Прионы грибов

Формирование прионов [PSI+] отменяет накопление красного пигмента, образующегося в результате мутации в гене ade1 (снизу), в результате чего колонии дрожжей становятся белыми (сверху)

Прионы грибов — это наследуемые белковые агрегаты, способные передаваться между клетками без участия нуклеиновых кислот внутри грибов. В отличие от прионов, вызывающих заболевания у животных и человека, грибные прионы не обязательно патогенны и могут выполнять регуляторные функции в клетке.

Грибные прионы впервые были описаны у дрожжей Saccharomyces cerevisiae и выявлены у ряда других грибов. Они представляют собой белки с аномальной конформацией, способные индуцировать такое же состояние у своих нормальных аналогов. Основной механизм их наследования связан с самоподдерживающейся измененной структурой, передающейся в ходе клеточного деления.

Исследование грибных прионов играет важную роль в понимании механизмов эпигенетического наследования и белковой агрегации, что может способствовать изучению заболеваний, связанных с прионами у животных и человека. Кроме того, грибные прионы рассматриваются как потенциальные инструменты для биотехнологии и синтетической биологии.

История

Белки, способные к передаче их конформации по наследству, то есть неменделевской наследственности, были открыты у дрожжей Saccharomyces cerevisiae Ридом Уикнером (англ. Reed Wickner) в начале 1990-х. Из-за сходства с прионами млекопитающих эти альтернативные наследуемые конформации белков были названы прионами дрожжей. Позже прионы были открыты и у гриба Podospora anserina.

Группа Сьюзан Линдквист (англ. Susan Lindquist) из Института Уайтхед показала, что некоторые прионы грибов не связаны с каким-либо болезненным состоянием, а могут играть полезную роль. Однако, исследователи из NIH предоставили аргументы в пользу того, что прионы грибов могут снижать жизнеспособность клеток[1]. Поэтому вопрос о том, являются ли прионы грибов болезнетворными агентами или же они играют некую полезную роль, остаётся нерешённым[2].

По состоянию на 2012 год известно 11—12 прионов у грибов, в том числе: семь у Saccharomyces cerevisiae (Sup35, Rnq1, Ure2, Swi1, Mot3, Cyc8, Sfp1, Mca1', вакуолярная протеаза B и Mod5) и один у Podospora anserina (НЕТ-s, МАР-киназы).

Из них наиболее хорошо изучен фактор терминации трансляции Sup35 (гомолог eRF3). Клетки, в которых присутствует прионная форма Sup35, называются клетками [PSI+] (см. илл.). Такие клетки имеют изменённое физиологическое состояние и изменённый уровень экспрессии некоторых генов, что позволило выдвинуть гипотезу о том, что у дрожжей образование прионов может играть адаптативную роль[3].

Статья об открытии приона Mca1 была впоследствии отвергнута, так как воспроизвести результаты эксперимента не удалось[4]. Большинство прионов грибов основаны на глутамин/аспарагин-богатых повторах, исключениями являются Mod5 и HET-s.

Исследования прионов грибов убедительно подтверждают «чисто белковую» гипотезу, так как очищенные белки, выделенные из клеток с белками в прионной форме, демонстрировали способность перестраивать белки нормальной формы в прионную in vitro, и при этом свойства данного штамма приона сохраняются. Был также отчасти пролит свет на прионные домены, то есть домены белка, осуществляющие изменение конформации другого белка в прионную. Прионы грибов помогли представить возможный механизм перехода из нормальной формы в прионную, относящийся ко всем прионам, хотя прионы грибов и отличаются от инфекционных прионов млекопитающих отсутствием кофактора, необходимого для размножения. Особенности прионного домена могут варьировать у различных видов. Например, свойства, присущие прионным доменам прионов грибов, не встречаются у прионов млекопитающих.

