Scisne?

Одноклеточные эукариоты помнят о неразделенной любви

# 9 Июн 2015 04:22:20
Louiza

Одноклеточные эукариоты помнят о неразделенной любви



Как известно, клетки дрожжей могут существовать в двух видах: гаплоидном и диплоидном (то есть с единичным или с двойным набором генов). Гаплоидные клетки имеют один из двух типов спаривания: а или α. Они секретируют феромоны, называемые a- или α-фактор, посредством которых они узнают о присутствии поблизости партнера противоположного «пола».

Феромон связывается с рецептором и через киназный каскад запускает программу подготовки к спариванию. Клеточный цикл блокируется в фазе G1, а клеточная стенка начинает выпячиваться в направлении партнера. Успешное спаривание приводит к слиянию партнеров и образованию диплоидной клетки.

Авторы описываемой работы заметили, что если феромон присутствует, а контакт клетки с партнером не происходит в течение нескольких часов, то клетка «разочаровывается», прекращает попытку спариться и в дальнейшем уже никогда не участвует в «любовных играх», игнорируя присутствие феромона. Другими словами, она запоминает неудачу. Теперь она размножается только вегетативным путем — отпочковывая от себя дочерние гаплоидные клетки. Но знание о коварстве любви не передается дочерним клеткам. Они рождаются наивными и чутко реагируют на присутствие феромона.

Ключевую роль в прохождении фазы G1 играет белок циклин Cln3, контролирующий работу остальных циклинов G1. Арест в фазе G1 в присутствии феромона реализуется через инактивацию Cln3: белок Far1 связывается с Cln3 и блокирует его функцию, в то время как другой белок, Whi3, связывается с мРНК Cln3 и предотвращает синтез нового Cln3.

Поиск механизма убегания от любовных чар привел авторов к белку Whi3: его способность инактивировать мРНК Cln3 оказалась нарушенной. И здесь оставалось лишь вспомнить, что анализ последовательности Whi3 относит его к группе белков, предположительно способных образовывать упорядоченные фибриллярные агрегаты — амилоиды. Анализируя состояние белка Whi3, авторы обнаружили, что действительно через несколько часов в присутствии феромона в клетке возникают амилоидные агрегаты белка Whi3.

Амилоиды — особый вид белковых агрегатов, обладающий замечательным свойством катализировать свой собственный рост, сопряженный с глубокой структурной перестройкой присоединяемой белковой молекулы. Амилоиды являются причиной около 40 возрастных заболеваний человека. Некоторые амилоиды инфекционны, то есть способны переносить этот процесс автокаталитического роста между организмами, и тогда они называются прионами. По счастью, лишь один из амилоидов человека является прионом — белок PrP. Большинство известных прионов, около десяти, относятся к дрожжам. Эти прионы безобидны и проявляются как нестандартные генетические элементы, фенотипы с неменделевским типом наследования. Прионные свойства требуют дополнительно механизма, разделяющего амилоиды на части и таким образом размножающего их.

Амилоидные и прионные свойства белков дрожжей связаны с наличием в их составе неструктурированных областей, обогащенных глутамином и аспарагином (QN-богатых). Такая область присутствует и в белке Whi3, и было показано, что она необходима для агрегации Whi3 и отключения программы спаривания.

Обнаруженный механизм памяти рождает на редкость богатые аналогии с памятью у мушки дрозофилы — единственного пока животного, у которого раскрыт механизм долговременной памяти. Занятно, что у мушек для тестирования памяти тоже использовали неудачные сексуальные ухаживания. Долговременная память у дрозофилы также реализована через переход в амилоидное состояние некоторого белка, Orb2. Как и в случае Whi3, амилоидная агрегация Orb2 происходит через имеющуюся в нем QN-богатую область. Аналогия проходит и еще дальше: оба белка связываются с некоторыми мРНК и определяют возможность их трансляции. Правда, есть и отличия: мономер Whi3 связывается с мРНК Cln3 и блокирует ее, а амилоид Whi3 не связывается. В случае Orb2 его амилоид, а не мономер связывается с мРНК и активирует, а не блокирует трансляцию.

Еще одно важное сходство в том, что в обоих случаях амилоиды не обладают прионными свойствами. В нейроне запоминание происходит отдельно для каждого синапса, поэтому и агрегация Orb2 должна происходить локально, а не распространяться, как прион, по всей клетке. В случае Whi3 наследование амилоидов также не оправдано. Но несмотря на сходство, едва ли механизмы Whi3 и Orb2 имеют общего предка. Скорее, сходные задачи нашли однотипное решение. И можно предполагать, что амилоиды, благодаря их высокой прочности и протеазоустойчивости, являются наиболее надежным носителем для памяти.

Для чего нужен механизм Whi3? Во-первых, отсутствие такого механизма открыло бы нишу для обманщиков — клеток, которые бы испускали феромон и заставляли соседей готовиться к спариванию, сами при этом беззаботно питаясь и размножаясь почкованием. Половое размножение — сравнительно дорогой процесс, несущий стратегические преимущества. С учетом этой цены, тактическое, сиюминутное преимущество за вегетативным размножением. Whi3 позволяет дрожжам отказаться от дорогого варианта, если процесс затягивается, и не страдать от неразделенной любви до конца дней, как Тургенев.

Механизм Whi3 прецедентен в нескольких отношениях. Это первый функционально значимый неприонный амилоид у дрожжей. Прионы могут быть использованы и используются дрожжами для наследуемого изменения фенотипа. А зачем может быть использован ненаследуемый амилоид — стало ясно только сейчас. Заметим, что у дрожжей имеется более 150 потенциально амилоидогенных белков с QN-богатыми доменами, однако полноценные прионные свойства проявляют лишь десять из них. Что еще интереснее — QN-богатых белков много и у других эукариот, в частности у человека. Вполне возможно, что их амилоидогенные свойства работают — например, в клеточной дифференциации.

Авторы предложили новое название для белков, подобных Whi3 и Orb2, — мнемоны, то есть белки памяти. Наличие множества QN-богатых белков позволяет предполагать, что в скором времени мы узнаем о новых белках этого класса.

Источник:

Fabrice Caudron, Yves Barral. A Super-Assembly of Whi3 Encodes Memory of Deceptive Encounters by Single Cells during Yeast Courtship // Cell. V. 155 (6). P. 1244–1257.

Виталий Кушниров,
"Элементы"
Только зарегистрированные пользователи могут создавать сообщения.
Вход, Регистрация.