진균프리온

Fungal prion
PSI+프리온의 형성은 ade1 유전자의 난센스 변이를 가진 S. cerevisiae 세포를 붉은 색소(아래 콜로니)를 무색 화합물로 전환시켜 콜로니를 흰색(위)으로 만든다.

곰팡이 프리온은 곰팡이 숙주를 감염시키는 프리온이다.곰팡이 프리온은 구조적으로 다른 여러 가지 구조를 전환할 수 있는 자연적으로 발생하는 단백질로, 적어도 하나는 자기 전파되고 다른 프리온으로 전염됩니다.이러한 단백질 상태의 전달은 정보가 핵산 대신 단백질 구조 자체에 암호화되는 후생유전 현상을 나타낸다.몇몇 프리온 형성 단백질은 곰팡이, 주로 효모 사카로미세스 세레비시아에서 확인되었다.이러한 곰팡이 프리온은 일반적으로 양성인 것으로 간주되며,[1] 어떤 경우에는 유기체에 선택 가능한 이점을 준다.

곰팡이 프리온은 질병을 형성하는 포유류 프리온을 이해하는 모델을 제공해 왔다.곰팡이 프리온의 연구는 프리온 도메인이 기능적 상태와 아밀로이드 형성 상태 사이를 전환할 수 있도록 하는 배열 특징과 메커니즘의 특성화를 이끌어냈다.

시퀀스 기능

프리온은 종종 아스파라긴, 글루타민, 티로신 및 글리신 잔류물로 농축된 휴대용 전염성 프리온 도메인에 의해 형성됩니다.리포터 단백질이 프리온 도메인과 융합되면 프리온의 특징인 입체구조 전환을 나타내는 키메라 단백질이 형성된다.한편, 이 프리온 도메인을 제거하면 프리온 형성이 방지됩니다.이는 이들 프리온 도메인이 사실상 휴대성이며 프리온 형성의 유일한 개시자임을 시사한다.이것은 단백질만의 가설을 뒷받침한다.

S. cerevisiae의 후보 프리온 도메인에 대한 최근 연구는 집적 및 자가 템플릿 특성을 보여주는 단백질에 공통적인 몇 가지 특정 배열 특징을 발견했다.예를 들어, 응집된 단백질은 아스파라긴에서 더 고농축된 후보 프리온 도메인을 가지고 있는 반면, 글루타민과 하전 펩타이드에서 더 고농축된 비응집 도메인을 가지고 있었다.또한 프롤린과 같은 아밀로이드 형성을 방지하는 하전 펩타이드의 간격이 프리온 형성에 중요하다는 증거가 있었다.염기서열 특이성의 발견은 프리온 형성의 유일한 결정 인자가 [2]펩타이드의 전체 분포라고 제안했던 이전 연구에서 벗어난 것이다.

포도스포라안세리나 HET 프리온

포도스포라 안세리나는 필라멘트 균류이다.유전적으로 양립할 수 있는 이 균의 군체는 영양소와 세포질 같은 세포 성분을 결합하고 공유할 수 있다.보호 "비호환성" 단백질의 자연적인 시스템은 관련이 없는 군체들 간의 문란한 공유를 방지하기 위해 존재합니다.그러한 단백질 중 하나인 HET-s는 적절하게 [3][4]기능하기 위해 프리온과 같은 형태를 취한다.HET-s의 프리온 형태는 군체의 세포 네트워크 전체에 빠르게 퍼지며, 호환 가능한 군체가 병합된 [5]후 단백질의 비프리온 형태를 프리온 상태로 전환할 수 있습니다.그러나 양립할 수 없는 군락이 프리온을 포함한 군락과 결합하려고 할 때 프리온은 "침략자" 세포를 죽게 하고, 관련된 군락만이 자원을 공유하는 혜택을 얻도록 합니다.

