Прионные и амилоидные белки: способность к инициации полимеризации
В последнее время обсуждается вопрос о возможности инициации полимеризации глутамин/аспарагин-богатых гомологичных белков из разных видов дрожжей и гетерологичных глутамин-богатых белков. Подобно барьерам, ограничивающим передачу приона между отдаленными видами млекопитающих, существуют барьеры передачи [PSI+] между отдаленными видами дрожжей. Было показано, что передачи прионного состояния не происходит между [PSI+], образованным агрегатами белка Sup35 S. сerevisiae и химерного белка Sup35, где N-домен замещен на N-домен гомологичного белка из дрожжей Pichia methanolica ( Kushnirov et al., 2000 ). Обнаружено, что в случае приона [PSI+] видовой барьер определяется первичной последовательностью белка между остатками 8 и 26 прионного домена Sup35.
Передача [PSI+] между отдаленными видами дрожжей была смоделирована у дрожжей S. cerevisiae с помощью химерных белков, включающих прионные домены Sup35 Candida albicans , Kluyveromyces lactis , Pichia methanolica и MC-домен Sup35 S. cerevisiae . Такие белки агрегируют in vivo и образуют амилоидные фибриллы in vitro, однако не встраиваются в агрегаты Sup35 S. cerevisiae. Сверхэкспрессия Sup35 S. cerevisiae не приводит к агрегации и индукции прионного состояния этих химерных белков, и наоборот: сверхэкспрессия химерных белков не приводит к индукции прионного состояния Sup35. Однако при замене короткого участка 8-26 прионного домена в химерном белке C. аlbicans на аналогичный участок из прионного домена S. cerevisiae оказалось, что сверхэкспрессия Sup35 S. cerevisiae может индуцировать прионное состояние такого химерного белка C. аlbicans. Был сделан вывод, что область 8-26 прионного домена Sup35 является детерминантом видовой специфичности [PSI+]. В этой же работе была предложена модель прионного полимера, согласно которой участок 8-26 располагается на поверхности растущего полимера и тем самым обеспечивает полимеризацию только тех молекул Sup35, которые имеют гомологичную область 8-26, дистальная часть N домена больше задействована в межмолекулярных взаимодействиях, стабилизирующих прионную форму ( Santoso et al., 2000 ) ( рис.4 ).
В пользу этой модели свидетельствуют данные о том, молекулы NM- Sup35 ориентированы вдоль амилоидной фибриллы таким образом, что происходит взаимодействие начальных участков прионных доменов соседних молекул ( Krishnan and Lindquist, 2005 ).
Однако существуют результаты, позволяющие думать, что межвидовой барьер может быть пересечен. Было исследовано поведение белков Sup35 из пяти дальнородственных гемиаскомицетов: Candida maltosa (cm), Debaryomyces hansenii (dh), Kluyveromyces lactis (kl), Yarrowia lipolytica (yl) и Zygosaccharomyces rouxii (zr).
Эти белки образуют агрегаты in vitro и состояние [PSI+] in vivo. Оказалось, что при трансформации клеток [PSI+] S. cerevisiae плазмидами с Sup35zr, Sup35cm, Sup35dh, Sup35kl, Sup35yl, только в случае Sup35yl наблюдается супрессорный фенотип, т.е. белок Sup35yl эффективно вовлекается в прионные агрегаты Sup35 S. сerevisiae. При потере плазмиды, несущей ген SUP35sc, колонии оставались белыми и содержали агрегаты белка Sup35yl, т.е. форма [PSI+], образованная перекрестным затравлением, имела стабильное наследование. Кроме того, Sup35yl вовлекался в прионные агрегаты [PSI+], образованные остальными гетерологичными Sup35 со 100% эффективностью. Все гетерологичные белки вовлекались в агрегаты [PSI+], образованные Sup35kl, с эффективностью большей, чем 50%. Интересно, что при потере плазмиды с SUP35kl, [PSI+], образованный Sup35sc путем кросс-затравления, сохранялся только в 5% случаев, и следовательно, вероятно в большинстве случаев поддержание агрегированной формы Sup35sc происходит за счет гибридной коагрегационной формы, которая может стабильно поддерживаться. Методами флуоресцентной микроскопии показана колокализация Sup35kl- GFP и Sup35sc- GFP. Возможно, такие свойства белку Sup35 K. lactis придает характерный состав его N-домена, богатого глутаминовыми остатками, в котором встречается перемежающийся мотив GlnGlyTyrAsnAlaGlnGln, что отличает его от всех других гетерологичных белков ( Nakayashiki et al., 2001 ).
