» » Дрожжи помнят о неразделенной любви

Дрожжи помнят о неразделенной любви


Дрожжи помнят о неразделенной любви

Графическое представление содержания работы. Рисунок, прилагаемый к статье журналом Cell


Память у животных является функцией нервной системы. А могут ли что-либо помнить организмы, не обладающие нервными клетками, например одноклеточные эукариоты дрожжи? Оказывается, да, причем механизм запоминания имеет по крайней мере поверхностное сходство с устройством памяти у животных. Исследование швейцарских ученых выглядит забавным, но выявляет важный прецедент нового типа молекулярного механизма.

Как известно, клетки дрожжей могут существовать в двух видах: гаплоидном и диплоидном (то есть с единичным или с двойным набором генов). Гаплоидные клетки имеют один из двух типов спаривания: а или ?. Они секретируют феромоны, называемые a- или ?-фактор, посредством которых они узнают о присутствии поблизости партнера противоположного «пола». Феромон связывается с рецептором и через киназный каскад запускает программу подготовки к спариванию. Клеточный цикл блокируется в фазе G1, а клеточная стенка начинает выпячиваться в направлении партнера. Успешное спаривание приводит к слиянию партнеров и образованию диплоидной клетки.

Авторы описываемой работы заметили, что если феромон присутствует, а контакт клетки с партнером не происходит в течение нескольких часов, то клетка «разочаровывается», прекращает попытку спариться и в дальнейшем уже никогда не участвует в «любовных играх», игнорируя присутствие феромона. Другими словами, она запоминает неудачу. Теперь она размножается только вегетативным путем — отпочковывая от себя дочерние гаплоидные клетки. Но знание о коварстве любви не передается дочерним клеткам. Они рождаются наивными и чутко реагируют на присутствие феромона.

Ключевую роль в прохождении фазы G1 играет белок циклин Cln3, контролирующий работу остальных циклинов G1. Арест в фазе G1 в присутствии феромона реализуется через инактивацию Cln3: белок Far1 связывается с Cln3 и блокирует его функцию, в то время как другой белок, Whi3, связывается с мРНК Cln3 и предотвращает синтез нового Cln3.

Поиск механизма убегания от любовных чар привел авторов к белку Whi3: его способность инактивировать мРНК Cln3 оказалась нарушенной. И здесь оставалось лишь вспомнить, что анализ последовательности Whi3 относит его к группе белков, предположительно способных образовывать упорядоченные фибриллярные агрегаты — амилоиды. Анализируя состояние белка Whi3, авторы обнаружили, что действительно через несколько часов в присутствии феромона в клетке возникают амилоидные агрегаты белка Whi3.

Амилоиды — особый вид белковых агрегатов, обладающий замечательным свойством катализировать свой собственный рост, сопряженный с глубокой структурной перестройкой присоединяемой белковой молекулы. Амилоиды являются причиной около 40 возрастных заболеваний человека. Некоторые амилоиды инфекционны, то есть способны переносить этот процесс автокаталитического роста между организмами, и тогда они называются прионами. По счастью, лишь один из амилоидов человека является прионом — белок PrP. Большинство известных прионов, около десяти, относятся к дрожжам. Эти прионы безобидны и проявляются как нестандартные генетические элементы, фенотипы с неменделевским типом наследования. Прионные свойства требуют дополнительно механизма, разделяющего амилоиды на части и таким образом размножающего их.

Амилоидные и прионные свойства белков дрожжей связаны с наличием в их составе неструктурированных областей, обогащенных глутамином и аспарагином (QN-богатых). Такая область присутствует и в белке Whi3, и было показано, что она необходима для агрегации Whi3 и отключения программы спаривания.

Обнаруженный механизм памяти рождает на редкость богатые аналогии с памятью у мушки дрозофилы — единственного пока животного, у которого раскрыт механизм долговременной памяти. Занятно, что у мушек для тестирования памяти тоже использовали неудачные сексуальные ухаживания. Долговременная память у дрозофилы также реализована через переход в амилоидное состояние некоторого белка, Orb2. Как и в случае Whi3, амилоидная агрегация Orb2 происходит через имеющуюся в нем QN-богатую область. Аналогия проходит и еще дальше: оба белка связываются с некоторыми мРНК и определяют возможность их трансляции. Правда, есть и отличия: мономер Whi3 связывается с мРНК Cln3 и блокирует ее, а амилоид Whi3 не связывается. В случае Orb2 его амилоид, а не мономер связывается с мРНК и активирует, а не блокирует трансляцию.

