Прионы служат важным источником вариаций в природе

Специальные белки, известные как прионы, которые, возможно, наиболее известны как возбудители коровьего бешенства и других нейродегенеративных заболеваний, также могут служить важным источником полезных вариаций в природе. Это подтверждает новое исследование в выпуске журнала Cell от 3 апреля.

После обширного поиска в геноме дрожжей белков с прионоподобными свойствами исследователи обнаружили два десятка белков, способных образовывать прионы, большинство из которых ранее не были известны.

«Ранее мы предлагали прионы как средство для создания фенотипического разнообразия», но эта идея была предметом значительных споров, — сказала Сьюзан Линдквист. — «В этой статье мы показываем, что это просто происходит».

Несмотря на то, что ранее в дрожжах было идентифицировано несколько прионов, они в основном считались «странными примерами», добавила она. Теперь они показывают, что на самом деле существует много прионов, которые, вероятно, обеспечивают фенотипы с преимуществами в определенных условиях окружающей среды. Линдквист также заявила, что считает, что обилие прионов, обнаруженных в дрожжах, окажется существующим и у других организмов «по всей биологии».

В отличие от большинства белков, которые существуют в одной свернутой структуре, прионы уникальны тем, что могут переходить из растворимого «неприонного» состояния в нерастворимую форму, которая слипается, переключаясь с одной свернутой формы на другую, объяснил Саймон Альберти. Этот переключатель также важным образом меняет функцию белков.

Переход в агрегированное состояние, который зависит от определенных модульных доменов, происходит относительно редко, но как только он происходит, сам белок действует как шаблон, способный преобразовывать структуру белков, существующих в более распространенном «неприонном» состоянии. Важно, что прионы также могут передавать биологическую информацию от одного поколения к другому как способ наследования, основанный только на белках.

Предыдущие исследования показали, что прионоподобные белки в изобилии встречаются у многих простых организмов: от 100 до 170 таких последовательностей у дрожжей. Однако, по словам исследователей, не хватало экспериментальных инструментов, необходимых для систематического определения прионных свойств этих белков. Таким образом, только у пяти дрожжевых белков когда-либо был подтвержден домен, способный образовывать прион.

В новом исследовании ученые сначала просканировали геном дрожжей на наличие прионоподобных белков. Затем они подвергли лучших кандидатов генетическим, клеточно-биологическим и биохимическим анализам, чтобы определить их способность образовывать прионы, и в конечном итоге обнаружили, что по крайней мере 24 дрожжевых белка содержат прион-образующий домен. Дальнейшая оценка одного из них, называемого Mot3p, подтвердила его как подлинный прион, который изменяет клеточную стенку дрожжей способами, которые, вероятно, будут полезны в определенных условиях окружающей среды.

Прионы создают «сценарий хеджирования ставок», — сказал Рэндал Хаффман. — «Горстка клеток может выжить на случай, если дела пойдут плохо».

Инструменты, которые команда разработала на дрожжах, теперь можно применять к другим организмам, добавил он. — «Теперь мы знаем гораздо больше о том, что контролирует прионы на уровне последовательности. Нет причин, по которым мы не можем посмотреть на геномы млекопитающих или других организмов и сказать: «Это прион»».

Источник: Cell Press