Кіріспе

Саңырауқұлақты жұқтыратын прион – саңырауқұлақтарды қоздыратын прион. Саңырауқұлақтың приондары – табиғи түрде кездесетін, құрылымдық жағынан әртүрлі конформацияларға ауыса алатын ақуыздар, олардың кем дегенде біреуі өзін-өзі көбейтіп, басқа приондарға жұғады. Бұл ақуыз күйінің берілуі – нуклеин қышқылдарының орнына ақуыз құрылымында кодталған эпигенетикалық құбылыс. Саңырауқұлақтарда, әсіресе Saccharomyces cerevisiae ашытқысында бірнеше прион түзетін ақуыздар анықталды. Бұл саңырауқұлақтың приондары көбінесе зиянсыз деп есептеледі, ал кейбір жағдайларда организмге таңдау артықшылығын береді. Саңырауқұлақтың приондары сүтқоректілердің ауру тудыратын приондарын түсіну үшін модель ретінде қызмет етеді. Саңырауқұлақтың приондарын зерттеу прион домендерінің функционалды және амилоид түзілетін күйлерге ауысуына мүмкіндік беретін реттілік ерекшеліктері мен механизмдерін анықтауға әкелді.

Тізбелік ерекшеліктер

Приондар тасымалданатын, жұғатын прион домендері арқылы қалыптасады, олар көбінесе аспарагин, глутамин, тирозин және глицин қалдықтарымен тоғады. Репортерлік ақуыз прион доменімен біріккенде, прионға тән конформациялық өзгерістерді көрсететін химерлік ақуыз түзеді. Ал прион доменін жою приондалудың алдын алады. Бұл прион домендерінің, шындығында, тасымалданатын және приондалудың жалғыз бастамашысы екенін көрсетеді. Бұл тек ақуыздық гипотезаны қолдайды. S. cerevisiae-дегі кандидат прион домендерін зерттеудің жаңағы зерттеуінде, агрегация және өзін-өзі үлгілеу қасиеттерін көрсететін ақуыздарға ортақ бірнеше ерекше тізбектік ерекшеліктер табылды. Мысалы, агрегацияланатын ақуыздарда аспарагинге қаныққан кандидат прион домендері болса, агрегацияланбайтын домендерде глутамин мен зарядталған пептидтерге қанықтық байқалды. Сонымен қатар, пролин сияқты амилоид түзілуін тежейтін зарядталған пептидтердің арақашықтығы приондалу үшін маңызды екендігіне дәлелдер бар. Бұл тізбектік ерекшеліктерді анықтау, бұрынғы зерттеулерден өзгешелік құрады, онда приондалудың жалғыз шешуші факторы – пептидтердің жалпы таралуы деп есептелген.

Podospora anserina HET-прионы

Podospora anserina – талшықты саңырауқұлақ. Бұл саңырауқұлақтың генетикалық үйлесімді колониялары бірігіп, қоректік заттар және цитоплазма сияқты жасушалық мазмұнды бөлісе алады. Туыс емес колониялардың еркіндікпен бөлісуін болдырмау үшін табиғи қорғаныш "үйлесімсіздік" ақуыздары жүйесі бар. Мұндай ақуыздың бірі – HET s – дұрыс жұмыс істеуі үшін прион тәрізді құрылымға ие болады. HET s-тің приондық түрі колонияның жасушалық желісінде жылдам таралып, үйлесімді колониялар біріккеннен кейін ақуыздың прион емес түрін приондық күйге айналдыра алады. Дегенмен, үйлесімсіз колония прионды колониямен бірігуге тырысқанда, прион "басып кірген" жасушалардың өліміне себеп болады, осылайша ресурстарды бөлісуден тек туыс колониялар ғана пайда көреді.

