Az élesztőn végzett molekuláris vizsgálatok meglepő bizonyítékot hoztak arra vonatkozóan, hogy a prionokként ismert eltorzult fehérjék, amelyek gyakran halálosak a szarvasmarhákra és az emberekre, jótékony szerepet tölthetnek be egyes szervezetekben, és esetleg emberekben is. Az élesztőgombák és az összetettebb szervezetek génszekvenciáinak elemzésével az UC SanFrancisco kutatói arra is bizonyítékot találtak, hogy a prionok sokkal gyakoribbak lehetnek, mint azt korábban feltételezték.
A tudósok egy olyan élesztőfajt is kerestek és fedeztek fel, amely egynél több prionképző fehérjét tartalmazott, ez volt az első alkalom, hogy a kutatás során több priont találtak ugyanabban a szervezetben.
A felfedezéseket és az elemzéseket a The Journal Cell január 21-i számában teszik közzé.
A prionok szaporodási képessége a szarvasmarhák és az emberek agyában feltehetően halálos vagy legyengítő betegségeket okoz. A kutatók azonban 300 millió éves evolúciót felölelő, távoli rokon élesztőfajoknál sértetlenül észlelték a prionképző tulajdonságot, ami arra utal, hogy a prionok fontos szerepet töltenek be a játékélesztő túlélésében, mivel az evolúciós idő alatt megőrzött tulajdonságok elősegítik a túlélést. Más kutatók azt találták, hogy a PSI+ néven ismert prionokat tartalmazó élesztők ellenállóbbak bizonyos környezeti hatásokkal szemben, mint azok, amelyekben nincsenek prionok, ami arra utal, hogy a prionok szerepet játszhatnak az élesztő túlélésében.
A kutatás rávilágít a „fajkorlát” hátterében álló mechanizmusra is, amely általában megakadályozza, hogy az egyik faj prionjai megfertőzzenek más fajokat. Úgy gondolták, hogy ez a gát megakadályozza a surlókór és a kergemarhakór átterjedését állatállományról emberre, de a közelmúltban a kutatók riasztó bizonyítékot találtak arra vonatkozóan, hogy bizonyos esetekben a szarvasmarhákból származó prionok más fajokat is megfertőzhetnek, beleértve az embert is.
A Cell-ben végzett kutatás azt mutatja, hogy legalábbis az élesztőben a fajgát a prionok velejárója, és nem igényel segítőfehérje vagy chaperon segítségét. A kutatók azt találták, hogy az eredmények kis, jól körülhatárolt régiót alkotnak a prion felszínén, ami vonzó potenciális célpontot jelent a gyógyszerek számára a prionok megkötésében és azok terjedésének megakadályozásában.
Kísérleteik során az UCSF tudósai egy erőteljes genetikai rendszert fejlesztettek ki, amellyel gyorsan tesztelték egy fehérje azon képességét, hogy alakját prionná változtassa és ezt a formát terjeszti. A rendszer képes tesztelni az Alzheimer-kórban, Parkinson-kórban és más emberi betegségekben összefüggő fehérjeváltozásokat is, amelyeket a hibásan formált aggregáló fehérjék okoznak.
A kutatók klónozták és jellemezték az élesztőfehérje Sup35 nevű részét, amely szabályozza a lapszerű prionszerkezetekké történő aggregációt. Ezt egy sor bimbózó élesztő esetében csinálták, a csoportba tartoznak a sütésben és sörfőzésben évszázadok óta használt élesztők.
Genetikai rendszerük segítségével a prionfunkciók tesztelésére sikerült kimutatniuk, hogy a különböző élesztőfajokat elválasztó nagy evolúciós távolság ellenére a Sup35 fehérje prionállapotot képező képessége erősen konzervált. Ezután a rendszer segítségével új élesztő priont észleltek, ami arra ut alt, hogy sok faj egynél több priontípust tartalmazhat.
Mivel elemzésük azt mutatja, hogy a prionok elterjedtebbek, mint gondolták, és a prionokat új, esetleg hasznosabb megvilágításba helyezik, a tudósok azt fontolgatták, hogy az aggregálódó fehérjék milyen előnyöket kínálhatnak az élőlényeknek.
A prionok képzésének képessége lehetővé teszi a sejt számára, hogy korlátlan ideig korlátozza egy adott fehérje aktivitását anélkül, hogy elveszítené az eredeti aktivitás visszaállításának lehetőségét. Ha a fehérje prionformája továbbadódik az utódokon, akkor ez az új tulajdonság is továbbadódik. Normális esetben a fehérjefunkció öröklődő változásai egy szervezet DNS-ének mutációiból származnak. Az ilyen mutációk előnyösek lehetnek bizonyos környezeti körülmények között, mondjuk magas hőmérsékleten, de ha a DNS mutációja megtörtént, a szervezet nem tudja könnyen visszaállítani eredeti genetikai felépítését, hogy alkalmazkodjon például a szezonális hőmérséklet-csökkenéshez
Ezzel szemben, mivel a prionok megváltoztathatják a fehérje működését anélkül, hogy befolyásolnák az azt kódoló géneket, a fehérje akár spontán módon, akár molekuláris chaperonok segítségével visszaállhat eredeti funkciójába – írják a kutatók. A megnövekedett rugalmasság lehetővé teheti az élőlények számára, hogy könnyebben reagáljanak a környezeti változásokra.
"A prionalapú öröklődés alapvetően lehetővé teszi a szervezet számára, hogy folyamatosan figyelje a környezetet, a lemarki öröklődésre emlékeztető módon, reagáljon a környezet változásaira, és továbbadja ezeket a változásokat utódainak" - mondta Jonathan Weissman, a celluláris adjunktus. és a molekuláris farmakológia az UCSF-nél, valamint a Cell tanulmány vezető szerzője.
Az új prionképző régió felfedezése egy olyan fehérjében, amely korábban nem társult prionokkal, alátámasztja annak lehetőségét, hogy több prion egymástól függetlenül szaporodhat ugyanabban a sejtben. Ezek és más eredmények arra utalnak, hogy a prionalapú öröklődés nemcsak a betegségekben, hanem a rendellenes fiziológiában is fontos szerepet játszhat – mutatják rá.
Ahhoz, hogy egy prion szabályozó szerepet töltsön be a sejtben, más fehérjék zavarása nélkül kell szaporodnia – írják a tudósok. A prionnövekedés figyelemreméltó specifitása, amely a fajgát kialakulásához vezet, azt is meggátolhatja, hogy ugyanabban a sejtben a különböző prionok kölcsönhatásba léphessenek, és több fehérje aggregátumot képezzenek.
Weissmann társszerzői Alex Santoso, Peter Chien és Lev Z. Osherovich végzős hallgatók, valamennyien az UCSF sejt- és molekuláris farmakológiájáról. Chien szintén a biofizika végzős csoportjába tartozik.
A kutatást a Searle Scholars Program, a David and LucilePackard Alapítvány, a National Institutes of He alth, valamint a National Science Foundation és a Howard Hughes Medical Institute által finanszírozott predoktori ösztöndíjak finanszírozták.
