Prions are a common mechanism for phenotypic inheritance in wild yeasts Εργασία στο μάθημα της Βιοτεχνολογίας Σιαράβας Κωνσταντίνος(4924)

Λίγα λόγια για τα prions Prions: πρωτείνες που μοιάζουν με κύτταρα ιών

PrP C PrP Sc Μεταμεταφραστική διαδικασία κατά την οποία η φυσιολογική ισομορφή της πρωτείνης prion PrP C μετατρέπεται στην τροποποιημένη ισομορφή της PrP Sc προσλαμβάνοντας μεγάλο αριθμό β-φύλλων

Creutzfeldt–Jakob disease(CJD) Νόσος των τρελών αγελάδων ή σπογγώδης εγκαφαλοπάθεια Ασθένεις που οφείλονται σε prions

Heat shock response Προνύμφες Υψηλές θερμοκρασίες Περιοχές χρωμοσωμάτων τους Γονίδια Ξέφρενη παραγωγή RNA Παραγωγή πρωτεινών γνωστών ως Heat Shock Proteins(Hsp) Προστασία

Hsp104

Η Hsp104 διασπά αμυλοειδείς ίνες, μετουσιωμένες πρωτείνες και διαταραγμένα σύνολα στις αρχικές λειτουργικές δομές τους.

Sup35: translation-termination factor Έχει PrD Ορισμένες περιπτώσεις αμυλοειδή διαμόρφωση Παρόμοια διαμόρφωση PrD άλλων μορίων Sup35 Sup35 οργανώνονται σε αδυάλυτες ίνες Μείωση διαδικασιών μετάφρασης και τερματισμού Αύξηση ανάγνωσης μέσω κωδικονίων λήξης Παραγωγή νέων χαρακτηριστικών

Οι αμυλοειδείς ίνες που σχηματίστηκαν προηγουμένως Τεμαχίζονται σε κομμάτια (ουσιαστικά ξεχωριστές πρωτείνες prion) Αυτά μεταβιβάζονται στα θυγατρικά κύτταρα Δρουν ως εκμαγείο για να παραχθούν περισσότερα Hsp104

Κύτταρα που εκφράζουν Sup35 σε [psi - ] (μη-prion κατάσταση) Μετατρέπονται σε [PSI + ] (prion κατάσταση) Μάλλον επειδή αυτός είναι πιο ευεργετικός φαινότυπος για την επιβίωση σε κυμαινόμενα περιβάλλοντα

Αποικίες ζυμομυκήτων μεγαλώνουν αρκετά Ορισμένα [PSI + ] κύτταρα εμφανίζονται Εκφράζουν νέα χαρακτηριστικά Αν το χαρακτηριστικό είναι επιζήμιο Αν το χαρακτηριστικό είναι ευεργετικό Αυτά τα κύτταρα θα επιβιώσουν σε αντίξοες συνθήκες Ορισμένα [PSI + ] κύτταρα χάνονται [psi - ] κύτταρα μετατρέπονται σε [PSI + ] αποικίες Μόνο λίγα άτομα του συνολικού πληθυσμού θα χαθούν

Προσδιορισμός και επαλήθευση των prions στους άγριους ζυμομύκητες a. Αντιπροσωπευτική SDD–AGE κηλίδα των στελεχών άγριων ζυμομυκήτων με αντισώματα έναντι Sup35 και Rnq1. Τα αμυλοειδή πολυμερή παράγουν χαρακτηριστικά επιχρίσματα. b. Παροδική αδρανοποίηση του Hsp104 με GdHCl ή έκφραση μιας επικρατούς αρνητικής μετάλλαξης του Hsp104 εξαλείφει αυτά τα αμυλοειδή δηλώνοντας ότι είναι [PSI + ] και [RNQ + ] prions.

