Hefe erinnert sich an unerwiderte Liebe • Vitaly Kushnirov • Science News zu "Elementen" • Molekularbiologie

Hefe erinnert sich an unerwiderte Liebe

Grafische Darstellung des Inhalts der Arbeit. Bild an den Artikel von der Zeitschrift angehängt Zelle

Gedächtnis in Tieren ist eine Funktion des Nervensystems. Können Organismen, die keine Nervenzellen haben, sich an alles erinnern, z. B. einzellige Eukaryoten, Hefe? Es stellt sich heraus, ja, und der Gedächtnismechanismus hat zumindest eine oberflächliche Ähnlichkeit mit dem Speichergerät bei Tieren. Die Studie von Schweizer Wissenschaftlern sieht witzig aus, zeigt aber einen wichtigen Präzedenzfall für eine neue Art von molekularem Mechanismus.

Wie Sie wissen, können Hefezellen in zwei Formen existieren: haploid und diploid (dh mit einem einzelnen oder mit einem doppelten Satz von Genen). Haploide Zellen haben eine von zwei Arten der Paarung: a oder α. Sie sezernieren Pheromone, genannt a– oder der α-Faktor, durch den sie über die Anwesenheit eines nahen Partners des entgegengesetzten "Geschlechts" erfahren. Das Pheromon bindet an den Rezeptor und leitet über die Kinasekaskade eine Paarungsvorbereitung ein. Der Zellzyklus ist in Phase G blockiert1und die Zellwand beginnt sich in Richtung des Partners auszubeulen. Erfolgreiche Paarung führt zur Verschmelzung von Partnern und zur Bildung einer diploiden Zelle.

Die Autoren der beschriebenen Arbeit stellten fest, dass, wenn das Pheromon anwesend ist und die Zelle den Partner für mehrere Stunden nicht kontaktiert, die Zelle "enttäuscht" ist, die Paarung abbricht und in Zukunft niemals an "Liebesspielen" teilnimmt und das Vorhandensein von Pheromonen ignoriert. Mit anderen Worten, sie erinnert sich an das Scheitern. Jetzt vermehrt es sich nur durch vegetative Mittel – von sich selbst haploide Tochterzellen abgehende. Aber das Wissen um die List der Liebe wird nicht an die Tochterzellen weitergegeben. Sie sind naiv geboren und empfindlich auf die Anwesenheit des Pheromons.

Schlüsselrolle in Phase G1 spielt das Protein Cyclin Cln3, das die Arbeit der anderen Cycline G steuert1. G-Phasenstillstand1 in Anwesenheit von Pheromon durch die Inaktivierung von Cln3: das Protein Far1 bindet an Cln3 und blockiert seine Funktion, während ein anderes Protein, Whi3, an Cln3-mRNA bindet und die Synthese von neuem Cln3 verhindert.

Die Suche nach einem Fluchtmechanismus aus Liebeszaubern führte die Autoren zum Whi3-Protein: Seine Fähigkeit, Cln3-mRNA zu inaktivieren, erwies sich als beeinträchtigt. Und hier blieb nur zu erinnern, dass die Analyse der Sequenz Whi3 es auf die Gruppe von Proteinen bezieht, die angeblich in der Lage sind, geordnete fibrilläre Aggregate – Amyloide – zu bilden.Bei der Analyse des Zustands des Whi3-Proteins fanden die Autoren heraus, dass in wenigen Stunden in Gegenwart von Pheromon in der Zelle Amyloid-Aggregate des Whi3-Proteins vorkommen.

Amyloide sind eine spezielle Art von Proteinaggregaten, die eine bemerkenswerte Eigenschaft besitzen, ihr eigenes Wachstum zu katalysieren, gekoppelt mit einer tiefgreifenden Umstrukturierung des Proteinmoleküls, das an sie gebunden wird. Amyloide verursachen beim Menschen etwa 40 altersbedingte Erkrankungen. Einige Amyloide sind infektiös, dh sie können diesen autokatalytischen Wachstumsprozess zwischen Organismen übertragen und werden dann als Prionen bezeichnet. Glücklicherweise ist nur eines der menschlichen Amyloide ein Prion – PrP – Protein. Die meisten der berühmten Prionen, etwa zehn, gehören zur Hefe. Diese Prionen sind harmlos und manifestieren sich als nicht standardisierte genetische Elemente, Phänotypen mit nicht-mendelschen Vererbungstypen. Prion-Eigenschaften erfordern einen zusätzlichen Mechanismus, der Amyloide in Teile trennt und diese somit multipliziert.

