Детерминант [PIN+] (Saccharomyces cerevisiae)

Детерминант [PSI+] обладает способностью спонтанно появляться и исчезать с относительно высокой частотой (большей, чем частота генных мутаций: так, если средняя частота генных мутаций составляет одну миллионную (10 в степени минус 6), то частота появления [PSI+] может составлять от одной стотысячной до одной десятитысячной (от 10 в степени минус 5 до 10 в степени минус 4). Сверхэкспрессия Sup35 может на порядок увеличивать вероятность возникновения [PSI+] de novo в клетках [psi-]. Обнаружено, что необходимым условием возникновения [PSI+] de novo является наличие в клетках эпигенетического элемента, названного [PIN+] ([PSI+] inducibility) ( Derkatch et al., 1997 ). В клетках [pin-] возникновения [PSI+] при сверхэкспрессии Sup35 не происходит ( Derkatch et al., 1997 ).

Необходимо отметить, что если детерминант [PSI+] уже существует, то для поддержания его прионного состояния [PIN+] не нужен: при делеции гена RNQ1 клетках [PSI+] последний не исчезает ( Derkatch et al., 2000 ). Если [PSI+] уже существует в клетке, то для его поддержания [PIN+] не нужен ( Derkatch et al., 2000 ).

Было показано, что состояние [PIN+] в клетке вызвано прионной агрегацией белка Rnq1 , функция которого до сих пор точно не выяснена, однако известно, что она имеет отношение к мейозу и образованию асков ( Derkatch et al., 2001 ; Sondheimer and Lindquist, 2000 ; Orlowska-Matuszewska and Wawrzycka, 2005 ).

Как и все прионные детерминанты, [PIN+] доминантен, наследуется по цитоплазматическому типу и обратимо изгоняем гуанидин гидрохлоридом ( Derkatch et al., 2000 ). [PIN+] возникает при сверхэкспрессии белка Rnq1 и элиминируется при делеции гена RNQ1 . Все это свидетельствует о том, что детерминант [PIN+] отражает прионное состояние белка Rnq1 ( Derkatch et al., 2001 ; Sondheimer and Lindquist, 2000 ). Продемонстрированы также наследуемые варианты [PIN+], отличающиеся друг от друга эффективностью индукции [PSI+] de novo ( Bradley et al., 2002 ).

Белок Rnq1 in vitro образует фибриллы со всеми характеристиками амилоидов ( Sondheimer and Lindquist, 2000 ). Прионные агрегаты Rnq1 не разрушаются под действием SDS и имеют двухуровневую структуру ( Bagriantsev and Liebman, 2004 ). Поддержание [PIN+] зависит от шаперона Hsp104 : детерминант исчезает при делеции гена HSP104 , но не теряется при его сверхпродукции ( Derkatch et al., 1997 ). Для [PIN+] также характерны наследуемые варианты (штаммы), отличающиеся друг от друга по обеспечиваемой ими частоте возникновения [PSI+] de novo ( Bradley et al., 2002 ).

Предложены две гипотезы, объясняющие, каким образом функционирует детерминант [PIN+] ( Derkatch et al., 2000 ). Первая из них утверждает существование ингибитора образования [PSI+] de novo, который связывается с предсуществующими агрегатами [PIN+] и оттитровывается на них. Таким образом, если Rnq1 находится в агрегированной прионной форме, то концентрация ингибитора уменьшается, и [PSI+] способен возникнуть. Вторая гипотеза предполагает, что предсуществующие прионные агрегаты [PIN+] являются матрицей для формирования агрегатов Sup35. Вторая гипотеза более вероятна в силу лучшего экспериментального подтверждения. Показана колокализация агрегатов Rnq1 в процессе индукции [PSI+] de novo ( Derkatch et al., 2004 ); образованные in vitro фибриллы Rnq1 ускоряют прионный переход Sup35NM in vitro ( Derkatch et al., 2004 ); а амилоидные полимеры Sup35NM in vivo содержат белок Rnq1 ( Salnikova et.al., 2005 ).

При поиске генов, способных поддержать детерминант [PIN+], выявлено несколько белков кандидатов - URE2 , NEW1 , LSM4 (кодирует белок, участвующий в деградации мРНК), STE18 (кодирует белок, участвующий в сигнальном пути, активируемом феромонами) ( Derkatch et al., 2001 ). Однако, Rnq1 все же является основным белком, ответственным за состояние [PIN+].

Существуют также данные об антагонистических взаимоотношениях между двумя одновременно существующими прионами в клетке. [PSI+] ингибирует появление [URE3] ( Bradley et al., 2002 ), и наоборот ( Schwimmer and Masison, 2002 ). Некоторые варианты [PIN+] дестабилизируют "слабые" варианты [PSI+] ( Bradley and Liebman, 2004 ). Вероятно вследствие конкуриренции прионных агрегатов за доступные молекулы шаперонов , которые необходимы для их фрагментации, то есть для поддержания прионного состояния (см. " Hsp104 шаперон: поддержание детерминанта [PSI+] и других прионов "). С этими данными хорошо согласуются наблюдения, что в клетках [PSI+][PIN+] белки Sup35 и Rnq1 не образуют совместных агрегатов ( Bagriantsev and Liebman, 2004 ).

Вопрос, почему для возникновения [PSI+] de novo требуются прионные агрегаты Rnq1, более подробно рассматривается в главе " Прионные и амилоидные белки: полимеризация гетерологичных белков ".

Ссылки: