Прионы и амилоиды: ключевые свойства и роль в природе
Виталий Кушниров
«Природа» №3, 2014
 Об автореВиталий Владимирович Кушниров — доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярной генетики Института биохимии им. А. Н. Баха РАН. Область научных интересов — механизмы возникновения и существования прионов и амилоидов, способы выявления и моделирование амилоидных заболеваний. |
Почти все инфекционные агенты, будь то вирусы, бактерии или простейшие, имеют геном в виде ДНК или РНК, определяющий жизненный цикл и «план захвата» организма-хозяина. Удивительным исключением из этого правила являются прионы — инфекционные агенты белковой природы, не имеющие какого-либо генома. Наиболее известные из прионных заболеваний — болезнь Крейцфельдта — Якоба, синдром Герстманна — Штраусслера — Шейнкера, болезнь каннибалов куру («смеющаяся смерть»), а также бычья губчатая энцефалопатия («коровье бешенство») и скрейпи («почесуха») овец. Все эти заболевания имеют нейродегенеративный характер, неизлечимы и приводят к смерти*.
Первые упоминания скрейпи относятся к XVIII в., но причина прионных болезней была установлена лишь в 1982 г., когда американский исследователь Стенли Прузинер (S. B. Prusiner)** выделил инфекционный белок и предложил термин «прион» (англ. prion — анаграмма из слов protein и infection). Прузинер установил, что прион представляет собой структурно измененную форму белка, в норме присутствующего в клетках организма-хозяина [1]. Выявленный белок был обозначен PrP (англ. prion protein), а его патологическая форма PrPSc (Sc от англ. scrapie — скрейпи). Инфекционность PrPSc связана с тем, что он способен, взаимодействуя с нормальным белком PrP, вызывать в нем структурную перестройку и превращать его в подобие себя. PrPSc не подвержен деградации, он накапливается в организме, в первую очередь в мозге, нарушая функцию и вызывая гибель нейронов. Поскольку PrP является собственным белком организма, прионные болезни не вызывают иммунного ответа. Работу с прионами осложняет и то, что они устойчивы к кипячению и обработке формалином.
Прионы дрожжей
Все прионные болезни млекопитающих связаны с превращением единственного белка — PrP [1]. Прионы были также обнаружены у низших эукариот, причем в значительно большем количестве. Сейчас прионные свойства выявлены у девяти белков дрожжей Saccharomyces cerevisiae и у одного белка мицелиального гриба Podospora anserina. Правда, следует отметить, что эти прионы проявляют себя не как инфекционные агенты, а как генетические элементы с нестандартными свойствами. Дрожжи и грибы обладают весьма прочной клеточной стенкой, предотвращающей проникновение какой-либо инфекции, и потому прионы могут передаваться лишь от родителей к потомкам, а также при скрещивании. Прионы низших эукариот в большинстве случаев не только не представляют существенного вреда для клеток хозяина, но и могут быть даже полезны.
У дрожжей лучше всего изучен так называемый детерминант [PSI+], соответствующий прионной форме белка Sup35, известного также как фактор терминации трансляции eRF3. Этот белок необходим для завершения синтеза белков (трансляции), которое происходит на некодирующих (нонсенс) кодонах. В результате мутаций внутри кодирующей области генов могут возникать преждевременные нонсенс-кодоны, прерывающие синтез белка. [PSI+] снижает активность Sup35, что позволяет прочитывать полностью такие гены, не прерываясь на преждевременных нонсенс-кодонах. [PSI+] стал популярной моделью, давшей очень много для понимания общих свойств прионов.
Детерминант [PSI+] был обнаружен еще в 1965 г. Брайаном Коксом (B. S. Cox) [2]. Но объяснить природу этого белка удалось лишь в 1994 г. Риду Уикнеру (R. B. Wickner), который предположил, что [PSI+] отражает переход белка Sup35 в неактивную прионную форму [3]. Эта гипотеза вскоре подтвердилась. Мы и одновременно сотрудники лаборатории Сьюзан Линдквист (S. Lindquist) выяснили, что в клетках, содержащих [PSI+], белок Sup35 переходит в агрегированное состояние [4, 5], и эти агрегаты обладают характерным свойством прионов — способны переводить неагрегированный белок Sup35 из неприонных клеток [PSI−] в агрегированную форму [6].
Мономер или полимер?
Известны две модели прионного превращения, которые полагаются на различные представления о природе этой формы белков. Первая модель [7] пришла вместе с прионной концепцией для PrP, которая помогла связать загадочные детерминанты дрожжей с прионным явлением. В соответствии с этой моделью, известной как «гетеродимерная», прионная форма белка представляет собой мономер с измененной структурой, а превращение белка происходит в результате взаимодействия прионной и неприонной молекул, после чего две прионные молекулы отделяются друг от друга.
Альтернативная модель предполагает, что прион — это разновидность амилоида, т. е. нековалентно-связанный белковый полимер. Амилоидами называют фибриллярные белковые агрегаты с регулярной структурой, признаваемые причиной более 30 неизлечимых возрастных заболеваний, таких, например, как болезни Альцгеймера и Паркинсона [8]. Амилоиды подобны прионам по двум ключевым свойствам. Во-первых, укладка белка в составе амилоида существенно изменена и образует характерную структуру, называемую кросс-бета, в которой полипептидные цепи перпендикулярны оси фибриллы, а образуемые ими бета-слои параллельны оси. Во-вторых, амилоид катализирует структурное превращение и полимеризацию нормальной мономерной формы соответствующего белка.
Нам стало ясно, что верна именно вторая модель. Гетеродимерная модель имеет существенные слабости. Она предполагает довольно неправдоподобные свойства белка PrP. Наличие у белка двух альтернативных укладок само по себе необычно, но еще труднее представить, что одна из этих укладок способна превращать другую в себе подобную. Кроме того, известно, что существуют штаммы приона с различными свойствами, а, значит, альтернативных самовоспроизводящихся укладок должно быть множество — и это уже совершенно непредставимо. Не менее трудно объяснить и разделение двух прионных молекул после превращения одной из них, при условии, что процесс не расходует энергию в виде АТФ или ГТФ. В полимерной же модели таких проблем нет: наличие различных самовоспроизводящихся укладок в составе полимера хорошо известно, а разделение молекул в ходе полимеризации не требуется.
Следует заметить, что под формальное определение приона попадает как минимум одно явление, не связанное с амилоидами. Так, дрожжевой прион [b] представляет собой вакуолярную протеазу В, которая синтезируется неактивной и активируется за счет удаления аминоконцевого пептида другой, активной, молекулой протеазы В. Затем наша молекула может активировать другие молекулы протеазы В, удаляя пептид, что, кстати, напоминает гетеродимерную модель [9].
Структура и размножение прионов
В поддержку полимерной модели для белка Sup35 Джон Гловер (J. R. Glover) и Сьюзан Линдквист показали, что in vitro белок Sup35 образует амилоидные фибриллы [10]. Для этого, как и для поддержания прионного состояния, необходим только небольшой аминоконцевой домен Sup35. Аналогичные результаты были получены и для другого прионного белка дрожжей, Ure2. В дальнейшем выяснилось, что прионогенный аминоконцевой домен образует стержень амилоида, к которому прикреплены прочие домены белка, вероятно, сохранившие свою исходную структуру (рис. 1). Похожее строение имеют все прионы дрожжей.
Обратим внимание, что in vitro Sup35, как и другие подобные белки, самодостаточен для амилоидного превращения. Однако в клетках дрожжей поддержание приона в ряду поколений требует действия специфического шаперона (англ. chaperone — ‘сопровождать’; белки, обеспечивающие правильное сворачивание полипептидных цепей белков) — Hsp104 [11]. Этот белок занимает особое место среди шаперонов: он извлекает белковые молекулы из агрегатов, образующихся в результате теплового шока. Парадоксальным образом к потере [PSI+] приводит не только отсутствие Hsp104, но и во многих случаях его избыток.
Мы предложили гипотезу, которая описывает размножение прионов дрожжей и одновременно разрешает парадокс Hsp104 [12]. Мы исходили из предположений, что прионные частицы Sup35 представляют собой амилоидные фибриллы, а шаперон Hsp104 распознает их, как агрегаты неправильно свернутого белка, и извлекает из них молекулы Sup35 (рис. 2). Извлечение каждой молекулы из фибриллы должно разбивать ее на две части (при условии, что действие Hsp104 происходит не на краю фибриллы). При этом удваивается количество концов фибрилл, катализирующих прионное превращение, что ускоряет переход белка в прионное состояние. Таким образом, при действии Hsp104 фактически происходит удвоение приона, несмотря на то, что количество агрегированного Sup35 не возрастает. В отсутствие Hsp104 размножение приона не происходит (хотя прионное превращение продолжается), и он сравнительно быстро теряется из растущей популяции дрожжей.