Еще одно важное сходство в том, что в обоих случаях амилоиды не обладают прионными свойствами. В нейроне запоминание происходит отдельно для каждого синапса, поэтому и агрегация Orb2 должна происходить локально, а не распространяться, как прион, по всей клетке. В случае Whi3 наследование амилоидов также не оправдано. Но несмотря на сходство, едва ли механизмы Whi3 и Orb2 имеют общего предка. Скорее, сходные задачи нашли однотипное решение. И можно предполагать, что амилоиды, благодаря их высокой прочности и протеазоустойчивости, являются наиболее надежным носителем для памяти.

Для чего нужен механизм Whi3? Во-первых, отсутствие такого механизма открыло бы нишу для обманщиков — клеток, которые бы испускали феромон и заставляли соседей готовиться к спариванию, сами при этом беззаботно питаясь и размножаясь почкованием. Половое размножение — сравнительно дорогой процесс, несущий стратегические преимущества. С учетом этой цены, тактическое, сиюминутное преимущество за вегетативным размножением. Whi3 позволяет дрожжам отказаться от дорогого варианта, если процесс затягивается, и не страдать от неразделенной любви до конца дней, как Тургенев.

Механизм Whi3 прецедентен в нескольких отношениях. Это первый функционально значимый неприонный амилоид у дрожжей. Прионы могут быть использованы и используются дрожжами для наследуемого изменения фенотипа. А зачем может быть использован ненаследуемый амилоид — стало ясно только сейчас. Заметим, что у дрожжей имеется более 150 потенциально амилоидогенных белков с QN-богатыми доменами, однако полноценные прионные свойства проявляют лишь десять из них. Что еще интереснее — QN-богатых белков много и у других эукариот, в частности у человека. Вполне возможно, что их амилоидогенные свойства работают — например, в клеточной дифференциации.

Авторы предложили новое название для белков, подобных Whi3 и Orb2, — мнемоны, то есть белки памяти. Наличие множества QN-богатых белков позволяет предполагать, что в скором времени мы узнаем о новых белках этого класса.

Источник: Fabrice Caudron, Yves Barral. A Super-Assembly of Whi3 Encodes Memory of Deceptive Encounters by Single Cells during Yeast Courtship // Cell. V. 155 (6). P. 1244–1257.

Виталий Кушниров


05 октябрь 2019 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Асимметричное деление стволовых клеток сопровождается сортировкой гистонов

Стволовые клетки способны к асимметричному делению (одна из дочерних клеток остается стволовой, а другая дает начало специализированным клеткам). Американские биологи обнаружили, что при

Какой же вклад протеинкиназа M-дзета вносит в формирование памяти?

Механизмы формирования памяти — одна из самых загадочных, интересных и важных областей нейрофизиологии, и в последние годы в ней произошел серьезный прорыв. Обнаружилось, что белок под названием

В патогенезе болезни Альцгеймера участвует иммунный белок

Сплошь да рядом случается, что у какого-нибудь белка с хорошо известными функциями обнаруживается совершенно не связанная с этими функциями и неожиданная активность. Недавно выяснилось, что один из

Эволюция полового размножения у дрожжей: надстройка меняется, базис остается

Американские биологи обнаружили, что генные сети, регулирующие половое размножение, по-разному устроены у разных видов дрожжей. У обычных пекарских дрожжей и ряда других видов спаривание (слияние

Простая система межклеточной коммуникации обеспечивает разнообразное коллективное поведение

Эксперименты на генетически модифицированных дрожжах показали, что разнообразные формы коллективного поведения клеток могут порождаться простой системой межклеточной коммуникации, основанной на том,
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Шугаринг: плюсы и минусыПреимущества матрасов MatroluxeОсобенности продвижения сайтаПульмонология, лечение в АвстрииКак рождаются самые мощные магниты во ВселеннойУпавший в Коста-Рике метеорит пахнет брюссельской капустойРедчайший метеор: дневные СекстантидыКак заменить реальный срок на ИТР