2023 Avtor: Sophia Otis | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-05-21 01:53
Pomemben vir koristnih variacij v naravi lahko služijo tudi posebne beljakovine, znane kot prioni, ki so morda najbolj znani kot povzročitelji norih krav in drugih nevrodegenerativnih bolezni. Raziskovalci inštituta Whitehead so petkrat povečali število prepoznavnih prionskih beljakovin v kvasu in dodatno pojasnili vlogo prionov pri dedovanju koristnih in škodljivih lastnosti.
"Velika razprava na tem področju je, ali so prioni funkcionalni – ali so se razvili v prione ali so vedno bolezen, kot pri bolezni "norih krav" pri sesalcih," pravi Randal Halfmann, raziskava asistentka v laboratoriju članice Whitehead Susan Lindquist in soavtorica prispevka na naslovnici 3. aprila izdaje revije Cell."Želeli smo najti več prionov in videti, kaj počnejo, da bi lahko odgovorili na to vprašanje."
Delo laboratorija Lindquist dodatno spremeni način, kako raziskovalci gledajo na prione, od bioloških anomalij do posrednikov dedovanja lastnosti in prilagajanja nihajočim okoljem. delo spreminja način, kako raziskovalci gledajo na prione, od biološke anomalije do ključnega prionovega slabega slovesa, ki ga je v javnosti utrdila bolezen "norih krav". V poznih osemdesetih letih prejšnjega stoletja je neznana bolezen okužila več kot 100.000 britanskih krav in se razširila na ljudi ter na koncu ubila več kot 200 ljudi. Bolezen povzroča progresivno degeneracijo telesnih in duševnih sposobnosti, kar na koncu vodi v smrt.
Znanstveniki so odkrili, da je bil povzročitelj okužbe prion, napačno zvita različica proteina PrP, ki je bila strnjena skupaj v možganskih celicah. Možganska snov pri živalih, okuženih s PrP, dobi gobast videz, zaradi česar je stanje dobilo uradno ime, goveji spongiformni encefalitis (BSE).
Za razliko od drugih beljakovin je napačno zvit protein PrP prenosljiv. Ko se napačno zvite beljakovine PrP vnesejo v zdrave celice, lahko pretvori normalno zvite beljakovine PrP v napačno zloženo obliko in povzroči združevanje, značilno za prione.
Z leti so raziskovalci odkrili majhno število drugih prionov pri ljudeh in drugih živalih, od katerih večina povzroča degenerativne nevrološke bolezni, vključno s praskavcem pri ovcah in kozah ter Creutzfeldt-Jakobovo boleznijo pri ljudeh. Nekaj prionov je bilo najdenih tudi v modelnih organizmih, kot je kvas.
V prepričanju, da je število prionov v kvasu večje od štirih identificiranih, so raziskovalci v Lindquistovem laboratoriju razvili visoko zmogljivo metodo za skeniranje celotnega genoma kvasovk, odkrivanje verjetnih zaporedij, ki kodirajo prion, in potrditve, da so nastale beljakovine pravzaprav prioni. Lindquist pravi: "Pristop je zahteval veliko razvoja testov in veliko dela, vendar so bili rezultati zelo razburljivi."
Skeniranje je odkrilo približno 200 kandidatnih zaporedij prionskega kodiranja v genomu kvasovk. 100 najboljših proteinov kandidatov je bilo testiranih za do tri značilnosti prionov: njihovo nagnjenost v celicah k tvorbi grudic, ki ostanejo nedotaknjene, ko so izpostavljene detergentu, ki lahko razgrne večino beljakovin; sposobnost beljakovin, da se strdijo v petrijevki v odsotnosti drugih celičnih dejavnikov; in sposobnost beljakovin, da se neomejeno razmnožujejo v celicah.
Z uporabo svojih testov so raziskovalci ugotovili, da 24 prionskih kandidatov izpolnjuje vse tri kriterije. V to število so bili vključeni vsi štirje znani prioni kvasovk.
»Nihče ni sprejel tako širokega pristopa k iskanju prionov v katerem koli genomu,« pravi Simon Alberti, Lindquist podoktorski raziskovalec in soavtor članka. "In rezultati dela v celicah kvasovk in delo in vitro so se prekrivali in se zelo lepo podpirali."
Alberti in Halfmann domnevata, da prioni v kvasu pripravijo posamezne organizme na spremembe v okolju. Znano je, da prioni v celicah preklapljajo naprej in nazaj med stadijo strjevanja, infekcijsko in neinfekcijsko stopnjo. Ko so kvasovke pod stresom, pride do tega preklapljanja z višjo hitrostjo, kar lahko daje kvasovkam večjo možnost, da se prilagodijo zahtevnim razmeram.
Na primer, če grozdje, posuto s kvasom, pade z vinske trte v lužo, se okolje premočenega kvasa drastično spremeni. Različni prioni v celicah kvasovk se lahko preklopijo iz neaktivnega v aktivne ali aktivne v neaktivne, da pomagajo celicam preživeti pod vodo. Nekatera od teh stikal za aktiviranje pomagajo kvasovkam, nekatera pa ne.
"Menimo, da je dejstvo, da so prioni včasih koristni in včasih škodljivi za kvasovke, v središču njihove biologije – da predstavljajo nekakšno strategijo varovanja stav, kjer je v nekaterih okoliščinah dobro biti v prionsko stanje in v nekaterih primerih ni,« pravi članica Whiteheada in raziskovalka Medicinskega inštituta Howard Hughes Susan Lindquist.
Ta raziskava odpira več dodatnih poti študija, vključno z uporabo podobnih strategij za iskanje dodatnih prionov kvasovk, temeljitim testiranjem prionov in vivo in in vitro ter skeniranjem genomov drugih organizmov za prionske kandidate.
