

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Scrapie in sheep suffering from the disease

(to scrape ...)

Page 15

Hadlow find out that:

Sheep brain

similar to

confusingly KURU

of patients

brains!

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

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Page 16

In the meantime, Americans

suddenly find that:

KURU patient

brain material

Transfer monkeys

leads monkey

sudden

death ... ???

Page 17

Human ­­­­> monkey

sheep ­­­­> lamb

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

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Page 18

Back to the future I

Let's for a moment

Germany

Beginning of the 1900s ...

Germany 1900 / Breslau

Page 19

Here, working

Dr. Creutzfeldt

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

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Germany 1900 / Breslau

Alois Alzheimer's

passing the booth

when ...

Page 20

23­year­old Bertha Elschker

is brought to the hospital Alois

Alzheimer's, led by department

Hans Gerhard Creutzfeldt in which

working ...

What Bertha sick ??

Page 21

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

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Bertha's brains resemble

confusingly later

discoverable KURU patient

brains!

Page 22

1913 Dr. Creutzfeldt

reported a new disease

which is named

Creutzfeldt­Jakob disease

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Page 23

Back to the Future II

The Americans take the opportunity to explore both

even though such diseases. Gadjusek does not believe that diseases

adhere to each other in any way ...

(Cadjusek makes a mistake ...)

Page 24

Stanley Prusiner presents itself ...

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Stanley B. Prusiner

Page 25

Stanley Prusiner does not believe Cadjusek'iä

but take sooloilemaan ...

Page 26

The cause of the disease can be isolated biochemical

methods (Stanley Prusiner)

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Gel filtration method

Page 27

KURU and CJD patient's brain found strange

threads

(electron microscopic image)

Page 28

Structure The study reveals the change in the shape of Prion protein

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Deadly

shape

Usual

shape

Page 29

Prion protein is present in almost

and nearly every cell

Each Object

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Page 30

Prion diseases caused by a protein known as other

KURU is only one shape among

Page 31

Why pathogenesis of the disease is so special?

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

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Prions are simple proteins, which are much smaller

as the smallest viruses. Prions contain no genetic material.

All other hitherto known for causing infectious diseases, substance

contain genetic material.

Page 32

Prions are not like parasites, namely parasites living in their host,

often resulting in long­term parasitic.

STILL prions present a very long­term diseases ...

Page 33

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

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Prions are also not the bacteria that protects the often strong

the wall so that they can remain free isännästään a long time.

STILL prions remain for many years ...

Page 34

A deadly form of prion spread in animals and humans

All known prion diseases are

deadly. Since the body's defense mechanism

does not recognize them as foreign, they will not be

antibodies. Sheep Scrapie disease

was discovered in the 1800's.

It has since spread to other animals

such as minkkiin, cats and cows,

through contaminated food.

Page 35

Symptoms of prion disease may be quite different shapes!

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Scrapie in sheep suffering from the disease scratches himself ...

Page 36

Prion protein can cause the disease itself, or hereditary

in the form of the genetic change.

New Guinea, the natives spread Kuru disease while eating

each other's brains (cannibalism).

Creutzfeldt­Jakob disease (CJD) often develops by itself, but the 10­

15% of the CJD disease due to inherited prion protein gene defect.

CJD sister disease, a deadly nukkumistauti (fatal familial insomnia

(FFI), Gerstmann or ­Sträussler­Scheinker disease (GSS), are always

perinöllisiä.

The new variant form of CJD is a type of spread 150 of the patient, the spreading of contaminated.

through the cow meat (mad cow disease in humans).

Human prion diseases

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Page 37

Different destroy prions in various parts of the brain

Prions destroy brain. The spongy shape is achieved when the nerve cells die.

The impact of the disease depend on which part of the brain is destroyed.

Cerebral cortex When this part is destroyed,

the patient loses his memory and mental level,

sometimes also in vision deteriorates (CJD).

Thalamus destruction of this part of the cause

deadly nukkumistaudin (FFI).

