Сходство прионов млекопитающих и дрожжей

Основные черты сходства двух прионных систем - млекопитающих и дрожжей - суммированы в таблице 2. Плюсы означают наличие того или иного свойства в системе. Вопросы соответствуют неопределенным результатам. Использование дрожжевой системы позволило однозначно доказать участие белков-шаперонов, то есть белков, ответственных за складывание других белков клетки, в образовании и воспроизведении прионов. Действительно, как при сверхэкспрессии, так и при инактивации гена, кодирующего один из шаперонов (HSP104) дрожжей, [PSI]-фактор, он же дрожжевой прион, не возникает и не воспроизводится, если он уже присутствовал в клетке [28]. Особенностью и преимуществом дрожжевой модели является возможность изгнать прион, "вылечить" клетки, действуя на них небольшими концентрациями (5 мМ) гидрохлорида гуанидина [29]. При этом мы убедились в том, что затем в таких излеченных клетках могут вновь появиться [PSI]-прионы, различающиеся так же, как различаются клоны (они же штаммы) приона млекопитающих. Эти факты были одними из первых аргументов в пользу наличия в геноме дрожжей структурного гена, кодирующего загадочный в то время [PSI]-фактор [30].

Особое внимание следует уделить чертам сходства структуры этих двух в целом разных белков - РгР млекопитающих и фактора терминации eRF3 дрожжей. В обоих случаях в начальной N-терминальной части полипептида (рис. 5) есть характерные аминокислотные повторы, обогащенные глицином (G), глутамином (Q) и ароматическими аминокислотами (W, Y) [8, 31]. Такие структуры склонны к образованию -слоев, которыми и обогащены белки-прионы в отличие от своих клеточных предшественников. Этот участок дрожжевого белка оказался принципиально важным для прионизации, то есть превращения фактора терминации в [PSI] - дрожжевой прион. Если этот участок убрать, делегировать из хромосомы соответствующий участок гена, не удастся ни индуцировать прион, ни "размножать его", если он уже есть в клетке. Тогда он просто теряется [32]. Увы, нельзя убрать весь ген. Ген SUP35, кодирующий фактор терминации синтеза белка у дрожжей, незаменим. В этом отличие прионной системы человека от такой же системы млекопитающих.

Рис. 5. Сравнение аминотерминальных участков в белке-прионе человека (РгР Homo sapiens) и белке-факторе терминации трансляции eRF3, кодируемом геном SUP35 дрожжей (Sup35p Saccharomyces cerevisiae) Выделены повторяющиеся аминокислотные последовательности. Цифры - положения аминокислотных остатков

Значение концевых повторов в индукции и "размножении" дрожжевых прионов подчеркивает и тот факт, что для индукции [PSI]-фактора достаточно в клетке сверхэкспрессировать не весь ген, а только ту его часть, которая кодирует эти повторы [26].

РАЗМНОЖЕНИЕ ПРИОНА

Область исследования дрожжевых прионов очень быстро стала модной на Западе. В течение весны и лета 1997 г. в двух американских лабораториях были получены сенсационные результаты. Было показано, что дрожжевые прионы в клетках образуют такие же белковые агрегаты, как и прионы млекопитающих в тканях мозга [33]. Более того, удалось показать, что образование дрожжевого приона может происходить вне клетки - в бесклеточном растворе [34]. Причем для этого достаточно только фрагмента белка, содержащего прионизирующие повторы [35].

Самые интересные результаты по эффективному размножению приона в бесклеточной системе получила группа М.Д. Тер-Аванесяна. Если в экстракт из клеток, не содержащих [РSI]-фактор, добавить очень небольшое количество экстракта из клеток, содержащих этот дрожжевой прион, то количество белка-приона быстро нарастает. Теперь в качестве затравки можно взять немного материала из этой смеси и вновь добавить его в экстракт из клеток без [PSI]-фактора. Результат будет тем же самым. И это можно повторять бесконечно [36].