A prionok döntő szerepet játszhatnak az evolúcióban

A prionok döntő szerepet játszhatnak az evolúcióban
A prionok döntő szerepet játszhatnak az evolúcióban
Anonim

A prionok, amelyek abnormálisan összetekeredő fehérjék, amelyek számos bizarr emberi betegséggel kapcsolatosak, kulcsot rejthetnek az evolúció egy nagy rejtélyéhez: hogyan keletkeznek egyszerre több genetikai változtatást igénylő túlélési képességek, amikor minden egyes genetikai változás önmagában sikertelen lenne, és sőt káros.

A Chicagói Egyetem Howard Hughes Intézetének természetkutatóinak 2000. szeptember 28-i számában megjelent tanulmányban egy prionfüggő mechanizmust írnak le, amely tökéletesen alkalmasnak tűnik ennek a dilemmának a megoldására, legalábbis az élesztő esetében. Lehetővé teszi, hogy az élesztő a genetikai variációk arzenálját halmozza fel, majd felszabadítsa, hogy számos új tulajdonságot fejezzen ki, beleértve azt a képességet, hogy megváltozott környezetben is jól növekedjen.

"Azt találtuk, hogy egy, a DNS-ben vagy RNS-ben nem kódolt, fehérjehajtogatáson alapuló öröklődő genetikai elem lehetővé teszi az élesztő számára, hogy sok csendes változást vegyen fel genomjában, és hirtelen felfedje azokat" - mondta Susan Lindquist, Ph.D. a Chicagói Egyetem molekuláris genetika és sejtbiológia professzora, Howard Hughes kutató és a tanulmány fő szerzője.

Minden sejtben több ezer fehérje található, és mindegyiknek a megfelelő formára kell hajtania, hogy működjön. Prionbetegségekben, köztük a kergemarhakór és a Creutzfeldt-Jakob-kór, egy normál sejtfehérje, a PrP rendellenes alakot vesz fel.

A hibásan hajtogatott fehérjék általában csak lebomlanak, de a prionfehérje más PrP fehérjéket is hibásan hajtogat, ami fehérje-tekeredési láncreakciót idéz elő. Így fertőző ágensként működnek. Ahogy egyre több fehérje hajlik prion alakra, inaktív aggregátumokat képeznek, amelyek működési zavarokhoz és betegségekhez vezetnek.

Néhány évvel ezelőtt a genetikusok megdöbbentő felfedezést tettek, hogy az élesztőben, a kenyérben és a sörben található organizmusban is vannak prionok. Az élesztő prionok nem rokonok az emlősök prionjaival, és nem károsítják az embert vagy az élesztőt. Mindazonáltal megvan az a szokatlan tulajdonságuk, hogy ugyanolyan sajátos módon rosszul hajtogatnak, és alakváltozásukat egyik fehérjéről a másikra terjesztik. Az anyasejtek ezeket a fehérjéket a lányaiknak adják át, így a változás, ha bekövetkezik, generációról generációra öröklődik.

Mivel az élesztő prionok úgy hatnak, mint az emlősök prionjai, és könnyebben tanulmányozhatók, a tudósok azt remélik, hogy támpontokat kínálnak arra vonatkozóan, hogyan indulhatnak el ezek a hibásan hajtogatott láncreakciók, és hogyan lehet megállítani őket.

De az igazi fejtörés az, hogy miért léteznek ezek a dolgok az élesztősejtekben. Úgy tűnik, hogy a Chicagói Egyetem kutatói megtalálták a választ, és ennek széleskörű és váratlan következményei vannak: úgy tűnik, hogy az élesztő prion adaptív szerepet játszik, és nagyban befolyásolhatja az evolúciós folyamatokat.

Az általuk vizsgált prionfehérjét Sup35-nek hívják. Általában biztosítja, hogy az élesztő hűen fordítsa le a genetikai kódot. Pontosabban, a Sup35 speciális jeleket ismer fel, amelyek arra utasítják a teljes fehérjetermelő gépezetet, hogy álljon le, amikor le kell állnia.