Cerebellum destruction in this section

cause a failure of muscle control.

(Kuru, GSS).

Brain stem spread to this part of the prion

cause mad cow disease. (BSE).

Page 38

Genetic mutations that cause differences in forms of the prion protein

when it is spread in different parts of the brain. Perinöllisessä

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

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nukkumistaudissa (familial insomnia (FFI), mutoitunut prion

(purple squares) collects thalamus. As a result, the patient can not

no longer sleep. Creutzfeldt­Jakob's disease, prion protein accumulates in

mainly cerebraalisen cortex area (the red dots and regions).

Page 39

Dr. Jekyllista Dr. Hydeksi

Prionproteiini can adopt two different three­dimensional structure.

Normal form (PrPC) can be deformed deadly

(PrPSc) form. The change causes a chain reaction whereby

an increasing number of PrPC turns into PrPSc muotoon.Kun PrPSc protein

has formed enough to start protein säikeistyä. These threads

tuohoavat nerve cells. PrPSc is extremely durable. It will not be destroyed

even at high temperatures, no radiation or harsh chemicals.

Page 40

Prion diseases may be transmitted to three different

1. Horizontal transmission eg. Sheep

cow (BSE).

2. Perinöllisesti, mutations in the prion protein

transfer the disease from an older child.

3. The disease can occur spontaneously.

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4. The disease can move iatrogenic

The spread of BSE infectivity disease

When a cow eats fodder which is made of sheep

parts of the carcase, prions are transferred from the rumen

nerve cells from where they are transported to the brain.

Here prions accumulate and change

the normal prion protein sick

PrPSc. Years later, BSE created

when enough of the wrong format was born.

Nerve cells die and the death of the cow begins.

Page 41

Iatrogenic transmission

Brain tissue example ....

Page 42Page 43

Kuru epidemic started long ago and has decreased since 1950.

The epidemic of mad cow disease began in 1985 when approx. 170 000 cows had fallen ill.

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Kuru disease Mad cow disease

This image shows how the disease disappeared

among the natives when they stopped

kannibalisimin. In children, the disease disappeared

faster than adults.

Sairastumisaika the disease is up to 30 years.

This picture shows the BSE epidemic

the spread. It reached a maximum

its value in 1992 when 37,000 animals became ill

the same year. When the feed was discontinued,

The occurrence of BSE decreased considerably.

How long will people get sick?

Page 44Page 45Page 46

What happens with

the prion?

==> Not much

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Page 47

Celebrated a moment in history ...

And is considered the prion is really about?

Back to the Future III

Page 48

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

https://translate.googleusercontent.com/translate_f 26/50

Germany 1900

Page 49

Alois Alzheimer's disease

What did Alois Alzheimer?

Page 50

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

https://translate.googleusercontent.com/translate_f 27/50

Amyloid deposits comprise threads

(electron microscopic image)

Page 51

APP

The strands consist of only a small part of the protein

Page 52Page 53

A good form of Alzheimer's protein

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A deadly form of Alzheimer's protein

Page 54

Structure The study reveals the change in the form of Alzheimer's protein

Deadly

shape

Usual

shape

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https://translate.googleusercontent.com/translate_f 29/50

Page 55

Why such proteins

kill ???

"Glue" theory

Page 56

Alzheimer's disease, research has shown that ...

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

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Page 57

Good shape deadly form

All AD genetic

Risk factors cause

incorrect folding

reproduction.

SDS­PAGE Binding Assay

Page 58

How wrong folding

due to ???

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

https://translate.googleusercontent.com/translate_f 31/50

Page 59

Alzheimer's amyloid precursor protein

sA β

Page 60

Critical amino acids

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Page 61

Critical amino acids physico­chemical properties:

Alzheimer's Amyloid

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Page 62

Prion protein amino acids critical area

Page 63

Is this enough?

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https://translate.googleusercontent.com/translate_f 34/50

Page 64

Prion hypothesis proven?