Рис. 2. Цикл размножения приона дрожжей. Прионные частицы Sup35 растут, присоединяя к себе новые молекулы Sup35. Шаперон Hsp104 (гексамерная частица с каналом в центре, показано ее продольное сечение) случайным образом выдергивает молекулы Sup35 из прионной частицы (полимера), протягивая их через канал в виде развернутых полипептидных цепей. В результате прионная частица распадается на две части
Интересно отметить, что действие Hsp104, необходимое для размножения прионов, направлено на растворение белковых агрегатов и уничтожение приона. Если активность Hsp104 увеличить, то можно добиться того, что растворение прионных частиц будет происходить быстрее, чем их рост, и тогда прион будет потерян. И это действительно можно наблюдать при сверхпродукции Hsp104 для многих вариантов [PSI+].
В дальнейшем полимерная модель получила убедительные экспериментальные подтверждения. Выяснилось, что в [PSI+] клетках дрожжей большая часть Sup35 находится в виде амилоидных полимеров, а не мономеров. Правда, эти полимеры многократно короче наблюдаемых in vitro, что, видимо, говорит об их фрагментации. Их размер составляет от 10 до 50 мономеров. Это значит, что их длина лишь ненамного превышает их толщину (~10 нм). Выяснилось также, что фрагментирующая активность зависит от Hsp104 [13].
Фрагментирующую активность Hsp104 можно ингибировать добавлением в среду гидрохлорида гуанидина (ГуГХ), и на этом основан довольно наглядный тест по определению количества прионных частиц в клетке. Одну клетку, содержащую [PSI+], выращивают в присутствии ГуГХ до образования маленькой колонии. Прионные частицы при этом не множатся, хоть и растут, и в ходе клеточных делений они случайно распределяются по отдельным клеткам, которые затем можно пересчитать. Эту колонию рассевают отдельными клетками на чашку Петри с низким содержанием аденина в питательной среде, где клетки, сохранившие прионные частицы, дают крупные белые [PSI+] колонии, а клетки без приона — мелкие красные [PSI−] колонии. Количество белых колоний приблизительно равно числу прионных частиц в исходной клетке. Оказалось, что [PSI+] клетки содержат в зависимости от варианта в [PSI+] от 100 до 1000 прионных частиц [14].
Для доказательства прионной концепции была разработана процедура трансформации клеток дрожжей амилоидными фибриллами. Выяснилось, что амилоиды Sup35, полученные in vitro из белка, продуцированного бактерией Escherichia coli, попадая в дрожжевую клетку, переводят Sup35 в прионное состояние. Кроме того, при разной температуре in vitro образуются фибриллы Sup35 с разной структурой. Оказалось, что при попадании в дрожжи эти фибриллы порождают фенотипически различные варианты [PSI+] [15]. Это говорит о зависимости фенотипа приона от структуры фибрилл.
На данный момент этот результат можно считать наиболее убедительным доказательством прионной концепции. Таким образом, было подтверждено, что:
- дрожжевые прионы точно соответствуют определению, являясь белковым инфекционным агентом; они не связаны с какой-либо нуклеиновой кислотой (НК), поскольку препарат фибрилл, образованных in vitro, был очищен от НК, и в нем не могло быть НК, специфичной для дрожжей;
- по структуре прион подобен амилоиду;
- варианты приона определяются разной укладкой белка в составе полимера.
Таким образом, дрожжевые прионы представляют собой амилоидные фибриллы, мелко нарезанные с помощью Hsp104.
Прионные варианты
Прион [PSI+], как и прионы млекопитающих, может существовать во множестве вариантов. Обычно их различают по эффективности супрессии нонсенс-мутаций и стабильности наследования. Эти параметры коррелируют и определяются с невысокой точностью, что не позволяет различить с их помощью большое количество вариантов. Поэтому общее число возможных вариантов неясно, их могут быть как единицы, так и сотни.
На практике варианты [PSI+] грубо делят на два класса — сильные и слабые. Для первых характерна высокая эффективность супрессии нонсенс мутаций и высокая стабильность наследования, у вторых эти параметры снижены. Из результатов биохимического анализа следует, что клетки с сильным [PSI+] содержат меньше мономерного Sup35 по сравнению со слабым [PSI+], а прионные полимеры Sup35 более коротки. Это позволяет понять сравнительную динамику прионной полимеризации у вариантов [PSI+]. Меньший размер прионных частиц означает их большее число и более эффективную полимеризацию, что приводит к меньшему количеству мономерного Sup35 и более эффективной супрессии. Увеличенное число прионных частиц также обеспечивает более высокую стабильность наследования. В целом, «сила» варианта [PSI+] возрастает с увеличением частоты фрагментации прионных частиц [13].