Как упоминалось выше, прионы грибов, в отличие от прионов млекопитающих, передаются следующему поколению. Иными словами, у грибов существует механизм прионной (белковой) наследственности, который может служить ярким примером истинно цитоплазматического наследования[5].

Список

Прионы грибов
Белок Хозяин Нормальная функция Прионная форма Прионный фенотип Год открытия
Ure2p S. cerevisiae Репрессор усвоения азота [URE3] Способность усваивать уреидосукцинат в качестве источника азота[5] 1994
Sup35p S. cerevisiae Фактор терминации трансляции [PSI+] Повышение частоты прочитывания стоп-кодонов 1994
HET-S P. anserina Фактор цитоплазматической несовместимости[5] [Het-s] Образование гетерокариона только между совместимыми штаммами 1997
Вакуолярная протеаза B S. cerevisiae Уменьшение продолжительности жизни клеток, нарушения мейоза [β] Нарушения деградации клеточных белков в условиях голода 2003
MAP-киназы P. anserina Усиление пигментации, медленный рост [C] неизвестно 2006
Rnq1p S. cerevisiae Фактор, усиливающий образование прионов [RNQ+], [PIN+] Способствует агрегации других белков открытие неподтверждено
Mca1* S. cerevisiae Предполагаемая каспаза дрожжей [MCA+] неизвестно 2008
Swi1 S. cerevisiae Изменение конформации хроматина [SWI+] Плохой рост на некоторых источниках углерода 2008
Cyc8 S. cerevisiae Транскрипционный репрессор [OCT+] Дерепрессия транскрипции многих генов 2009
Mot3 S. cerevisiae Ядерный транскрипционный фактор [MOT3+] Транскрипционная дерепрессия анаэробных генов 2009
Sfp1 S. cerevisiae Предполагаемый регулятор транскрипции [ISP+] Антисупрессия 2010
Mod5 S. cerevisiae неизвестно [MOD+] неизвестно 2012

См. также

Примечания

  1. ↑ Jijun Dong, Jesse D. Bloom, Vladimir Goncharov, Madhuri Chattopadhyay, Glenn L. Millhauser, David G. Lynn, Thomas Scheibel, Susan Lindquist. Probing the Role of PrP Repeats in Conformational Conversion and Amyloid Assembly of Chimeric Yeast Prions (англ.) // Journal of Biological Chemistry. — 2007-11. — Vol. 282, iss. 47. — P. 34204–34212. — doi:10.1074/jbc.M704952200.
  2. ↑ Randal Halfmann, Simon Alberti, Susan Lindquist. Prions, protein homeostasis, and phenotypic diversity (англ.) // Trends in Cell Biology. — 2010-03. — Vol. 20, iss. 3. — P. 125–133. — doi:10.1016/j.tcb.2009.12.003.
  3. ↑ A. P. Galkin, L. N. Mironova, G. A. Zhuravleva, S. G. Inge-Vechtomov. Yeast prions, mammalian amyloidoses, and the problem of proteomic networks // Russian Journal of Genetics. — 2006-11. — Т. 42, вып. 11. — С. 1313–1323. — ISSN 1022-7954. — doi:10.1134/s1022795406110135.
  4. ↑ Retraction for Nemecek et al., A prion of yeast metacaspase homolog (Mca1p) detected by a genetic screen (англ.) // Proceedings of the National Academy of Sciences. — 2011-06-14. — Vol. 108, iss. 24. — P. 10022–10022. — ISSN 0027-8424. — doi:10.1073/pnas.1107490108.
  5. 1 2 3 С. Г. Инге-Вечтомов. От хромосомной теории к матричному принципу // Генетика. — 2015. — Т. 51, вып. 4. — С. 397–408. — ISSN 0016-6758. — doi:10.7868/s0016675815040074.
Эта статья взята у (из) Wikipedia. Текст лицензируется по Creative Commons - Attribution - Sharealike. К медиа файлам могут применятся дополнительные условия.