Детерминант [HET-s] (Podospora anserina)
В случае низших эукариот уже сейчас становится ясно, что прионные механизмы могут играть адаптивную и регуляторную роль. Прионные переходы могут происходить гораздо быстрее и с более высокой частотой, чем генные мутации. Вследствие этого организм имеет возможность быстрее реагировать на изменившиеся условия окружающей среды, сохраняя при этом информацию об исходном состоянии. Фактически происходит наследуемое переключение активности белков, так как переход в прионное состояние меняет функциональную способность этих белков. Детерминант [Het-s] P. anserina представляет собой убедительный пример биологической функции прионного состояния ( Coustou et al., 1997 ).
Колония гриба P. anserina - это синцитий , в котором клетки могут обмениваться цитоплазмой и даже ядрами. Гифы двух колоний гриба могут сливаться с обменом цитоплазмой и образованием гетерокарионов, только если у них идентичны по крайней мере девять het локусов ( Saupe, 2000 ). Если колонии отличаются хотя бы по одному het локусу, то при слиянии гифов происходит реакция программированной клеточной гибели - несовместимости гетерокарионов.
Локус het-s обладает необычными свойствами. Он представлен двумя аллелями - het-s и het-S. Продукты, кодируемые этими генами ( белки HET-s и HET-S ) и участвующие в создании несовместимости, различаются всего по 14 аминокислотам.
Аллель het-s имеет два различных фенотипа - [Het-s] и [Het-s*]. При фенотипе [Het-s] колонии одного гриба несовместимы с колониями гриба, несущими het-S аллель (HET-S белок), а при фенотипе [Het-s*] реакции несовместимости с такими колониями нет. Фенотип [Het-s] может спонтанно возникать из [Het-s*] с низкой частотой. Этот переход происходит также при смешивании цитоплазмы двух клеток, одна из которых проявляет фенотип [Het-s]. Экспериментальные данные указывают на прионный механизм перехода между двумя фенотипами: [Het-s] ведет себя как нехромосомный генетический элемент, а [Het-s*] - как его отсутствие ( Coustou et al. 1997 ). Для возникновения [Het-s] необходимо наличие функционального het-s гена, а значит, и белка, кроме того, амплификация het-s гена увеличивает частоту перехода из [Het-s*] в [Het-s].
Прионная форма [Het-s] ответственна за проявление несовместимости, поскольку делеция гена het-s приводит к формированию колоний, совместимых и с het-s, и с het-S партнерами.
Прионные свойства этого белка были подтверждены и биохимически: сверхэкспрессия белка HET-s в клетках [Het-s] приводит к его агрегации ( Coustou-Linares et al. 2001 ); белок HET-s образует амилоидные фибриллы in vitro ( Dos Reis et al. 2002 ), которые устойчивы к обработке протеиназой К ( Balguerie et al. 2003 ) и связывают краситель Конго красный; состояние [Het-s] может быть получено введением полимеров HET-s, полученными in vitro ( Maddelein et al. 2002 ).
Являясь элементом системы вегетативной несовместимости, [Het-s] контролирует скрещивание дальнеродственных вариантов этого гриба. С одной стороны, такие скрещивания потенциально полезны, поскольку увеличивают генетическое разнообразие популяции P. anserina. С другой - они представляют собой реальную опасность в связи с возможностью распространения в популяции вирусов, поскольку у грибов вирусы передаются при слиянии клеток. Способность белка Het-s спонтанно и обратимо переходить в прионное состояние делает популяцию грибов гетерогенной: клетки, лишенные детерминанта [Het-s], могут пользоваться преимуществами генетического обмена, а клетки, несущие этот детерминант, "оберегать" популяцию от вирусов. Таким образом, прионы повышают адаптивную лабильность популяции и способность к временной коррекции фенотипа в ответ на изменение условий окружающей среды.