Примечательно, что некоторым структурно возможным вариантам амилоида Sup35 соответствуют параметры [PSI+], несовместимые либо с жизнью клетки, либо с наследованием приона. Так, в некоторых вариантах [PSI+] остается слишком мало мономерного Sup35, что нарушает жизнеспособность клетки [16]. На противоположном конце спектра вариантов [PSI+] находятся ненаследуемые амилоиды Sup35, обнаруженные нами. Они образуются при сверхпродукции Sup35 в клетках, содержащих прион [PIN+]. Этот прион, основанный на белке Rnq1, известен тем, что он облегчает возникновение [PSI+], видимо, служа несовершенной затравкой для полимеризации Sup35. При стандартном уровне Sup35 в клетках [PIN+] его полимеров очень мало, однако при сверхпродукции Sup35 (примерно в 20 раз) его доля в полимерной фракции возрастает до 80%. Эти полимеры, однако, неспособны к самостоятельному наследованию, и существуют лишь благодаря их частому возникновению на основе прионных частиц Rnq1. Такие полимеры Sup35 имеют очень большой размер, что говорит об их очень редкой фрагментации [17]. Таким образом, существующие in vivo амилоиды Sup35 можно ранжировать по частоте фрагментации: от часто фрагментируемых сильных [PSI+] до слишком редко фрагментируемых ненаследуемых.
Можно полагать, что редкая фрагментация может не только быть причиной ненаследуемости амилоидов в дрожжах, но и объяснять неинфекционность амилоидных болезней человека в сравнении с прионами. Инфекционность амилоидов должна возрастать с уменьшением их размера, поскольку при этом больше амилоидных частиц на единицу массы и выше их способность к перемещению. Прионные частицы PrPSc имеют сравнительно малый размер. Например, при болезни Крейцфельдта — Якоба прионные отложения (бляшки) часто появляются позже, чем первые симптомы заболевания, или не образуются вовсе, что указывает на малый размер приона. А интенсивное формирование бляшек при амилоидных болезнях свидетельствует о большом размере и малой мобильности амилоидных частиц, что уменьшает инфекционность. Грань между прионами и амилоидами тонка: известно, что некоторые амилоидные болезни обладают слабой инфекционностью, которую можно выявить у модельных животных при условиях, способствующих амилоидогенезу. Такими условиями могут быть повышенная продукция амилоидогенного белка, либо введение амилоидов не через пищевой тракт, а внутрицеребрально.
Механизм фрагментации прионов дрожжей
Ключевую роль во фрагментации прионных амилоидов в дрожжах играет Hsp104, но при существенном содействии других шаперонов. Напомним, что белки этого класса обеспечивают и контролируют правильную пространственную укладку других белков. Фрагментация начинается с того, что шаперон Sis1 семейства Hsp40 распознает в прионной частице какие-то элементы неправильно уложенной белковой структуры. Другие дрожжевые Hsp40, в частности, наиболее высоко экспрессируемый Ydj1, видимо, не участвуют во фрагментации. Согласно имеющимся данным, прионный домен упакован в амилоидную структуру не полностью, и какая-то его часть остается неструктурированной. При этом у сильных вариантов [PSI+] размер неуложенной области больше, чем у слабых. Вероятно, эту область и распознает Sis1, а затем, при участии шаперона Ssa (семейства Hsp70), передает ее Hsp104 — большому белку массой более 100 кДа, содержащему два АТФ-расщепляющих блока. Его рабочая форма представляет кольцо из шести молекул. Hsp104 цепляет полипептидную цепь прионного белка и протягивает ее сквозь дырку в кольце, таким образом расплетая этот белок и извлекая его из полимера, который в результате распадается на две части (рис. 2).
Частота фрагментации — ключевой фактор, определяющая число прионных частиц, эффективность прионного превращения и выраженность прионного фенотипа. Но что определяет частоту фрагментации?
Было обнаружено, что фибриллы, соответствующие сильному варианту [PSI+], значительно менее прочны, чем фибриллы слабого [PSI+]. В согласии с этим, картирование области Sup35, составляющей ядро (стебель) амилоида с помощью водородно-дейтериевого обмена показало, что у «сильных» фибрилл в ядро амилоида, уложена меньшая часть прионного домена (аминокислотные остатки 1–37, полный домен состоит из первых 123 остатков), чем у «слабых» (остатки 1–70) [18]. Эти наблюдения породили предположение, что частота фрагментации определяется прочностью амилоида.
