прионная форма белка sup35 [psi+] может участвовать в

ПРИОННАЯ ФОРМА БЕЛКА SUP35 [PSI+] МОЖЕТ УЧАСТВОВАТЬ
В КОНТРОЛЕ СТАБИЛЬНОСТИ ГЕНОМА В ДРОЖЖАХ
SACCHAROMYCES CEREVISIAE
Андрейчук Ю.В.1, Ширяева А.А.1, Степченкова Е.И.1,2, Инге-Вечтомов С.Г.1,2
1
2
Санкт-Петербургский Государственный Университет
Санкт-Петербургский филиал Института Общей Генетики им. Н. И. Вавилова
Прионы – инфекционные формы нормальных клеточных белков, не отличающиеся
от них последовательностью аминокислот, но обладающие измененной третичной
структурой. Инфекционностьприоновсвязана с их способностью передавать структурную
информацию белковым молекулам, после чего те меняют третичную структуру на
структуру, характерную для приона.
Часто после прионизации белки теряют свою
функциональность, поэтому у человека прионы являются причиной таких неизлечимых
нейродегенеративных заболеваний, как болезни Альцгеймера, Паркинсона, Хантингтона,
Лу Геринга. Было замечено, что в нервных клетках пациентов, страдающих
нейродегенеративными заболеваниями, вызванными прионами, увеличена частота
хромосомных нарушений. Например, у больных с болезнью Альцгеймера в нейронах
мозга частота анэуплоидии по 21 хромосоме увеличена в 10 раз [1]. Удобной моделью для
изучения
прионов
млекопитающих
является
прион
[PSI+]
дрожжей
Saccharomycescerevisiae, представляющий собой прионную форму фактора терминации
трансляции Sup35. В нашей лаборатории были получены мутанты по гену SUP35. У
большинства из этих мутантов также увеличена частота хромосомных нарушений.
Вероятно, прионы вносят вклад в формирование
симптомов нейродегенеративных
заболеваний, нарушая стабильность генома нервных клеток. Однако связь между
образованием прионов и мутагенезом не изучена.
Материалы и методы
В нашей работе штаммы дрожжей с прионной [PSI+] и нормальной конформацией
белка Sup35 были изучены в альфа-тесте. Альфа-тест – удобная тест-система,
позволяющая учитывать частоту широкого спектра генетических изменений в дрожжах S.
cerevisiae в одном эксперименте. В альфа-тесте могут быть учтены следующие
генетические события: потеря хромосом, генные мутации, конверсия гена, потеря плеча
хромосомы и рекомбинация. Модель альфа-теста основана на механизме переключения
типа спаривания в гетероталличных штаммах дрожжей S. cerevisiae[3]. Тип спаривания
регулируется расположенным в III хромосоме локусом МАТ, представленным двумя
аллелями – МАТа и МАТальфа, и определяющим а и альфа типы спаривания
соответственно. Спариваться могут только клетки с противоположным типом спаривания.
Изменения генетического материала, нарушающие экспрессию локуса МАТальфа,
приводят
к
переключению
типа
спариванияα→a,
что
позволяет
такой
клетке
гибридизоваться с другой клеткой альфа-типа спаривания. Поэтому появление гибридов в
смеси двух штаммов с одинаковым альфа-типом спаривания свидетельствует о том, что
одна из родительских клеток гибрида приобрела а-тип спаривания. Использование
специально подобранных штаммов позволяет подсчитать общий уровень стабильности
генома, а также выявить молекулярную природу генетических изменений, вызванных
разными мутагенами.
Результаты
Штамм дрожжей, несущий прионную форму белка Sup35 показал снижение
частоты “незаконной” гибридизации в два раза. ПрионизацияSup35 не влияет на
гибридизацию со штаммом противоположного типа спаривания.
Таблица 1. Частоты “незаконной” и “законной” гибридизации.
Штамм
Частота “незаконной”
Частота “законной”
гибридизации (*10-6) (медиана и
доверительный интервал)
гибридизации (*10-6)
(медиана и доверительный
интервал)
[PSI+]
[PSI-]
Мы
сравнили
спектр
3,06
7,6
(2,63-3,59)
(5,1-10,4)
6,1
6,1
(5,76-7,2)
(4,5-8,8)
генетических
нарушений,
возникающих
на
фоне
прионизацииSup35 и в контрольном варианте. У штамма [PSI+] частоты потерь
хромосом и генных мутаций снижены в 2 раза, и в 5 раз увеличена частота
конверсии гена. Результаты, полученные в альфа тесте, согласуются с результатами
теста на индукцию прямых мутаций устойчивости к канаванину, в котором мы
также наблюдали снижение частоты мутагенеза в 2 раза.
Выводы
Мы исследовали эффект приона [PSI+] на стабильность генома. Неожиданно для
нас, наличие приона [PSI+] приводит к снижению частоты, как генных мутаций, так и
потерь хромосом, а также увеличивает частоту конверсии гена. Механизм влияния приона
на стабильность генома остается неизвестным. Мы полагаем, что такой эффект может
быть вызван изменением протеома, поскольку прионизацияSup35 нарушает процесс
терминации трансляции. Также существуют доказательства того, что Sup35 участвует в
сегрегации хромосом в мейозе [3]. Наши результаты подтверждают предыдущие научные
данные. Роль прионов в поддержании стабильности генома требует дальнейшего
изучения.
Данное исследование поддержано грантом РФФИ #15-04-08625.
Ссылки
1.
Iurov, Iu. B., Vorsanova, S. G., Solov'ev, I. V., Iurov, I. Iu. (2010) Genetika, 46(10),
1352-5.
2.
Borchsenius, A. S., Tchourikova, A. A., Inge-Vechtomov, S. G. (2000) CurrGenet.,37(5),
285-91.
3.
Inge-Vechtomov, S. G., Repnevskaya, M. V., Karpova, T. S. (1986) Russ. J. Genet., 22,
2625-2636