Диссертация (1144700), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Приналичии «сильного» варианта [PSI+] (вариант в котором активно идѐтполимеризация белка и фрагментация полимеров) мономеры Sup35 уже неприсоединяются к матрице [PIN+] или [SWI+]. По крайней мере, сильные варианты[PSI+] стабильно поддерживаются и не меняют свои свойства в ряду поколений.Переключения вариантов прионов отмечены с частотой, сопоставимой с частотойспонтанного мутагенеза, лишь для «слабых», нестабильных вариантов [PSI+].Очевидно, что эффективность присоединения белка к прионной затравке зависитот гомологии последовательностей белков. Замена даже одной аминокислоты впоследовательности Sup35 может привести к тому, что изменѐнный белокутрачивает способность присоединяться к предсуществующей матрице [PSI+][Marchante et al., 2013; Bondarev et al., 2015].
Индукция одного приона другимпредставляет собой редкое событие, происходящее с низкой частотой. Послеинициации прионизации на этапе элонгации мономеры белка в каждом клеточномпоколении присоединяются уже к собственной матрице, что обеспечиваетстабильное наследование приона. Различия в эффективности взаимодействиямономеров с гетерологичной и гомологичной матрицей могут быть объяснены врамках «арочной» модели, предложенной А. Кайавой [Kajava et al., 2010] (см.также рис.2). При инициации приона определѐнные последовательности белкаформируюткросс-бетаструктуру,стабилизированнуюмежмолекулярнымиводородными связями. Пространственная укладка этих последовательностей ввиде «арок», поперечных оси протофибриллы, определяется расположениемамилоидогенных трактов и их размером. У некоторых прионов могутреализовываться различные варианты укладки, что зависит от того, какиепоследовательности взаимодействуют на этапе инициации прионогенеза.
На этапеэлонгации структура приона остаѐтся неизменной. Молекулы других прионых62белков имеют иную аминокислотную последовательность и содержат иныеамилоидогенные тракты, что препятствует присоединению к чужой матрице испособствует взаимодействию с собственной прионной протофибриллой.В некоторых случаях различные прионы вступают в антагонистическиеотношения. Так, при скрещивании штаммов [PSI+] и [URE3] диплоиды теряют тотили иной прион [Schwimmer, Masison, 2002]. Следует упомянуть о том, чтонекоторые варианты [PIN+] оказывают дестабилизирующее воздействие наслабые варианты [PSI+] [по: Derkatch, Liebman, 2007].
В штаммах, содержащиходновременно три приона - [PSI+][PIN+] и [SWI+], последний элиминируется свысокой частотой [Du and Li, 2014]. Механизмы антагонистического влиянияприонов не изучены. Можно предположить, что некоторые прионные вариантыодного белка могут блокировать рост (элонгацию) прионных конформеровдругого белка. Вполне вероятно также, что влияние прионов на стабильность другдруга может быть опосредовано изменением активности других компонентовпротеомных сетей.Неинфекционные амилоиды, в отличие от прионов, не фрагментируются и,вследствие этого, не наследуются, однако они могут способствовать индукцииприонов и, таким образом, вовлекаться в регуляцию эпигенетических событий уодноклеточныхорганизмов.Так,мутантнаяпоследовательностьбелкаХангтингтина человека (Q103) при сверхпродукции в дрожжевых штаммах [PIN+]формирует амилодоподобные агрегаты, что значительно повышает частотыиндукции приона [PSI+] [Derkatch et al., 2004].
Кроме того, амилоид Q103 вдрожжах индуцирует формирование детергент-устойчивых агрегатов Rnq1, Def1и Bmh1 [Urakov et al., 2010; Duennwald et al., 2006; Wang et al., 2007].Возникновение прионов также может провоцировать индукцию неинфекционныхамилоидов. Так, белок Pub1 при сверхпродукции формирует детергентустойчивые агрегаты в штаммах [PSI+], но не в штаммах [psi-]. Безсверхпродукции в штаммах [PSI+] белок Pub1 также выявляется во фракциивысокомолекулярных агрегатов, но лишь в следовых количествах [Urakov et al.,2010].63Сходныевзаимодействияотмеченыидляамилоидогеныхбелковмлекопитающих.
В частности, мономеры PrPС связывают амилоидные агрегатыAβ и α-синуклеина, которые выявляются в головном мозге в случаях болезнейАльцгеймера и Паркинсона, соответственно [Majd et al., 2013]. Более того,прионные конформеры PrPSc инициируют агрегацию пептида Aβ, образующегоамилоиды при болезни Альцгеймера [Schwarze-Eicker et al., 2005]. Агрегация Aβ,а также α-синуклеина, вызывает гипперфосфорилирование и олигомеризациюпептида tau, что приводит к развитию нейродегенерации [Rank et al., 2002;Giasson et al., 2003].
Агрегаты tau, в свою очередь, индуцируют образованиеамилоидных конформеров α-синуклеина [Giasson et al., 2003]. Наиболее полноохарактеризованы взаимодействия PrP и Aβ. Показано, что белок PrP вмономерной изоформе PrPC, заякоренный на мембране нейронов, являетсярецептором для патогенных олигомеров Aβ [Lauren et al., 2009].
Парадоксально,но факт - белок PrP, конформационные изменения которого вызывают прионныезаболевания, в нормальной клеточной изоформе может быть вовлечѐн в патогенезболезни Альцгеймера. Более того, показано, что олигомеры Aβ индуцируютагрегацию PrP, также как прионные полимеры PrPSc инкорпорируют пептид Aβ испособствуют его агрегации [Morales et al., 2010]. Важно отметить, чтофизическое связывание PrP и Aβ отмечается лишь в том случае, когда один изэтих двух белков представлен в виде амилоидных олигомеров.
