Детерминант [URE3] (Saccharomyces cerevisiae)

Нехромосомный детерминант [URE3] был впервые описан много лет назад в исследованиях путей метаболизма азота . У дрожжей Saccharomyces cerevisiae существуют два альтернативных пути усвоения азота. Один из них служит для утилизации "бедных" источников азота, таких как уреидосукцинат и мочевина. Если в среде присутствуют "богатые" источники азота, такие как аммоний, глутамин, аспарагин, активируется второй путь утилизации азота, при этом путь утилизации бедных источников репрессируется. Белком-репрессором является Ure2 ( Coschigano et.al., 1991 ). Таким образом за счет репрессии клетки не способны расти на среде с уреидосукцинатом в присутствии ионов аммония, если они по какой-то причине не могут усваивать эти ионы.

Оказалось, что существует два различных пути обхода этого препятствия: мутация ure2, инактивирующая ген, кодирующий репрессор, и фенотипически неотличимая от ure2 "мутация" [URE3]. Для последней характерно нехромосомное (цитоплазматическое) наследование, что отличает ее от обычных мутаций. То есть, рост мутантов на этой среде может быть восстановлен за счет мутаций в гене Ure2 или за счет появления нехромосомно наследуемого детерминанта [URE3]. Присутствие гена URE2 необходимо для поддержания детерминанта [URE3]. [URE3] передается при цитодукции - процессе копуляции клеток с обменом цитоплазмой, но без слияния ядер (из-за дефекта кариогамии), что подтверждает его не-менделевский тип наследования ( Aigle and Lacroute, 1975 ).

В 1994 году Викнер предположил, что детерминант [URE3] имеет прионную основу. Так, [URE3] может быть обратимо изгнан при росте с низкой концентрацией гидрохлорида гуанидина (GuHCl; Guanidine Hydrochloride), при которой не происходит денатурации белков. При этом после изгнания [URE3] может возникать de novo с такой же частотой, как и в исходном штамме. При сверхэкспрессии белка Ure2 частота возникновения [URE3] возрастает в 20-200 раз ( Wickner, 1994 ). Ген URE2 необходим для существования детерминанта [URE3], поскольку делеция гена URE2 (несущественного для жизнеспособности клетки) приводит к утрате этого детерминанта. Варианты [ure3] (не имеющие детерминанта [URE3]) могут с низкой частотой возвращаться к состоянию [URE3], причем частота реверсий возрастает на два порядка в присутствии мультикопийных плазмид с геном URE2 ( Masison et al. 1995 ).

Кроме того, in vitro было показано, что Ure2 способен олигомеризоваться и формировать амилоидные фибриллы. [URE3] может быть передан дрожжевым клеткам при трансформации фибриллами Ure2, сформированными in vitro ( Brachmann et al., 2005 ). Поддержание [URE3] зависит от шаперонов Hsp104 и Ssa2 (шаперона из семейства Hsp70 ) ( Schwimmer and Masison, 2002). Делеция гена HSP104 вызывает изгнание [URE3] ( Moriyama et al., 2000 ).

Таким образом, для [URE3] преимущества прионного состояния довольно очевидны, поскольку переход белка Ure2 в прионную форму позволяет дрожжам использовать некоторые трудно усваиваемые азотистые соединения. При наличии легко усваиваемых источников азота неприонное состояние [ure3] оказывается предпочтительным ( Lacroute, 1971 ).

Ссылки: