Диссертация (Влияние мутаций в прионизующем домене белка sup35 на свойства приона [PSI+] дрожжей Saccharomyces cerevisiae), страница 5

Делеции генов, контролирующих полимеризацию актина (SLA1,SLA2, END3) или связанных с организацией цитоскелета (LAS17, SAC6 и VPS5),снижают частоту появления [PSI+] (Bailleul et al., 1999; Ganusova et al., 2006;Manogaran et al., 2011). Крупные кольцевые агрегаты Sup35p, формирующиеся напериферии клетки, колокализуются с пучками актина, связанными с мембраной(Ganusova et al., 2006).

После их транспорта к вакуоли эти комплексы оказываютсяассоциированными с белками Atg8 и Atg14 (маркерами пре-автофагосомы)(Tyedmers et al., 2010). Делеции генов BUG1 (участвует в процессах везикулярноготранспорта), ARF1, BEM1 и HOG1 (вовлечены в процессы полимеризация актина)снижают частоту возникновения приона, но не оказывают влияния наформирование агрегатов при сверхпродукции Sup35p. Этот факт позволяетпредположить, что продукты этих генов играют роль в процессах «созревания»[PSI+] (Manogaran et al., 2011). Все эти данные говорят о том, что появлениеприона во многом контролируется самой клеткой, и, возможно, является одним изестественных клеточных процессов.Кроме сверхэкспрессии SUP35, к увеличению частоты возникновения [PSI+]приводят различные стрессовые воздействия (Tyedmers et al., 2008).

Ключевуюроль в этом процессе играет белок Lsb2. Его количество в клетке значительно24возрастаетпринеблагоприятныхусловиях,например,приповышениитемпературы. Сверхпродукция Lsb2p приводит к появлению [PSI+] даже приотсутствии сверхэкспрессии SUP35 (Chernova et al., 2011; Chernova et al., 2013).Эти данные являются доказательством возможности появления приона вестественных условиях и тем самым поддерживают предположения обадаптивной роли этого фактора.Важным условием для формирования [PSI+] является присутствие в клеткедополнительных факторов, получивших название Pin (от inducible to [PSI+])(Derkatch et al., 1997).

Первым описанным агентом такого типа стал прион [PIN+](Derkatch et al., 1997; Sondheimer et al., 2000; Derkatch et al., 2001). Кроме негопоявлению [PSI+] de novo также может способствовать сверхпродукция рядабелков,содержащихпоследовательности,обогащенныеаспарагиномиглутамином (Alberti et al., 2009). Согласно современным представлениям, факторыPin, в частности прион [PIN+], играют роль затравки для образования [PSI+](Derkatch et al., 2001). Эта гипотеза опирается на следующие факты: при индукции[PSI+] агрегаты Sup35p колокализуются с Rnq1p (белок, формирующий [PIN+](Sondheimer et al., 2000; Derkatch et al., 2001)), а фибриллы Rnq1p ускоряютагрегацию Sup35p in vitro (Derkatch et al., 2004).В состав прионных агрегатов [PSI+] входит не только Sup35p, с ними такжесвязываются многие шапероны (Hsp104p, Sse1p, Sis1p, Ydj1p, Ssb1p, Ssb2p, Ssa1p,Ssa2p), компоненты цитоскелета (Sla1p) (Bailleul et al., 1999; Bagriantsev et al.,2008; Nevzglyadova et al., 2009).

В состав агрегатов Sup35p, также входят белки,участвующие в различных клеточных процессах: метаболизме глюкозы, циклетрикарбоновых кислот, ответе на различные виды стресса, трансляции и многихдругих (Nevzglyadova et al., 2009).Поддержание приона [PSI+] в клетках дрожжей требует постоянногоувеличения количества прионизованного белка, то есть перехода Sup35p изнативной конформации в прионную, а также увеличения количества «зерен»приона, которые бы могли передаваться в почки (Рис. 2) (Kushnirov et al., 1998;25Kushnirov et al., 2007). Первый из этих двух процессов происходит спонтанно,новые мономеры присоединяются к сформированному агрегату, увеличивая егодлину (Paushkin et al., 1996; Serio, 2000; Collins et al., 2004). По некоторымданным, оба конца растущей фибриллы способны полимеризовать белок (Scheibelet al., 2001), по другим — этот процесс идет преимущественно только на одном изконцов фибриллы (Inoue et al., 2001).

Фрагментация агрегатов осуществляетсяшаперонами клетки (см. обзоры (Kushnirov et al., 1998; Kushnirov et al., 2007;Chernova et al., 2013)). Ключевым белком в этой системе является Hsp104p: егоотсутствие приводит к исчезновению [PSI+] (Chernoff et al., 1995). Этот белокразрезает прионные агрегаты Sup35p, увеличивая таким образом их количество,благодаря чему прион может передаваться в дочерние клетки (Kushnirov et al.,1998; Kushnirov et al., 2007). В отсутствие Hsp104p или блокировании егодезагрегазной активности (из-за мутаций hsp104, например, К218Т, или вприсутствии ГГХ в миллимолярных концентрациях) прион теряется в чередеклеточных поколений (Eaglestone et al., 2000; Ferreira et al., 2001).