효모의 프리온

[PSI+] 및 [URE3]

1965년, 효모 사카로미세스 세레비시아에 대해 연구한 유전학자 브라이언 콕스는 특이한 유전 패턴을 가진 유전 형질을 설명했습니다.[PSI+]의 최초 발견은 난센스 [6]돌연변이로 인한 아데닌의 보조 영양주였다.수년간의 노력에도 불구하고, 콕스는 PSI+ 특성을 일으키는 전통적인 돌연변이를 식별할 수 없었다.1994년 효모 유전학자 리드 위크너는 [PSI+]와 또 다른 불가사의한 유전 특성인 [URE3]가 각각 [7]정상 세포 단백질인 Sup35p와 Ure2p의 프리온 형태에서 비롯되었다고 정확하게 가설을 세웠다.효모 프리온의 이름은 플라스미드 및 미토콘드리아 DNA와 같이 자손 세포로 가는 과정에서 비민델리안임을 나타내기 위해 괄호 안에 자주 배치됩니다.

추가 조사 결과, [PSI+]는 단백질 [8]합성 시 번역 종료에 중요한 요소인 Sup35p(아미노산 201장 단백질)의 자기 전파 오접힘에 의한 결과인 것으로 밝혀졌다.[PSI+] 효모 세포에서 Sup35 단백질은 아밀로이드로 알려진 필라멘트 응집체를 형성합니다.아밀로이드 배치는 자가 전파되며 프리온 상태를 나타냅니다.뚜렷한 성질을 가진 Sup35 단백질에는 놀랍도록 뚜렷한 프리온 상태가 존재하며 이러한 차이는 스스로 [9]전파됩니다.다른 프리온은 또한 뚜렷한 다른 변종([10]또는 변종)을 형성할 수 있습니다.[PSI+] 세포의 난센스 돌연변이를 억제하는 것은 단백질의 대부분이 아밀로이드 상태이기 때문에 기능성 Sup35의 양이 감소하기 때문이라고 생각된다.Sup35 단백질은 아미노 말단 프리온 도메인을 통해 아밀로이드로 조립됩니다.이 구조는 레지스터 내 [11]및 병렬 베타 시트 구성에서 프리온 도메인의 스택을 기반으로 합니다.

체르노프가 Libman과 Lindquist 연구소의 협력을 통해 발견한 중요한 사실은 [PSI+]를 [12]유지하기 위해 단백질 샤페론이 필요하다는 것입니다.샤페론의 유일한 기능은 단백질이 적절하게 접히는 것을 돕는 것이기 때문에, 이 발견은 [PSI+]가 유전성 단백질 상태(즉, 프리온)라는 위크너의 가설을 강하게 뒷받침했다.마찬가지로, 이 발견은 원래 제안된 포유동물 PrP 프리온을 포함한 프리온이 유전성 단백질이라는 일반적인 가설에 대한 증거도 제공했습니다.샤페론, 특히 Hsp104의 작용으로 인해 [PSI+] 및 [URE3]를 코드하는 단백질은 비프리온에서 프리온 형태로 변환될 수 있다.이러한 이유로, 효모 프리온은 단백질 [10]응집에 영향을 미치는 샤페론과 같은 요소들을 연구하기 위한 좋은 모델이다.또, 아밀로이드 발생 단백질이 효모에 격리되어 [PSI+]와 같은 프리온이 [13]성숙하는 아세포 부위이다.따라서 프리온은 또한 아밀로이드와 같은 단백질 집합체의 세포 내 처리를 이해하는 기질 역할을 한다.

실험실은 일반적으로 콕스 등이 사용한 것과 유사한 아데닌이 부족한 배지에서 아데닌에 대한 보조 영양주 증식에 의해 [PSI+]를 식별한다.이러한 변종들은 생합성 경로에 포함된 효소 중 하나에서 말도 안 되는 돌연변이로 인해 아데닌을 합성할 수 없다.균주가 효모 추출물/덱스트로스/펩톤 배지(YPD)에서 성장하면 차단된 경로로 인해 붉은색 중간 화합물이 생성되어 독성으로 인해 세포에서 내보낸다.따라서 색상은 [PSI+] -- [PSI+] 균주는 흰색 또는 분홍색을 띠며 [psi-] 균주는 빨간색임을 식별하는 대체 방법이다.[PSI+]를 식별하는 세 번째 방법은 세포 용해액의 펠릿 분율 내에 Sup35가 존재하는 것이다.

특정 불리한 조건에 노출되었을 때, 일부 유전적 배경에서 [PSI+] 세포는 프리온이 없는 [14]형제 세포보다 실제로 더 잘 작동합니다. 이 발견은 [PSI+] 프리온 형태를 채택하는 능력이 긍정적인 진화 [15]선택에서 비롯될 수 있음을 시사합니다.프리온에 감염된 형태와 프리온이 없는 형태 사이에서 변환하는 능력은 효모가 다양한 환경에서 빠르고 가역적으로 적응할 수 있도록 하는 진화 캐패시터 역할을 한다고 추측되어 왔다.그럼에도 불구하고 리드 위크너는 [URE3]와 [PSI+]는 [16]질병이라고 주장하지만, 이러한 주장은 이론적인 모집단 유전자 [17]모델을 사용하여 이의를 제기하고 있다.

[PIN+] / [RNQ+]

[PIN+]라는 용어는 [PSI+] 프리온의 [18]형성에 대한 유전적 요구 사항을 설명하기 위해 Liebman과 Psi-INDucibility의 동료들에 의해 만들어졌다.그들은 [PSI+] 프리온의 대부분의 변형에 [PIN+]가 필요함을 보여주었다.나중에 그들은 [PIN+]를 RNQ1 단백질의 프리온 형태로 확인하였습니다. 다른 요인이나 프리온도 Psi 유도 표현형을 가질 수 있기 때문에 [RNQ+]라는 더 정확한 이름이 현재 가끔 사용됩니다.

Rnq1의 비프리온 함수는 명확하게 특성화되지 않았다.그 이유는 잘 알려져 있지 않지만, [PIN+]응집체가 [PSI+] 및 기타 [22][23][24]프리온의 중합에 "씨드" 역할을 할 수 있다는 것이 제안되고 있다.[PIN+] 프리온의 기초는 Sup35의 [25]아밀로이드 형태와 같이 레지스터 병렬 베타 시트로 배열된 Rnq1의 아밀로이드 형태이다.유사한 아밀로이드 구조 때문에 [PIN+] 프리온은 템플릿 메커니즘을 통해 [PSI+]의 형성을 촉진할 수 있습니다.

Sup35의 두 가지 수정 버전이 생성되었으며, 과도하게 압축되었을 때 [PIN+]가 없는 경우 PSI+를 유도할 수 있습니다.한 가지 버전은 제한 효소인 Bal2와 함께 유전자의 소화에 의해 만들어졌으며, 이는 Sup35의 [26]M과 N 부분만으로 구성된 단백질을 생성한다.다른 하나는 Sup35의 퓨전입니다.인간막 수용체 단백질인 HPR을 가진 NM.

후생유전학

프리온은 자가 증식 능력으로 인해 비멘델리안 표현형 유전의 대체 형태로 작용한다.이것은 프리온을 오직 단백질의 형태에 의존하는 유전의 전이 가능하고 지배적인 메커니즘으로 만듭니다.프리온 도메인을 포함하는 많은 단백질은 유전자 발현 또는 RNA 결합에 역할을 하는데, 이것이 대체 배치가 표현형 변이를 일으킬 수 있는 방법이다.예를 들어 효모 중 Sup35의 [psi-] 상태는 번역 종료 계수이다.Sup35는 [PSI+] 프리온 상태로의 구조 변화를 겪으면 아밀로이드 섬유를 형성하고 격리되어 보다 빈번한 정지 코돈 판독과 새로운 표현형 개발로 이어집니다.효모에서 20개 이상의 프리온 유사 도메인이 확인됨에 따라 단일 단백질에서 상당한 양의 변이가 발생할 수 있습니다.이 증가된 변이가 유전적으로 균질한 [27]효모 집단에 선택 가능한 이점을 준다고 가정되어 왔다.

