Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Sup35p — это фактор высвобождения трансляции у эукариот дрожжей *Saccharomyces cerevisiae*. Более конкретно, это эукариотический фактор высвобождения 3 (eRF3) дрожжей, который формирует комплекс завершения трансляции с eRF1 (Sup45p у дрожжей). Этот комплекс распознает и катализирует высвобождение начинающейся полипептидной цепи, когда рибосома встречает стоп-кодон. В то время как eRF1 распознает стоп-кодоны, eRF3 облегчает высвобождение полипептидной цепи посредством гидролиза ГТФ. Частичная потеря функции приводит к подавлению нонсенс-мутаций, при котором стоп-кодоны игнорируются и белки аномально синтезируются с С-концевыми расширениями. Полная потеря функции летальна.
Sup35p is the Saccharomyces cerevisiae (a yeast) eukaryotic translation release factor. More specifically, it is the yeast eukaryotic release factor 3 (eRF3), which forms the translation termination complex with eRF1 (Sup45p in yeast). This complex recognizes and catalyzes the release of the nascent polypeptide chain when the ribosome encounters a stop codon. While eRF1 recognizes stop codons, eRF3 facilitates the release of the polypeptide chain through GTP hydrolysis. Partial loss of function results in nonsense suppression, in which stop codons are ignored and proteins are abnormally synthesized with carboxyl terminal extensions. Complete loss of function is fatal.
История
Sup35p был впервые показан в прионной форме в 1994 году Ридом Викнером. Благодаря этому он является объектом интенсивных исследований. Когда клетки дрожжей содержат Sup35p в прионном состоянии, возникающий фенотип известен как [PSI+]. В [PSI+] клетках Sup35p существует в амилоидном состоянии, которое способно к репликации и передаче дочерним клеткам. Это приводит к снижению количества растворимого и функционального белка и, как следствие, к увеличению частоты подавления нонсенс-мутаций (трансляционное считывание стоп-кодонов). Чрезмерная экспрессия гена, кодирующего Sup35p, способствует индуцированию [Psi+] конформации.
Sup35p was shown to propagate in a prion form in 1994 by Reed Wickner. For this reason it is an intensely studied protein. When yeast cells harbor Sup35p in the prion state the resulting phenotype is known as [PSI+]. In [PSI+] cells Sup35p exists in an amyloid state that can be propagated and passed to daughter cells. This results in less soluble and functional protein and thus in an increased rate of nonsense suppression (translational read through of stop codons). The overexpression of the gene has been shown to induce the [Psi+] conformation.
Эволюционная емкость
Несколько статей в научных журналах предполагают, что способность переходить между состояниями [PSI+] и [psi] (свободными от прионов) дает эволюционное преимущество, однако этот вопрос остается предметом активных дискуссий. Сьюзан Линдквист показала, что изогенные популяции дрожжей могут проявлять различные фенотипы в зависимости от наличия прионной или неприонной формы белка Sup35p. Она провела эксперимент, в котором семь штаммов дрожжей с различным генетическим фоном выращивались в широком диапазоне стрессовых условий, используя парные штаммы [PSI+] и [psi]. В одних случаях штаммы [PSI+] росли быстрее, в других – [psi]. Она предположила, что [PSI+] может выступать в роли эволюционного "конденсатора", способствуя адаптации путем высвобождения скрытой генетической изменчивости в естественных популяциях в условиях стресса. Эта изменчивость проявляется за пределами стоп-кодонов, где в дрожжах наблюдается высокая частота выпадения рамок считывания. Математические модели указывают на то, что [PSI+] мог эволюционировать именно для выполнения этой функции.
Several journal articles have suggested that the ability to interconvert between [PSI+] and [psi ](prion free) states provides an evolutionary advantage, but this remains an area of much debate. Susan Lindquist has shown that isogenic populations of yeast can express different phenotypes based on whether they had the prion form of Sup35p or the non prion form. She did an experiment where seven strains of yeast with different genetic backgrounds were grown under many different stressful conditions, with matched [PSI+] and [psi ] strains. In some cases, the [PSI+] version grew faster, in others [psi ] grew faster. She proposed that [PSI+] may act as an evolutionary capacitor to facilitate adaptation by releasing cryptic genetic variation in natural populations at times of stress. This variation would lie beyond stop codons, which show a high rate of in frame loss in yeast. Mathematical models suggest that [PSI+] may have evolved for this function.