Эффективностьфрагментацииамилоидныхагрегатовшаперонамитакжезависитотаминокислотного состава белков в их составе. Например, наличие тирозиновспособствует этому процессу (Alexandrov et al., 2008).Другие шапероны также оказывают влияние на поддержание [PSI+].Представители семейства Hsp70, белки Ssa и Ssb, по-разному влияют настабильность приона. Повышение количества Ssa1p в клетке препятствует потере[PSI+], вызванной сверхпродукцией Hsp104p (Newnam et al., 1999). В тоже время,увеличение количества Ssb1p или Ssb2p имеет противоположный эффект(Chernoff et al., 1999). Усиление экспрессии любого из генов SSA1, SSA2, SSA3 илиSSA4 способствует индукции приона de novo (Allen et al., 2005), в случае SSB1эффект обратный — существующий [PSI+] теряется (Kushnirov et al., 2000b;Chacinska et al., 2001).

Различия в функциях белков Ssa и Ssb опосредованыособенностями их пептид-связывающих доменов (Allen et al., 2005). Ssa1p и Ssa2pспособны активно связывать агрегаты Sup35p, в то же время Ssb1p и Ssb2p не26обладают таким сродством к прионизованному белку (Bagriantsev et al., 2008).Белок Sis1 (Hsp40) также вовлечен в поддержание [PSI+]: при уменьшении егоколичества прион теряется (Higurashi et al., 2008).

Кроме этого, от его присутствиязависит потеря [PSI+] при сверхпродукции Hsp104p (Kirkland et al., 2011).Вероятно, Sis1p необходим для взаимодействия Hsp104p с прионными агрегатамиSup35p, хотя есть данные, противоречащие этой гипотезе (см. обзор (Liebman etal.,2012)).Аналогичнуюфункцию,можетвыполнятьибелокStg2.Предполагается, что он участвует в «привлечении» Ssa1p и Hsp104p камилоидным агрегатам Sup35p (Kiktev et al., 2012).Рисунок 2.

Поддержание приона [PSI+] в клетках дрожжей. Для сохранения приона в чередеклеточных поколений требуется баланс между двумя различными процессами: агрегации(прионизации) Sup35p, синтезируемого клеткой, и фрагментации существующих полимеров,осуществляемой белком Hsp104p. Формирующиеся таким образом новые «зерна» приона могутбыть переданы в дочерние клетки. Рисунок автора.Избыток Hsp104p в клетке приводит к исчезновению [PSI+] (Chernoff et al.,1995). В этом случае дестабилизация приона связана с нарушением балансашаперонов (см.

обзор (Liebman et al., 2012)). С этой гипотезой хорошосогласуются данные о потере приона при краткосрочном тепловом шоке.Вероятно, это вызвано тем, что количество Hsp104p гораздо быстрее возрастаетпри повышении температуры по сравнению с Ssa1p (Newnam et al., 2011).Функции Hsp104p связаны не только с его дезагрегазной активностью, он также27участвует в ретроградном транспорте белковых агрегатов из почки в материнскуюклетку (Liu et al., 2010).

Судя по всему, в условиях, когда соотношение Hsp104p иSsa1p сильно смещается в сторону Hsp104p, нарушается процесс распределенияагрегатов Sup35p. Большая их часть задерживается в материнской клетке и непопадает в почку (Newnam et al., 2011; Liebman et al., 2012).На поддержание приона [PSI+] влияют некоторые продукты метаболизмаклетки.

В частности, накопление красного пигмента (результат полимеризацииамидоимидазолриботида, одного из веществ, образующихся в ходе биосинтезааденина) снижает эффективность образования амилоидов, и том числе прионов[PSI+] и [PIN+]. Этот эффект связан с взаимодействием красного пигмента самилоидами, что может напрямую приводить к уменьшению амилоидогенеза илипрепятствовать взаимодействию шаперонов с соответствующими белковымиагрегатами (Невзглядова и др., 2010; Nevzglyadova et al., 2011). Последние данные,полученные для белка инсулина in vitro, свидетельствуют о том, что пигмент сампо себе снижает эффективность формирования амилоидных фибрилл (Амен и др.,2012).В завершение этого раздела необходимо рассмотреть факторы, приводящие кпотере [PSI+].

Потеря приона может происходить спонтанно (Cox et al., 1980), илибыть связанной с внешними воздействиями, например, кратковременнымповышением температуры (Newnam et al., 2011). В искусственных условияхфактор [PSI+] может быть изгнан в присутствии таких веществ, как ГГХ, ДМСО,этиловый или метиловый спирт (Tuite et al., 1981). Увеличение количества белковSfl1, Ssn8 и Rpp0 в клетке может приводить к исчезновению [PSI+], но онидействуют не напрямую.

Судя по всему, изменение уровня этих белков в клеткевлечет за собой повышение экспрессии HSP104 и SSA4 (Kryndushkin et al., 2002).Избыток шаперонов Apj1p, Sti1p и Sis1p также дестабилизирует [PSI+](Kryndushkin et al., 2002). В совокупности, процессы появления, поддержания иисчезновения приона составляют «жизненный цикл» [PSI+], который может иметьместо и в естественных популяциях дрожжей.