Sup35 nem működik prionállapotában. Ennek eredményeként a fehérjetermelő gépezet végigfut a "stop táblákon". Ez azt jelenti, hogy a genetikai kód általában csendes régiói hirtelen expresszálódnak. Mivel ezek a régiók általában nem expresszálódnak, nem szembesülnek szelektív nyomással, amely megakadályozza a mutációk felhalmozódását. A prion tehát egyszerre rengeteg korábban rejtett genetikai mutációt tár fel, és teljesen új növekedési tulajdonságokat hoz létre. A sejtek hirtelen megváltoztatják a táplálék típusát, megváltoztatják az antibiotikumokkal szembeni rezisztenciájukat, és egészen más formájú telepeket is növesztenek.

Bizonyos esetekben a prion egyszerűen arra készteti a fehérjetermelő gépezetet, hogy átolvassa a "stop táblát" egy normál gén végén. Ez olyan fehérjét hozna létre, amelynek funkciója megváltozik egy új farok hozzáadásával.

Más esetekben a sejtgépezet teljesen új fehérjét állíthat elő egy mutált génből, amelyet általában nem fordítanak le, mert stop jelet tartalmaz.

Hatásának kulcsa a prionállapot és a normál állapot stabil öröklődése. A két állapot közötti spontán váltás körülbelül egymillió generáción belül fordul elő. Mivel egy élesztőkolónia kétóránként új generációt hoz létre, rövid időn belül egy kolónia néhány olyan tagot hoz létre, amelyek állapotot váltottak.

„Ez egy „mindent vagy semmit” kapcsoló, a változásokat azonnal örökölte az összes utód” – mondta Lindquist. "De mivel a sejt fenntartja a visszakapcsolás lehetőségét, a prionkapcsoló lehetővé teszi a sejtek számára, hogy új rést foglaljanak el anélkül, hogy elveszítenék kapacitásukat a régi elfoglalására."

A kutatók hét különböző genetikai élesztőtörzset vetettek ki prionos és nem prionos állapotukban 150 különböző növekedési körülménynek.A prion-pozitív állapot a vizsgált körülmények közel felében jelentős hatással volt az élesztő növekedésére. Az esetek több mint 25 százalékában pozitív volt a hatása. A prionok által közvetített előnyök hihetetlen sokfélesége azt jelezte, hogy minden törzsben más-más új gének kapcsolódnak be prionpozitív állapotukban.

Ez a prionkapcsoló az élesztőben megőrződött nagyon távoli rokon genetikai törzseken keresztül. Bár a kapcsoló a Sup35 egy lényegtelen működő részének alakváltozásának véletlen következményeként fejlődhetett ki, megőrzése evolúciós előnyre utal.

"Elképzelhető, hogy a prionkapcsoló lehetőséget kínál az élesztőgomba számára, hogy reagáljon a gyakran ingadozó környezetekre" - mondta Lindquist. "Evolúciója során a S. cerevisiae (sörélesztő) olyan ingadozó környezettel találkozott, hogy fenn kellett tartania egy globális mechanizmust a genomszintű variáció kiaknázására."

A prionkapcsoló jelentős evolúciós előnyt kínál azáltal, hogy az élesztőt képes reagálni a változó környezetekre.

"Bár ezt még nem mutattuk meg, szelektív nyomásnak kellene működnie, hogy "megjavítsa" az előnyös géneket, amelyeket aztán bármikor le lehet olvasni és lefordítani" - mondta Lindquist.

A prionmechanizmusok gyakoribbak lehetnek, mint korábban feltételezték, és jelentős hatást gyakorolhatnak az evolúciós változások sebességére és mechanizmusaira.

"Bővítenünk kell az örökléssel kapcsolatos ismereteinket" - mondta Lindquist. "Sokkal többet foglal magában, mint egy bizonyos DNS nukleinsav szekvenciát."

Susan L. Lindquist Albert D. Lasker orvostudományi professzor, a Chicagói Egyetem Molekuláris Genetika és Sejtbiológia Tanszékén, valamint a Howard Hughes Orvosi Intézet kutatója. Társszerzője Heather L. True, a Chicagói Egyetem Molekuláris Genetika és Sejtbiológia Tanszékének munkatársa.

Népszerű téma

Érdekes cikkek
Rólunk
Olvass tovább

Rólunk

A fishcustomaquariums.com webhelyről

Kapcsolatok
Olvass tovább

Kapcsolatok

A fishcustomaquariums.com oldal elérhetőségei

A fishcustomaquariums.com adatvédelmi irányelvei
Olvass tovább

A fishcustomaquariums.com adatvédelmi irányelvei

A fishcustomaquariums.com adatvédelmi irányelvei