특성 프리온 목록

단백질 내추럴 호스트 정상 기능 프리온 주 프리온 표현형 식별된 연도
우레2 사카로미세스 세레비시아 질소 이화물 억제제 [URE3] 저질소 공급원 증가 1994
서스35 사카로미세스 세레비시아 번역 종료 계수 [PSI+] 난센스 억제 수준 향상 1994
HET-S 포도스포라안세리나 헤테로카리온 비호환성 조정 [헉헉] 호환되지 않는 균주 간의 헤테로카리온 생성 1997
액포단백질가수분해효소B 사카로미세스 세레비시아 정지상태에서의 죽음, 감수분열에서의 실패 [β] N기아의 세포단백질 분해 실패 2003
MAP 키나아제 포도스포라안세리나 색소 증가, 느린 성장 [C] 2006
Rnq1p 사카로미세스 세레비시아 단백질 템플릿 인자 [RNQ+], [PIN+] 다른 프리온의 집약을 촉진합니다. 2000
Mca1* 사카로미세스 세레비시아 추정 효모 카스파아제 [MCA+] 알 수 없는 2008
스위1 사카로미세스 세레비시아 염색질 리모델링 [SWI+] 일부 탄소 공급원에서의 저성장 2008
Cyc8 사카로미세스 세레비시아 전사억제기 [Oct+] 여러 유전자의 전사적 억제 2009
Mot3 사카로미세스 세레비시아 핵전사인자 [MOT3+] 혐기성 유전자의 전사적 억제 2009
Pma1+Std1 [28] 사카로미세스 세레비시아 Pma1 = 주플라즈마막 양성자 펌프, Std1 = 주플라즈마 펌프 [GAR+] 포도당 관련 억제에 대한 내성 2009
Sfp1 [29] 사카로미세스 세레비시아 글로벌 전사 조절기 [ISP+] 특정 sup35 돌연변이의 항억제제 2010
Mod5 [30] 사카로미세스 세레비시아 [MOD+] 2012

[*Mca1이 프리온이라고 제안한 원래 논문은 철회되었습니다]

