Исследователи из Института молекулярной клеточной биологии и генетики им. Макса Планка (MPI-CBG), Биотехнологического центра Дрезденского технического университета (BIOTEC) и Вашингтонского университета в Сент-Луисе, США, впервые выявили доброкачественное, хотя и биологически значимая функция прионных доменов как белковых сенсоров стресса, которые позволяют клеткам адаптироваться к стрессам окружающей среды и выдерживать их.
Выявление физиологической функции — важный первый шаг к устранению пробела в понимании биологической роли прионных доменов и их трансформации в патологическое заболевание. Открытия были опубликованы в Science.Агрегация прионоподобных белков связана с заболеваниями человека.
Их инфекционное поведение сопоставимо с распространением вирусной инфекции. Это поднимает вопрос, почему эволюция сохранила эти белки: полезны ли эти последовательности для чего-нибудь?
В своем исследовании команда лидера исследовательской группы профессора Саймона Альберти из MPI-CBG сосредоточила внимание на прионном протеине дрожжей Sup35, который имеет давнюю историю как образец для подражания в исследованиях прионов. Они обнаружили, что прионный домен Sup35 действует как датчик стресса, который запускает образование капель и гелей защитного белка, когда клетки подвергаются воздействию суровых условий.
Когда клетки подвергаются стрессу, например, из-за нехватки питательных веществ, уровень их энергии падает. Это приводит к снижению значения pH цитозоля — клетки закисляются.
В ответ деление клеток прекращается, метаболизм прекращается, и клетки переходят в режим ожидания. Когда стресс минует, клетки должны быстро перепрограммировать свой метаболизм и возобновить рост и деление.
Проф. Саймон Альберти и его коллеги выяснили, что прионный домен Sup35 важен для выживания при стрессе. «Мы обнаружили, что клетки, лишенные прионного домена, демонстрируют дефект роста при восстановлении после стресса», — резюмирует Титус Францманн, первый автор исследования. Ученые обнаружили, что прионный домен Sup35 воспринимает кислый pH цитозоля и затем управляет образованием капелек белка, которые защищают Sup35 от повреждений. «Чтобы сохранить белок, капли могут даже превратиться в гелеобразную структуру», — говорит соавтор Маркус Янель из группы биофизики профессора Стефана Гриля из BIOTEC.
Эти капельки белка, которые образуются в цитоплазме подобно конденсирующимся каплям воды, могут снова растворяться, что позволяет клетке повторно использовать белок Sup35, когда она возобновляет рост. Кроме того, коллеги из Вашингтонского университета в Сент-Луисе предсказали последовательности аминокислот, ответственных за чувствительность Sup35 к изменениям значения рН цитоплазмы.
В этом контексте Рохит Паппу, Эдвин Х. Мурти, профессор биомедицинской инженерии Вашингтонского университета, отметил, что: «Выявление молекулярных компонентов, которые придают эти адаптивные способности Sup35, также имеет важное значение для понимания клеток на молекулярном уровне и принятия этих принципов для построение синтетических систем ».С эволюционной точки зрения конденсаты Sup35 действительно интересны, поскольку они сохраняются среди далеких родственных дрожжей, которые разошлись почти 400 миллионов лет назад. Это предполагает, что образование капель и гелей может быть наследственной функцией прионного домена Sup35. Титус Францманн заключает: «Исследование предполагает, что прионные домены представляют собой специфические для белков сенсоры стресса, которые позволяют клеткам реагировать на определенные условия окружающей среды.
Таким образом, мы могли бы впервые показать положительную функцию прионного домена, которая часто только связаны с болезнетворными агрегатами. Возможно, поэтому эволюция так долго удерживала их ».