Белок теплового шока Hsp90 — движущая сила эволюции дрожжей

Исследователи из Института Уайтхеда установили, что белок теплового шока 90 (Hsp90) способен создавать наследуемые признаки у пивных дрожжей (Saccharomyces cerevisiae), влияя на значительную часть их генома. Это открытие привело к выводу, что Hsp90 сыграл ключевую роль в эволюции генома.

Результаты опубликованы 24 декабря 2010 года в журнале Science.

Белки теплового шока (Hsps) помогают другим белкам принимать правильную трёхмерную форму, особенно в условиях стресса. Hsp90 — один из самых распространённых белков в клетке (1–2% от общего числа). В нормальных условиях клетка использует лишь около 10% своего Hsp90, создавая большой "буферный" резерв на случай внезапного стресса.

Лаборатория Сьюзан Линдквист ранее показала, что этот резерв Hsp90 ответственен за значительные эволюционные изменения за относительно короткие сроки. Например, патогенные грибы Candida albicans и Aspergillus используют Hsp90 для развития устойчивости к лекарствам.

Механизм действия Hsp90:

1. Маскировка мутаций: Hsp90 "поддерживает" мутантные белки в "нормальной" форме, скрывая их признаки. При стрессе буфер Hsp90 истощается, и признаки мутантных белков проявляются.
2. Раскрытие функций: Hsp90 придаёт рабочую форму белкам, которые сами по себе не функциональны. При истощении буфера клетки теряют эти признаки.

В обоих сценариях стресс, истощающий резерв Hsp90, позволяет множеству признаков проявиться или исчезнуть одновременно. Если новый фенотип полезен, организм выживает и передаёт его потомству.

В исследовании постдок Дэниел Ярош проанализировал влияние Hsp90 на 102 генетически разнообразных штамма дрожжей, подвергая их стрессу и ингибируя Hsp90. Все штаммы показали существенные изменения роста.

Скрещивание штаммов показало, что около половины признаков, зависящих от Hsp90, были положительными, а половина — отрицательными. Снижение уровня Hsp90 у потомства выявило множественные взаимозависимые признаки.

Сравнение генотипов и фенотипов 48 штаммов показало: при нормальной функции Hsp90 корреляция между ними слабая. При истощении буфера Hsp90 корреляция становилась значительно сильнее.

"Мы показали, что эффекты Hsp90 очень широки, и он воздействует примерно на 20% всей генетической изменчивости в этом организме", — говорит Дэниел Ярош.

Этот механизм может объяснить давнюю эволюционную загадку: как организм может быстро изменять множество взаимозависимых признаков в ответ на изменения среды.

"Мы можем показать, что стресс от изменения окружающей среды и давление отбора действительно могут влиять на то, как происходят эволюционные процессы. И теперь у нас есть гораздо более прочная основа для этого", — заключает Сьюзан Линдквист.