Spongiform Diseases:

Waiting for the Final Experiment

Science, Dec 16, 2005

Page 65

Fishing Säikeistyvien proteins

will be critical amino acids and search for

a computer in the protein data banks

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

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similar amino acids other

proteins

Page 66

... .MSSY AFFV QT ....

... .HQKL VFFA ED ....

Random database search ...

Amphoterin

Alzheimer's Amyloid

Baumann et al (2000) Biochem. J. 349: 77­84

Page 67

Critical amino acids physico­CHEMICAL properties:

Amphoteriini

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

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Baumann et al (2000) Biochem. J. 349: 77­84

Page 68

GKGDPKKPRGKMSSY AFFV QTCREEHKKKH

PDASVNFSEFSKKCSERWKTMSAKEKGKFE

DMAKADKARYEREMKTYIPPKGETKKKFKD

PNAPKRPPSAFFLFCSEYRPKIKGEHPGLS

IGDVAKKLGEMWNNTAADDKQPYEKKAAKL

KEKYEKDIAAYRAKGKPDAAKKGVVKAEKS

KKKKEEEDDEEDEEDEEEEEEEEDEDEEED

DDDE

Amphoteriinin sequence

Page 69

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

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GKGDPKKPRGKMSSY AFFV QTCREEHKKKH

PDASVNFSEFSKKCSERWKTMSAKEKGKFE

DMAKADKARYEREMKTYIPPKGETKKKFKD

PNAPKRPPSAFFLFCSEYRPKIKGEHPGLS

IGDVAKKLGEMWNNTAADDKQPYEKKAAKL

KEKYEKDIAAYRAKGKPDAAKKGVVKAEKS

KKKKEEEDDEEDEEDEEEEEEEEDEDEEED

DDDE

Endo­Lys Endo­Lys

Page 70

Formed Amphoteriinin Thread

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

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Page 71

ApoE

Amphoteriini

and apoE

togetherSDS­PAGE Binding Assay

Page 72

ApoE

Amphoteriini

and apoE

togetherSDS­PAGE Binding Assay

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

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Page 73

Can we predict who will do

amyloid and säikeistyy ??

Chou and Fasman ....

Page 74

1.1

1.3

1.5

Alpha­helix

Beta­sheet Beta­sheet

Secondary structure prediction

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

https://translate.googleusercontent.com/translate_f 40/50

0.5

0.7

0.9

MSSYAFFVQTC

0.6

0.8

1

1.2

1.4

SNNFGAILSS

NGNCFILD

HQKLVFFAE

Beta­turn

Beta­turn

Beta­sheet

Alpha­helix

Alpha­helix

Beta­turnAmphoterin fragment

Islet amyloid fragment Alzheimer's amyloid fragment

Beta­sheet

Alpha­helix

Beta­turn

Gelsolin fragmentProtein­x

Page 75

In Conclusion

Amyloids are quite naturally occuring

risk factors for the life ...

Which the nature can just sometimes

not deal with.

They form Spontaneously by mutations

Which are only controlled by the evolution.

BAD LUCK ... or ???

Page 76

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

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So we are dealing with just an ordinary and quite

with the general case. In nature, there are many

prion­like proteins. All

they way interfere with the body's activities,

some more than others. The worst killing

fast, non­hazardous slower.

Page 77

The Yeast story ...

Yeast uses a prion­like protein to control for its life

in various environmental conditions.

It keeps this protein in an amyloid­like form if it is not

needed ...

When needed, it can produce the same protein in a

soluble form.

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

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Page 78

Will this story here ???

?

Page 79

BREAKING NEWS

Reuters: Mad cow disease in Croatia

From Correspondents in Zagreb, February 17, 2006

CROATIA today said it had detected bovine spongiform

encephalopathy (BSE) in a dead heifer (cow), in the country's

first case of mad cow disease.

18 Feb 2006

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

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No More Additional Cases of Mad Cow Disease in Canada

23 Feb 2006

New mad cow case to reported in Poland

Page 80

What About Other Animal TSE's?