Физические характеристики
Sup 35 содержит карбоксильный концевой участок (C-терминал), который отвечает за активность прекращения трансляции. Аминоконцевой (N-терминальный) участок белка отвечает за альтернативное сворачивание в зависимости от конформации. Средний (m) домен имеет неизвестную функцию. В попытке определить функцию этих N- и M-участков, в эксперименте Сьюзан Линдквист два штамма были сконструированы для производства версии Sup35p, не включающей N- и M-участки. Белок Sup35p состоит из 685 аминокислотных остатков. C-терминальный участок содержит 5 полных и одно неполное повторение олигопептидной последовательности PQGGYQQYN. В модифицированных версиях гена было показано, что чем больше повторов этой последовательности, тем выше вероятность перехода белка в конформацию [Psi+]. Фактически, добавление двух дополнительных повторов (R2) приводит к тому, что конверсия из состояния [Psi-] в [Psi+] происходит в 5000 раз быстрее.
Sup 35 contains a carboxyl terminal region (C terminus), which is responsible for the translation termination activity. The amino terminal(N terminus) region of the protein is responsible for alternately folding depending on the conformation. The middle (m) domain has an unknown function. In an effort to determine the function of these N and M regions, in Susan Lindquists' experiment two of the strains were engineered to produce a version of Sup35p which does not include the N and M regions. The Sup35p protein is 685 amino acids long. The C terminal contains 5 complete and one incomplete repeat of the Oligopeptide repeat sequence PQGGYQQ YN. In modified versions of the gene, it has been shown that the more repeats of this sequence present, the more the protein is to assume the [Psi+] confirmation. In fact, the addition of two extra repeats (R2) result in the [Psi ] to [Psi+] conversion in being 5000 times faster.
Адениновый путь
Фенотипические различия между [psi] и [psi+] становятся очевидными при нарушении способности клетки синтезировать аденин. Накопление P-рибозиламиноимидазола (AIR) – предшественника в пути биосинтеза аденина у дрожжей – вызывает образование красного пигмента в колонии дрожжей, видимого невооруженным глазом. В изогенных штаммах, где нонсенс-мутация локализована в середине гена ADE2 или ADE1 (ферментов, участвующих в этом пути), в штамме [psi] наблюдается накопление либо P-рибозиламиноимидазола (AIR), либо P-рибозиламиноимидазолакарбоксилата (CAIR), соответственно. Поскольку CAIR превращается обратно в AIR при отсутствии фермента, катализирующего его переход к следующему предшественнику, любая из этих мутаций вызывает покраснение штамма [psi]. Штамм [psi+] остается белым даже при воздействии тех же нонсенс-мутаций. Таким образом, можно заключить, что eRF3 в [psi+] нефункционален. Это происходит потому, что eRF3 в [psi] способен эффективно прерывать работу рибосомы, что препятствует правильному синтезу фермента. Однако в штамме [psi+] фермент синтезируется в достаточном количестве, чтобы путь биосинтеза аденина продолжал функционировать.
The phenotypic differences between [psi ] and [psi+] is made clear when the ability of the cell to make adenine is tampered with. The buildup of P ribosylamino imidazole (AIR) (a precursor in the adenine pathway in yeast) induces a red pigment in a yeast colony visible to the naked eye. In isogenic strains where the non sense mutation is in the middle of either the gene ADE 2 or ADE 1 (enzymes involved in the pathway), the [psi ] strain has either build ups of P ribosylamino imidazole (AIR), or P ribosylamino imidazolecarboxylate (CAIR), respectively. Because CAIR converts back into AIR if the enzyme that catalyzes it to the next precursor is absent, either mutation will cause a red color in the [psi ] strain. The [psi+] strain appears white even when subjected to the same non sense mutations. Thus, it is inferred that the eRF3 of the [psi+] is non functional. This phenomenon is because the eRF3 in [psi ] is able to disconnect the ribosome effectively, so the enzyme cannot be properly synthesized. However, in the [psi+] strain, the enzyme is able to be synthesized enough so that the pathway still successfully produces adenine.