[PSI+] және [URE3]

1965 жылы Saccharomyces cerevisiae ашытқысымен жұмыс істейтін генетик Брайан Кокс ерекше тұқым қуалау үлгісі бар генетикалық белгіні сипаттады ([PSI+ деп аталады]). [PSI+] алғаш рет аденинге қатысты ауксотрофты штаммда табылды. Көп жылдық күш-жігерге қарамастан, Кокс [PSI+] белгісіне жауапты конвенциялық мутацияны анықтай алмады. 1994 жылы ашытқы генетигі Рид Викнер [PSI+] және тағы бір құпия тұқым қуалайтын белгі [URE3] тиісінше Sup35p және Ure2p қалыпты жасушалық ақуыздарының приондық формаларынан туындайды деп дұрыс болжады. Ашытқы приондарының атаулары, плазмидтер мен митохондриялық ДНК сияқты, ұрпақ жасушаларына берілуде мендельдік емес екенін көрсету үшін әдетте жақшалардың ішінде жазылады. Тағы бір зерттеу [PSI+] Sup35p-нің (201 аминқышқылынан тұратын ақуыз) өзін-өзі көбейтетін, дұрыс бүлінбеген түрінің нәтижесі екенін анықтады, бұл ақуыз синтезі кезінде трансляцияны аяқтаудың маңызды факторы болып табылады. [PSI+] ашытқы жасушаларында Sup35 ақуызы амилоид деп аталатын жіп тәрізді агрегаттарды құрайды. Амилоидтық конформация өзін-өзі көбейтеді және приондық күйді көрсетеді. Таңғажайып, Sup35 ақуызында ерекше қасиеттері бар әртүрлі приондық күйлер бар, және бұл айырмашылықтар өзін-өзі көбейтеді. Басқа приондар да әртүрлі варианттарды (немесе штаммдарды) құра алады. Либман және Линдквист зертханалары арасындағы ынтымақтастықта Чернофф жасаған маңызды жаңалық – [PSI+] күйінде болу үшін ақуыз шапероны қажет екендігі болды. Шаперонның жалғыз қызметі ақуыздардың дұрыс бүлінуіне көмектесу болғандықтан, бұл жаңалық Викнердің [PSI+] тұқым қуалайтын ақуыз күйі (яғни прион) деген гипотезасын нығайтты. Сондай-ақ, бұл жаңалық приондардың, соның ішінде бастапқыда ұсынылған сүтқоректілердегі PrP прионының, ақуыздың тұқым қуалайтын формалары деген жалпы гипотезаны қолдады. Шаперондардың, әсіресе Hsp104 әсерінен, [PSI+] және [URE3] кодтайтын ақуыздар прион емес формадан прион формасына айналуы мүмкін. Осы себепті ашытқы приондары ақуыз агрегациясына әсер ететін шаперон сияқты факторларды зерттеу үшін жақсы модель болып табылады. Сонымен қатар, IPOD – ашытқыда амилоид түзетін ақуыздар жиналатын және [PSI+] сияқты приондар жетіліп дамитын субклеткалық орын. Осылайша, приондар амилоид сияқты ақуыз агрегаттарының жасуша ішіндегі өңделуін түсіну үшін субстрат ретінде де қызмет етеді. Зертханалар [PSI+] белгісін әдетте Кокс және басқалар қолданған сияқты, аденинсіз ортада аденинге қатысты ауксотрофты штаммның өсуі арқылы анықтайды. Бұл штаммдар биосинтез жолына қатысатын ферменттердің біріндегі қате мутацияға байланысты аденин синтездеуге қабілетсіз. Штаммды ашытқы экстракты/декстроза/пептон ортасында (YPD) өсіргенде, тоқталған жол уыттылығына байланысты жасушадан шығарылатын қызыл түсті аралық қосылыстың жиналуына әкеледі. Сондықтан, түс – [PSI+] анықтаудың балама әдісі. [PSI+] штаммдары ақ немесе қызғылт түсті, ал [psi-] штаммдары қызыл. [PSI+] анықтаудың үшінші әдісі – жасушалық лизаттың шөгінді фракциясында Sup35 болуы. Кейбір генетикалық фондардағы [PSI+] жасушалары белгілі бір қолайсыз жағдайларға ұшырағанда, прионсыз бауырларынан жақсырақ өркендейді; бұл жаңалық [PSI+] приондық күйін қабылдау қабілеті оң эволюциялық таңдаудың нәтижесі болуы мүмкін екенін көрсетеді. Прион жұқтырған және прионсыз формалар арасындағы конверсия қабілеті ашытқының өзгермелі ортаға тез және қайтымды бейімделуіне мүмкіндік беретін эволюциялық конденсатор ретінде әрекет етеді деп болжанған. Дегенмен, Рид Викнер [URE3] және [PSI+] аурулар екенін мәлімдейді, бірақ бұл пікір теориялық популяциялық генетикалық модельдерді қолдану арқылы сынға алынды.