Άγρια [PSI+] στελέχη δείχνουν ποικίλους φαινότυπους που εξαλείφονται από παροδική αναστολή Hsp104. Καμπύλες ανάπτυξης των άγριων ​​στελεχών και των ώριμων παραγώγων με την αναφερόμενη επιλεκτική κατάσταση είναι σε κλειστούς μπλε κύκλους και ανοιχτούς κόκκινους κύκλους αντίστοιχα. Η ανάπτυξη σε θρεπτικό YPD παρουσιάζεται για κάθε άγριο στέλεχος (κλειστούς γκρι κύκλους) και του ώριμου παραγώγου (ανοιχτους γκρι κύκλους). OD600, οπτική πυκνότητα μετράται στα 600 nm.

Φαινότυποι των άγριων [PSI+] στελεχών που εξαλείφονται με έκφραση του Sup35ΔPrD. Καμπύλες ανάπτυξης για τα άγρια ​​στελέχη που εκφράζουν Sup35 ή Sup35ΔPrD στην αναφερόμενη επιλεκτική κατάσταση είναι σε κλειστούς μπλε κύκλους και ανοιχτούς κόκκινους κύκλους αντίστοιχα. Η ανάπτυξη σε θρεπτικό YPD για το αναφερόμενο άγριο στέλεχος που εκφράζει Sup35 (κλειστούς γκρι κύκλους) ή Sup35ΔPrD (ανοιχτούς γκρι κύκλους). Γραμμές σφάλματος είναι παρούσες σε όλα τα σημεία και αντιπροσωπεύουν την τυπική απόκλιση από τέσσερις ανεξάρτητες βιολογικές επαναλήψεις.

Γενετική αφομοίωση του [PSI + ]- εξαρτώμενου προσκολλητικού φαινότυπου σε μειωτική διαδικασία του UCD978. a.Το [PSI + ] επιτρέπει στο ζυμομύκητα του κρασιού UCD978 να προσκολλάται σε επιφάνειες με άγαρ. Η προσκόλληση περιορίζεται από GdHCl. b. Αναστολή της προσκόλλησης από την έκφραση του Sup35ΔPrD.

Κατά τη μείωση του στελέχους UCD978 παρουσιάζονται δίαφοροι φαινότυποι. Σε μερικά σπόρια ο προσκολλητικός φαινότυπος αφομοιώθηκε και διατηρήθηκε και μετά από την αναστολή του [PSI + ]. Σε άλλα ο προσκολλητικός φαινότυπος διατηρήθηκε [PSI + ]-εξαρτώμενος. Τέλος άλλα έχασαν το φαινότυπο συνολικά ανεξάρτητα από την κατάσταση του [PSI + ].

Prions του μεταγραφικού παράγοντα αναδιαμόρφωσης του κυτταρικού τοιχώματος, Mot3, έχουν διαφορετικές φαινοτυπικές επιπτώσεις στα δίαφορα άγρια στελέχη. a.Το στέλεχος Υ-35 είναι ανθεκτικό στην ουσία που στοχεύει το κυτταρικό τοίχωμα, calcofluor white, αλλά η αντίσταση αυτή μειώνεται σημαντικά με την επώαση με GdHCl. Ανίχνευση για το ενδογενές μοτίβο εξαιστιδίνης του Mot3 αποκαλύπτει ότι τα Mot3 αμυλοειδή διατηρούνται χωρίς θεραπεία σε αντίθεση με τα στελέχη που δέχθηκαν θεραπεία.

Τα [MOT3 + ] στελέχη NCYC 3311 και Y-1537 (κάθε ένα φαίνεται με γεμάτους μπλε κύκλους) είναι ανθεκτικά σε όξινες συνθήκες ανάπτυξης και φλουκοναζόλης, αντίστοιχα. Κάθε φαινότυπος ανατρέπεται από ώριμα prion σε GdHCl (ανοιχτοί κόκκινοι κύκλοι).

