Светлая сторона инфекционного белка: Стресс-сенсоры прионов способствуют выживанию дрожжевых клеток

Прионы — это самовоспроизводящиеся белковые агрегаты, которые могут передаваться между клетками. Они связаны с человеческими болезнями, такими как коровье бешенство и болезнь Крейтцфельдта-Якоба. Агрегация прион-подобных белков также ассоциирована с нейродегенерацией, например, при БАС. Несмотря на их роль в заболеваниях, физиологическая функция прион-подобных доменов оставалась загадкой.

Исследователи из Института молекулярной клеточной биологии и генетики Общества Макса Планка (MPI-CBG), Биотехнологического центра Дрезденского технического университета (BIOTEC) и Университета Вашингтона в Сент-Луисе (США) впервые выявили доброкачественную, биологически значимую функцию прионных доменов как специфических стресс-сенсоров, позволяющих клеткам адаптироваться и выживать в условиях стресса.

Открытие опубликовано в журнале Science.

В исследовании команда профессора Симона Альберти (MPI-CBG) сосредоточилась на дрожжевом прионном белке Sup35. Учёные обнаружили, что его прионный домен действует как стресс-сенсор, запускающий образование защитных белковых капель и гелей при воздействии на клетки суровых условий.

Когда клетки испытывают стресс (например, при нехватке питательных веществ), их уровень энергии падает. Это приводит к снижению pH цитозоля — клетки закисляются. В ответ клеточное деление останавливается, метаболизм отключается, и клетки переходят в режим ожидания.

Исследователи выяснили, что прионный домен Sup35 важен для выживания в стрессе. «Мы обнаружили, что клетки, лишённые прионного домена, демонстрируют дефект роста при восстановлении после стресса», — резюмирует Титус Францманн, первый автор исследования.

Учёные установили, что прионный домен Sup35 чувствует кислый pH цитозоля и запускает формирование белковых капель, защищающих сам белок от повреждений. «Для хранения белка капли могут даже переходить в гелеподобную структуру», — отмечает соавтор Маркус Яхнель из группы биофизики профессора Штефана Грилля (BIOTEC).

Эти белковые капли, образующиеся в цитоплазме подобно конденсирующимся каплям воды, могут снова растворяться, позволяя клетке повторно использовать белок Sup35 при возобновлении роста.

Коллеги из Университета Вашингтона предсказали последовательности аминокислот, ответственных за способность Sup35 чувствовать изменения pH цитозоля. Профессор Рохит Паппу отметил: «Выявление молекулярных компонентов, которые обеспечивают эти адаптивные способности Sup35, также имеет важное значение для понимания клеток на молекулярном уровне и применения этих принципов для создания синтетических систем».

С эволюционной точки зрения конденсаты Sup35 очень интересны, поскольку они консервативны у далёких родственных видов дрожжей, разошедшихся почти 400 миллионов лет назад. Это предполагает, что образование капель и гелей может быть древней функцией прионного домена Sup35.

Титус Францманн заключает: «Исследование показывает, что прионные домены — это специфические стресс-сенсоры белков, позволяющие клеткам реагировать на конкретные условия окружающей среды. Таким образом, мы впервые показали положительную функцию прионного домена, который часто ассоциировали только с болезнетворными агрегатами. Возможно, поэтому эволюция сохраняла их так долго».