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ Michelitsch MD, Weissman JS (2000). "A census of glutamine/asparagine-rich regions: implications for their conserved function and the prediction of novel prions". Proc Natl Acad Sci U S A. 97 (22): 11910–5. Bibcode:2000PNAS...9711910M. doi:10.1073/pnas.97.22.11910. JSTOR 123764. PMC 17268. PMID 11050225.
  2. ^ Alberti S, Halfmann R, King O, Kapila A, Lindquist S (2009). "A Systematic Survey Identifies Prions and Illuminates Sequence Features of Prionogenic Proteins". Cell. 137 (1): 146–158. doi:10.1016/j.cell.2009.02.044. PMC 2683788. PMID 19345193.
  3. ^ Coustou V, Deleu C, Saupe S, Begueret J (1997). "The protein product of the het-s heterokaryon incompatibility gene of the fungus Podospora anserina behaves as a prion analog". Proc Natl Acad Sci U S A. 94 (18): 9773–8. Bibcode:1997PNAS...94.9773C. doi:10.1073/pnas.94.18.9773. JSTOR 43101. PMC 23266. PMID 9275200.
  4. ^ Greenwald J, Buhtz C, Ritter C, Kwiatkowski W, Choe S, Maddelein ML, Ness F, Cescau S, Soragni A, Leitz D, Saupe SJ, Riek R (2010). "The mechanism of prion inhibition by HET-S". Molecular Cell. 38 (6): 889–99. doi:10.1016/j.molcel.2010.05.019. PMC 3507513. PMID 20620958.
  5. ^ Maddelein ML, Dos Reis S, Duvezin-Caubet S, Coulary-Salin B, Saupe SJ (2002). "Amyloid aggregates of the HET-s prion protein are infectious". Proc Natl Acad Sci U S A. 99 (11): 7402–7. Bibcode:2002PNAS...99.7402M. doi:10.1073/pnas.072199199. JSTOR 3058837. PMC 124243. PMID 12032295.
  6. ^ Cox BS, Tuite MF, McLaughlin CS (1988). "The psi factor of yeast: a problem in inheritance". Yeast. 4 (3): 159–78. doi:10.1002/yea.320040302. PMID 3059716. S2CID 84886030.
  7. ^ Wickner RB (1994). "[URE3] as an altered URE2 protein: evidence for a prion analog in Saccharomyces cerevisiae". Science. 264 (5158): 566–9. Bibcode:1994Sci...264..566W. doi:10.1126/science.7909170. PMID 7909170.
  8. ^ Paushkin SV, Kushnirov VV, Smirnov VN, Ter-Avanesyan MD (1996). "Propagation of the yeast prion-like PSI+ determinant is mediated by oligomerization of the SUP35-encoded polypeptide chain release factor". EMBO Journal. 15 (12): 3127–34. doi:10.1002/j.1460-2075.1996.tb00675.x. PMC 450255. PMID 8670813.
  9. ^ Derkatch IL, Chernoff YO, Kushnirov VV, Inge-Vechtomov SG, Liebman SW (1996). "Genesis and variability of [PSI] prion factors in Saccharomyces cerevisiae". Genetics. 144 (4): 1375–86. doi:10.1093/genetics/144.4.1375. PMC 1207691. PMID 8978027.
  10. ^ a b Liebman SW, Chernoff YO (2012). "Prions in yeast". Genetics. 191 (4): 1041–72. doi:10.1534/genetics.111.137760. PMC 3415993. PMID 22879407.
  11. ^ Shewmaker F, Wickner RB, Tycko R (December 2006). "Amyloid of the prion domain of Sup35p has an in-register parallel β-sheet structure". Proc Natl Acad Sci U S A. 103 (52): 19754–9. Bibcode:2006PNAS..10319754S. doi:10.1073/pnas.0609638103. JSTOR 30051383. PMC 1750918. PMID 17170131.
  12. ^ Chernoff YO, Lindquist SL, Ono B, Inge-Vechtomov SG, Liebman SW (1995). "Role of the chaperone protein Hsp104 in propagation of the yeast prion-like factor [psi+]". Science. 268 (5212): 880–4. Bibcode:1995Sci...268..880C. doi:10.1126/science.7754373. PMID 7754373.
  13. ^ Tyedmers J, Treusch S, Dong J, McCaffery JM, Bevis B, Lindquist S (May 2010). "Prion induction involves an ancient system for the sequestration of aggregated proteins and heritable changes in prion fragmentation". Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (19): 8633–8. Bibcode:2010PNAS..107.8633T. doi:10.1073/pnas.1003895107. JSTOR 25681468. PMC 2889312. PMID 20421488.
  14. ^ True HL, Lindquist SL (2000). "A yeast prion provides a mechanism for genetic variation and phenotypic diversity". Nature. 407 (6803): 477–83. Bibcode:2000Natur.407..477T. doi:10.1038/35035005. PMID 11028992. S2CID 4411231.