Amyloid- und Prioneigenschaften von Hefeproteinen sind mit der Anwesenheit von unstrukturierten Regionen, die an Glutamin und Asparagin (QN-reich) angereichert sind, in ihrer Zusammensetzung verbunden.Diese Region ist auch im Whi3-Protein vorhanden, und es wurde gezeigt, dass dies für die Aggregation von Whi3 und die Deaktivierung des Paarungsprogramms notwendig ist.

Der entdeckte Mechanismus der Erinnerung führt zu extrem reichen Analogien mit der Erinnerung an die Fliegen von Drosophila, dem einzigen Tier, das bisher einen Mechanismus des Langzeitgedächtnisses besitzt. Es ist interessant, dass die Fliegen zum Testen des Gedächtnisses auch erfolglose sexuelle Fortschritte verwendet haben. Drosophilas Langzeitgedächtnis wird auch durch den Übergang in den Amyloid-Zustand eines bestimmten Proteins, Orb2, realisiert. Wie im Fall von Whi3 erfolgt die Amyloidaggregation von Orb2 durch die in ihm vorhandene QN-reiche Region. Die Analogie geht noch weiter: Beide Proteine ​​binden an einige mRNA und bestimmen die Möglichkeit ihrer Translation. Es gibt jedoch einige Unterschiede: Das Monomer Whi3 bindet an Cln3 mRNA und blockiert es, während Amyloid Whi3 nicht bindet. Im Fall von Orb2 bindet sein Amyloid und nicht das Monomer an die mRNA und aktiviert eher als die Translation die Translation.

Eine weitere wichtige Ähnlichkeit besteht darin, dass Amyloide in beiden Fällen keine Prioneneigenschaften besitzen. In einem Neuron tritt das Auswendiglernen für jede Synapse getrennt auf, daher sollte die Orb2-Aggregation lokal auftreten und sich nicht wie ein Prion durch die Zelle ausbreiten.Im Fall von Whi3 ist die Vererbung von Amyloiden ebenfalls nicht gerechtfertigt. Aber trotz der Ähnlichkeiten haben die Mechanismen Whi3 und Orb2 kaum einen gemeinsamen Vorfahren. Vielmehr haben ähnliche Probleme eine Lösung des gleichen Typs gefunden. Und es kann angenommen werden, dass Amyloide aufgrund ihrer hohen Festigkeit und Proteasebeständigkeit die zuverlässigsten Träger für das Gedächtnis sind.

Wozu dient der Whi3-Mechanismus? Erstens würde das Fehlen eines solchen Mechanismus eine Nische für Betrüger eröffnen – Zellen, die ein Pheromon aussenden und die Nachbarn zwingen würden, sich auf die Paarung vorzubereiten, während sie selbst sorglos fressen und sich brüten, indem sie sich selbst ausbrüten. Sexuelle Reproduktion ist ein relativ teurer Prozess mit strategischen Vorteilen. Angesichts dieses Preises ein taktischer, momentaner Vorteil für die vegetative Vermehrung. Whi3 erlaubt der Hefe, die teure Option aufzugeben, wenn der Prozess sich verzögert, und nicht bis zum Ende der Tage von unerwiderter Liebe zu leiden, wie Turgenev.

Der Mechanismus von Whi3 ist in mehrfacher Hinsicht ein Präzedenzfall. Dies ist das erste funktionell signifikante nichtionische Amyloid in Hefe. Prionen können von Hefe für eine vererbte Phänotypänderung verwendet und verwendet werden. Und warum nicht vererbtes Amyloid verwendet werden kann – es wurde erst jetzt klar.Man beachte, dass Hefe mehr als 150 potentiell amyloidogene Proteine ​​mit QN-reichen Domänen aufweist, aber nur zehn von ihnen zeigen volle Prioneneigenschaften. Was noch interessanter ist – es gibt viele QN-reiche Proteine ​​in anderen Eukaryoten, insbesondere im Menschen. Möglicherweise wirken ihre amyloidogenen Eigenschaften – zum Beispiel bei der Zelldifferenzierung.

Die Autoren schlugen einen neuen Namen für Proteine ​​wie Whi3 und Orb2 vor, – Mnemonendas sind Speicherproteine. Die Anwesenheit vieler QN-reicher Proteine ​​legt nahe, dass wir bald über neue Proteine ​​dieser Klasse lernen werden.

Quelle: Fabrice Caudron, Yves Barral. Eine Super-Assembly von Whi3 codiert Speicherkarten für einzelne Zellen während Hefewerbung Zelle. V. 155 (6). P. 1244-1257.

Vitaly Kushnirow


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