One case of BSE in the US

TSE's has been found in the United States:

Scrapie in sheep and goats, transmissible mink

encephalopathy, and chronic wasting disease of deer and

elk.

Elk are deer and mink mink ???

Mink are feeding the BSE feed and

is released exactly where moose are !!!

Page 81

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

https://translate.googleusercontent.com/translate_f 44/50

Prion protein amino acids critical area

Page 82Page 83Page 84

Not so bad that something

silver lining ...

Page 85

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

https://translate.googleusercontent.com/translate_f 45/50

SCIENCE, 3/2007

Page 86

Amyloids always occur

two forms.

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Page 87

Amyloidogenic

proteins

Pathogenic

form

Non­pathogenic

form

Page 88

Amyloidogenic

conformation

Non­amyloidogenic

conformation

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

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Page 89

DAEFRHDSGYEVHHQK LVFFA EDVGSNKGAIIGLMVGVVIA

1 42

A β 1­42

N C APPA β1 695

Sequences of Alzheimer's β ­sheet breaker peptides

iA β 11 RDLPFFPVPID

iA β 9 RDLPFFPVD

iA β 7 LPFFPVD

iA β 6 LPFFVD

iA β 4 LPFF

iA β 3 PFF

iA β 5 LPFFD

β ­sheet breaker peptides

Soto and Baumann (1996) Biochem. Biophys. Res.Commun. 226: 672­680

Page 90

Activity of a β ­sheet breaker peptide

In vitro activity Activity in cells

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

https://translate.googleusercontent.com/translate_f 48/50

Activity in the rat model

TreatmentControl

TreatmentControl

TreatmentControl

Page 91

Some amino acid polymorphisms in the PrP of human, sheep,

and mouse appear to Influence the onset and phenotype of

prion disease

Notably, position 166 (129 in human) is polymorphic

for the Met or Val in human PrP and modulates protease

sensitivity of PrPSc.

All cases of vCJD to date, the novel human variant caused by the

BSE prion strain from cattle, are Homozygous for Met166. However,

Heterozygosity is not a general protective feature.

Residues 127­157 play a major role in the PrPC / PrPSc interface.

Page 92

Degree Susceptibility to scrapie can now be Established by molecular techniques

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https://translate.googleusercontent.com/translate_f 49/50

Scrapie is a fatal, degenerative disease affecting the central nervous system of sheep

and goats. It is one of the transmissible spongiform encephalopathies (TSEs). The

infectious agent is a prion That does not cause detectable immunitary or inflammatory

response. So no external signals are visible in the first step of the disease. Infected Flocks

can contain a high percentage of Susceptible animals. Animals sold from infected Flocks

can spread to other Scrapie Flocks.

Since no vaccine or therapeutic means are currently available, scrapie control programs

rely on is the selective breeding of scrapie resistance individuals.

Genetically, susceptibility to scrapie is largely controlled by three polymorphic amino

acid positions of the ovine prion protein gene and reliable genotyping of Corresponding

DNA polymorphism can be used as a basis for selection Decisions.

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GenotypeGroup NSP * Degree of resistance / susceptibility to scrapie

ARR / ARR Sheep That are Genetically resistant to scrapie

ARR / ahq Sheep That are Genetically resistant to scrapie, but will need

ARR / ARH careful selection when used for further breeding

ARR / ARQ

ARQ / ARH Sheep That Genetically have little resistance to scrapie and

ARQ / ahq will need careful selection when used for further breeding

Ahq / ahq

ARH / ARH

Ahq / ARH

ARQ / ARQ

ARR / VRQ Sheep That are Genetically Susceptible to scrapie and shouldnt

not be used for breeding Unless in the context of controlled

breeding program

Ahq / VRQ That Sheep are highly Susceptible to scrapie ans shouldnt

ARH / VRQ not be used for breeding

ARQ / VRQ

9/13/2015 Helsingin Sanomat 2006

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VRQ / VRQ