  15. ^ Lancaster AK, Bardill JP, True HL, Masel J (2010). "The Spontaneous Appearance Rate of the Yeast Prion [PSI+] and Its Implications for the Evolution of the Evolvability Properties of the [PSI+] System". Genetics. 184 (2): 393–400. doi:10.1534/genetics.109.110213. PMC 2828720. PMID 19917766.
  16. ^ Nakayashiki T, Kurtzman CP, Edskes HK, Wickner RB (2005). "Yeast prions [URE3] and [PSI+] are diseases". Proc Natl Acad Sci U S A. 102 (30): 10575–80. Bibcode:2005PNAS..10210575N. doi:10.1073/pnas.0504882102. JSTOR 3376125. PMC 1180808. PMID 16024723.
  17. ^ Griswold CK, Masel J (2009). "The Strength of Selection Against the Yeast Prion [PSI+]". Genetics. 181 (3): 1057–1063. doi:10.1534/genetics.108.100297. PMC 2651042. PMID 19153253.
  18. ^ Derkatch IL, Bradley ME, Zhou P, Chernoff YO, Liebman SW (1997). "Genetic and environmental factors affecting the de novo appearance of the [PSI+] prion in Saccharomyces cerevisiae". Genetics. 147 (2): 507–19. doi:10.1093/genetics/147.2.507. PMC 1208174. PMID 9335589.
  19. ^ Derkatch IL, Bradley ME, Hong JY, Liebman SW (2001). "Prions affect the appearance of other prions: the story of [PIN(+)]". Cell. 106 (2): 171–82. doi:10.1016/s0092-8674(01)00427-5. PMID 11511345. S2CID 18501467.
  20. ^ Sondheimer N, Lindquist S (2000). "Rnq1: an epigenetic modifier of protein function in yeast". Mol Cell. 5 (1): 163–72. doi:10.1016/s1097-2765(00)80412-8. PMID 10678178.
  21. ^ Patel BK, Liebman SW (2007). ""Prion-proof" for [PIN+]: infection with in vitro-made amyloid aggregates of Rnq1p-(132-405) induces [PIN+]". J Mol Biol. 365 (3): 773–82. doi:10.1016/j.jmb.2006.10.069. PMC 2570204. PMID 17097676.
  22. ^ Derkatch IL, Liebman SW (2007). "Prion-prion interactions". Prion. 1 (3): 161–9. doi:10.4161/pri.1.3.4837. PMC 2634589. PMID 19164893.
  23. ^ Serio TR (2018). "[PIN+]ing down the mechanism of prion appearance". FEMS Yeast Res. 18 (3). doi:10.1093/femsyr/foy026. PMC 5889010. PMID 29718197.
  24. ^ Chernoff YO (2001). "Mutation processes at the protein level: Is Lamarck back?". Mutation Research. 488 (1): 39–64. doi:10.1016/S1383-5742(00)00060-0. PMID 11223404.
  25. ^ Wickner RB, Dyda F, Tycko R (February 2008). "Amyloid of Rnq1p, the basis of the PIN+ prion, has a parallel in-register beta-sheet structure". Proc Natl Acad Sci U S A. 105 (7): 2403–8. Bibcode:2008PNAS..105.2403W. doi:10.1073/pnas.0712032105. JSTOR 25451479. PMC 2268149. PMID 18268327.
  26. ^ Derkatch IL, Bradley ME, Zhou P, Chernoff YO, Liebman SW (1997). "Genetic and Environmental Factors Affecting the de novo Appearance of the [PSI+] Prion in Saccharomyces cerevisiae". Genetics. 147 (2): 507–519. doi:10.1093/genetics/147.2.507. PMC 1208174. PMID 9335589.
  27. ^ Halfmann R, Jarosz DF, Jones SK, Chang A, Lancaster AK, Lindquist S (2012). "Prions are a common mechanism for phenotypic inheritance in wild yeasts". Nature. 482 (7385): 363–U1507. Bibcode:2012Natur.482..363H. doi:10.1038/nature10875. PMC 3319070. PMID 22337056.
  28. ^ Brown JC, Lindquist S (2009). "A heritable switch in carbon source utilization driven by an unusual yeast prion". Genes Dev. 23 (19): 2320–32. doi:10.1101/gad.1839109. PMC 2758746. PMID 19797769.
  29. ^ Rogoza T, Goginashvili A, Rodionova S, Ivanov M, Viktorovskaya O, Rubel A, Volkov K, Mironova L (2010). "Non-Mendelian determinant [ISP+] in yeast is a nuclear-residing prion form of the global transcriptional regulator Sfp1". Proc Natl Acad Sci U S A. 107 (23): 10573–7. Bibcode:2010PNAS..10710573R. doi:10.1073/pnas.1005949107. JSTOR 25681824. PMC 2890785. PMID 20498075.
  30. ^ Suzuki G, Shimazu N, Tanaka M (2012). "A Yeast Prion, Mod5, Promotes Acquired Drug Resistance and Cell Survival Under Environmental Stress". Science. 336 (6079): 355–359. Bibcode:2012Sci...336..355S. doi:10.1126/science.1219491. PMID 22517861. S2CID 206540234.
  31. ^ Nemecek J, Nakayashiki T, Wickner RB (2011). "Retraction for Nemecek et al., A prion of yeast metacaspase homolog (Mca1p) detected by a genetic screen". Proc Natl Acad Sci U S A. 108 (24): 10022. doi:10.1073/pnas.1107490108. PMC 3116407. PMID 21628591.