Мономеры PrP иAβ друг с другом не взаимодействуют [Freir et al., 2011]. Исходя из этих данных,можно заключить, что взаимодействие провоцирует конформационное изменениеодного из партнѐров. Установлено, что ключевую роль в связывании PrPС солигомерами Aβ играют положительно заряженные последовательности PrP23–27aaи PrP90–110aa [Fluharty et al., 2013].Приведѐнные в этом разделе данные свидетельствуют о том, чтопредсуществующие амилоидные агрегаты зачастую способствуют индукцииамилоидогенеза других белков, но из-за отсутствия методов, позволяющихпроводить комплексную идентификацию амилоидов в масштабах протеома, этиданные носят отрывочный характер. На данном этапе можно лишь заключить, что64индукции амилоидогенеза одного белка за счѐт агрегатов другого способствуетсходство исследуемых белков.
Кроме того, такого рода взаимодействия не всегдапредполагают физическое связывание амилоидогенных белков. Как мы ужеупоминали, белок Mod5 в прионной форме не колокализуется с Sup35, носпособствует его прионизации. Вероятно, прионизация транскрипционногорегулятора Mod5 может вызывать изменения уровня экспрессии целого рядагенов и таким образом влиять на возможность амилоидогенеза соответствующихбелков.Рассматривая последствия амилоидогенеза необходимо помнить, чтоагрегация одного белка может вызывать целую цепочку событий, изменяющихвзаимодействия компонентов протеомной сети. В частности, прионные агрегатыSup35 секвестрируют мономеры белка Sup45, играющего роль основного факторатерминации трансляции [Paushkin et al., 1997; Gong et al., 2012; Vishveshwara etal., 2009].
Более того, в работе лаборатории Т.Р. Сойдлы было показано, чтоприонные агрегаты белка Sup35 связывают сорок белков, примерно половину изкоторых составляют шапероны и белки, регулирующие глюкозный метаболизм[Nevzglyadova et al., 2009]. Таким образом, прионизация одного белка можетвызывать глобальные изменения в регуляции протеомных взаимодействий.Отметим, что прионизация может приводить не только к частичной инактивациибелка, но и к приобретению им новых функций. Так, прионные агрегаты Sup35связываютбелки,скоторымимономерыSup35невзаимодействуют[Nevzglyadova et al., 2009]. Такую же способность приобретают многиепатологические амилоиды млекопитающих [по: Gruschus, 2008]. Кроме того,совсем недавно было показано, что белок Rnq1 клеточные функции которогонеизвестны, только в прионной форме вызывает гипперфосфорилирование Pub4[Yang et al., 2014] и, возможно, других белков.
По всей вероятности, наиболеесущественное влияние на регуляцию протеомных сетей может оказыватьприонизация транскрипционных регуляторов, таких как Isp1, Swi1, Cyc8 и Mod5.651.6.Фундаментальные и методологические проблемы в исследованииприонов и амилоидовВопрос о распространѐнности функциональных и патологических прионови амилоидов у различных организмов и значимости амилоидогенеза по-прежнемуостаѐтся открытым. На нынешнем уровне наших знаний невозможно с высокойстепенью достоверности предсказать, какие белки обладают амилоиднымисвойствами in vivo.
Наличие потенциально амилоидогенных последовательностейещѐ не гарантирует возможность амилоидогенеза белка. Например, Q/Nобогащѐнная последовательность New1, слитая с М и С доменами Sup35,прионизуется, тогда как полноразмерный белок New1 не обладает прионнымисвойствами[Osherovichetal.,2004].Помимоаминокислотнойпоследовательности возможность амилоидогенеза in vivo зависит также от уровняпродукции белка, который в свою очередь может меняться.
Многофакторныйхарактер регуляции амилоидогенеза препятствует возможности применениябиоинформационныхалгоритмовдлявыявленияамилоидов.Новыефункциональные и патологические амилоиды выявляют не вследствие системногоанализа, а в результате направленного изучения свойств отдельных белков илианализа конкретных патологий. У дрожжей прионные белки обычно выявляют врезультате генетического скрининга факторов, определяющих фенотипическиеизменения признака, либо благодаря анализу биохимических свойств белков,имеющих сходство с известными прионами.
Такой подход не может датьинформацию о масштабах и значимости исследуемого феномена. С нашей точкизрения, существенный прогресс в понимании вопроса о масштабности изначимости амилоидогенеза может быть достигнут за счѐт использованияпринципиально новых подходов, позволяющих идентифицировать не отдельныеинфекционные и неинфекционные амилоиды, а выявлять и идентифицировать«амилоидом» различных организмов в целом.Впервые подход для разработки универсального метода идентификацииразличных амилоидов был предложен в работе наших коллег из лаборатории М.Д.Тер-Аванесяна [Kushnirov et al., 2006]. Авторы обратили внимание на66универсальное биохимическое свойство амилоидных фибрилл – их высокуюустойчивость к обработке ионным детергентом додецилсульфатом натрия (SDS).Очистив высокомолекулярную фракцию SDS-устойчивых белковых полимеров,авторам удалось без помощи антител выявить амилоидные агрегаты белкаSup35NM, но лишь на фоне его сверхпродукции [Kushnirov et al., 2006].Использование этого подхода в комплексе с современными протеомнымиметодами может позволить разработать универсальный биохимический метод,позволяющийидентифицироватьдажеминорныебелки,формирующиеамилоидные агрегаты.В исследовании взаимодействия прионов и амилоидов также остаѐтся многооткрытых вопросов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