Αυτοί οι φαινότυποι αντιστρέφονται επίσης από έκφραση μιας μη-συγκεντρωτικής Mot3 της Mot3ΔPrD ( ανοιχτοί κόκκινοι κύκλοι). Η έκφραση της Mot3 (κλειστοί μπλε κύκλοι) δεν επηρεάζει το φαινότυπο κανενός στελέχους. Οι ράβδοι σφάλματος αντιπροσωπεύουν την τυπική απόκλιση των τεσσάρων ανεξάρτητων βιολογικών επαναλήψεων.

Τα ώριμα Hsp104-εξαρτώμενα επιγενετικά στοιχεία στους άγριους ζυμομύκητες μπορούν να μεταφερθούν κυτταροπλασματικά. a. Ανάπτυξη άγριων στελεχών WE372, YJM428 και των ώριμων παραγώγων τους υπό επιλεκτικές συνθήκες. Τα αρχικά στελέχη εμφανίζονται στις γκρι στήλες και τα ώριμα παράγωγά τους (που υποδεικνύονται με βέλη) στις λευκές στήλες. Γραμμές σφάλματος είναι μία τυπική απόκλιση από έξι βιολογικά αντίγραφα.

b. Σχηματική αναπαράσταση για πειράματα κυτταροπλασματικής μεταφοράς και έλεγχος για να εξασφαλιστεί ότι οι φαινότυποι οφείλονται σε prion παρά τη μεταφορά του μιτοχονδριακού DNA.

Μετρήσεις ανάπτυξης εργαστηριακών παραληπτών (μπλε μπάρες) κυτταροπλασματικών μεταφορέων (γκρι μπάρες. Τα κόκκινα βέλη δηλώνουν κυτταροπλασματική μεταφορά φαινοτύπων) και ώριμων παραγώγων αυτών των κυτταροπλασματικών μεταφορέων (άσπρες μπάρες). Γραμμές σφάλματος είναι η τυπική απόκλιση των μετρήσεων της ανάπτυξης από τους 12 κυτταροπλασματικούς μεταφορείς, τα 12 ώριμα παράγωγα αυτών, ή των 6 βιολογικών επαναλήψεων των δεκτών.

Αποτελέσματα 1.Η κληρονομικότητα και οι σύνθετοι φαινότυποι που παράγουν τα prions προκύπτουν από τις αλλαγές στη δομή πρωτεϊνών και όχι από τις αλλαγές στα νουκλεϊνικά οξέα. 2.Τα prions και οι prion-εξαρτώμενοι φαινότυποι είναι ευρέως διαδεδομένοι στη φύση και αποτελούν αντικείμενο υψηλής βιολογικής σημασίας. 3.Παρ’ ότι ο Saccharomyces cerevisiae είναι πολύ καλά μελετημένος οργανισμός δεν ήταν γνωστή η επηροή του στην κληρονομικότητα των βιολογικών χαρακτηριστικών γιατί οι προηγούμενες μελέτες που έγιναν βασίζονταν κυρίως στους γνωστούς κανόνες κληρονομικότητας των νουκλεικών οξέων. 4.Σε άγρια στελέχη ένα prion-εξαρτώμενο χαρακτηριστικό μπορεί να καθορίζεται από μειωτική ανακατάταξη της ενδογενούς γενετικής ποικιλομορφίας και έτσι τα prions αποτελόύν μηχανισμό με τον οποίο ο ζυμομύκητες μπορούν να αυξήσουν την φαινοτυπική ποικιλομορφία τους επιγενετικά. 5. Το 40% των χαρακτηριστικών που παράγονται από άγρια prions ήταν επωφελή για την ανάπτυξη. Η ύπαρξη ή η απώλεια των prions αποτελεί μηχανισμό που επιτρέπει στα κύτταρα να δημιουργούν νέους φαινότυπους πιο συχνά σε περιπτώσεις που δεν προσαρμόζονται καλά στο περιβάλλον τους.