[PIN+] / [RNQ+]

[PIN+] терминін Liebman және оның Psi INducibility-дегі әріптестері [PSI+] прионының қалыптасуы үшін қажетті генетикалық талапты сипаттау мақсатымен қолданды. Олар [PIN+] [PSI+] прионының көптеген варианттарын индукциялау үшін қажет екенін көрсетті. Кейін олар [PIN+] RNQ1 ақуызының приондық түрі екенін анықтады. Қазір кейде [RNQ+] деген дәлірек атау қолданылады, себебі басқа факторлар немесе приондар да Psi-индукциялық фенотипті көрсетуі мүмкін. Rnq1 ақуызының приондық емес функциясы толыққанды сипатталған жоқ. Мұның себептері толық түсініксіз болғанымен, [PIN+] агрегаттары [PSI+] және басқа приондардың полимерленуіне "тұқым" ретінде әсер етуі мүмкін деп саналады. [PIN+] прионының негізі – Sup35 амилоидтық түріне ұқсас, бір-бірімен тікелей сәйкес келетін параллель бета-парақтарда орналасқан Rnq1 ақуызының амилоидтық түрі. Ұқсас амилоидтық құрылымдарының арқасында [PIN+] прионы [PSI+] прионының қалыптасуын үлгілік механизм арқылы жеңілдетуі мүмкін. Sup35 ақуызының екі модификацияланған нұсқасы құрастырылды, олар [PIN+] болмаған жағдайда, жоғары экспрессияланғанда PSI+ күйін тудырады. Бір нұсқасы геннің рестрикциялық Bal2 ферментімен кесілуі арқылы жасалды, нәтижесінде Sup35 ақуызының тек M және N бөліктерінен тұратын ақуыз алынды. Екіншісі – Sup35NM және HPR, адам мембраналық рецептор ақуызының қосылысы.

Эпигенетика

Приондар өздігінен үлгілеу қабілеттерінің арқасында мендельдік емес, фенотиптік мұрагерліктің баламалы түрі ретінде әрекет етеді. Бұл приондарды тек белоктың конформациясына ғана тәуелді, метастабильді және үстемдік ететін мұрагерлік механизміне айналдырады. Прион домендерін қамтитын көптеген ақуыздар гендік экспрессияға немесе РНК байланысына қатысады, осылайша конформацияның өзгеруі фенотиптік вариацияға алып келеді. Мысалы, ашытқыдағы Sup35-тің [psi] күйі трансляцияны тоқтату факторы болып табылады. Sup35 [PSI+] приондық күйге конформациялық өзгеріске ұшырағанда, ол амилоидтік фибрилдер құрайды және бөлініп шығады, нәтижесінде тоқтату кодонынан өту жиілегі және жаңа фенотиптердің пайда болуына себеп болады. Ашытқыда 20-дан астам прионға ұқсас домендер анықталғандықтан, бұл бір протеомнан айтарлықтай вариация тудыру мүмкіндігін ашады. Осы вариацияның артуы генетикалық жағынан біртекті ашытқы популяциясына таңдау артықшылығын береді деп есептеледі.