В противоположность этому, мы выяснили, что частота фрагментации определяется в первую очередь способностью шаперонов распознавать амилоид как субстрат для фрагментации. В частности, «сильную» фибриллу Sup35 легче узнать, чем «слабую», поскольку у нее больше неструктурированный остаток прионного домена, не уложенный в ядро и привлекающий шапероны [19]. Но как распознаваемость зависит от последовательности прионного домена? Помимо размера неупорядоченной области, все зависит от ее аминокислотного состава, но не требует каких-либо специфических элементов последовательности, поскольку, как было установлено, ее случайная перетасовка в прионном домене Sup35 не нарушает его прионных свойств [20]. Чтобы изучить влияние аминокислотного состава на фрагментацию, мы создали набор генов Sup35, в которых прионный домен был заменен на последовательности (QQQXQ)n, где Q — глутамин, а Х — любая аминокислота, с общей длиной повторов от 70 до 100 остатков. Полимеры на основе чисто полиглутаминовой последовательности фрагментируются достаточно редко, что позволяет наблюдать эффект добавления других аминокислот. Например ароматические аминокислоты тирозин, триптофан или фенилаланин вызывали максимальный эффект, многократно усиливая фрагментацию, а аланин, серин, треонин, цистеин и метионин — средний. Аспарагин, глицин, валин и изолейцин не улучшали фрагментацию, а пролин и лейцин препятствовали образованию полимеров [19]. Таким образом, частота фрагментации зависит от размера и аминокислотного состава неструктурированной области прионного домена, не упакованной в ядро амилоида.
Распространенность и роль в природе
Выявление прионов у дрожжей стимулировало дальнейший поиск и позволило предположить, что эти белки распространены в природе и не всегда связаны с болезнью. Пока наибольшие успехи в поиске прионов относятся к дрожжам S. cerevisiae. Прионная природа белка Ure2 дрожжей была обнаружена одновременно с Sup35 [3]. Соответствующий прион, [URE3], связан с метаболизмом азота и позволяет использовать его неудобные источники (уреидосукцинат) в присутствии предпочитаемых соединений (солей аммония). Анализ первичной структуры Sup35 и Ure2 выявил значимое сходство: оба содержали прионогенный аминоконцевой домен, обогащенный остатками глутамина и аспарагина (QN), а также функциональный домен. Затем был найден прион [PIN+], повышающий частоту возникновения [PSI+]. Соответствующий белок, Rnq1, также богат QN, хотя и не содержит явного функционального домена. Был произведен целенаправленный анализ QN-богатых белков, в результате чего было обнаружено еще несколько прионов [21]. Кроме того, многие из QN-богатых белков оказались способны образовывать амилоиды при повышенной активности, но не могли стабильно сохранять прионное состояние при обычной экспрессии. Недавно найден первый прион дрожжей, Mod5 [MOD+], не обогащенный остатками QN. Заметим, что, в противоположность дрожжам, белок PrP и большинство амилоидных белков млекопитающих не отличаются избытком QN. Исключение составляют гентингтин (агрегирующий в нейронах головного мозга) и еще несколько белков, образующих амилоиды при удлинении в них полиглутаминового участка.
Являются ли прионы низших эукариот патогенными или же выполняют какую-то полезную функцию? Лишь один из них имеет явную функцию: прион [het-s] гриба P. anserina входит в систему вегетативной несовместимости, контролирующую дальнеродственные скрещивания гриба. Сочетание приона и определенных аллелей гена het-s запускает механизм гибели клеток, образующихся при скрещивании. Фактически, прион случайным образом делит популяцию на две части. Одна из них консервативна, «строга» к скрещиваниям, что защищает ее от вирусных эпидемий, другая же пользуется всеми благами генетического обмена, но рискует встретиться с вирусом. А популяция в целом получает достоинства обеих стратегий.
Преимущества прионов дрожжей не столь очевидны, хотя некоторые из них дают потенциально полезные фенотипы. Так, [MOD+] повышает устойчивость к фунгицидам группы азолов; [PSI+] компенсирует нонсенс-мутации, а [URE3] позволяет усваивать бедные источники азота. Но, кроме того, каждый из прионов прямо или косвенно влияет на множество различных функций и фенотипических характеристик. В частности, пять из девяти прионных белков дрожжей (Ure3, Swi1, Mot3, Cyc8 и Sfp1) участвуют в регуляции транскрипции. Появление прионов в отдельных клетках популяции дрожжей случайно, а их многочисленные фенотипические проявления непредсказуемы. Но они вносят фенотипическое разнообразие и позволяют популяции найти лучший ответ на различные неблагоприятные условия (температуру, отсутствие воды и питания), часто возникающие в природе. Примечательно, что при нормализации условий прионы, в отличие от мутаций, могут быть потеряны со сравнительно высокой частотой, и тогда клетки вернутся точно к исходному фенотипу.
Непатогенные амилоиды обнаружены не только у дрожжей. У E. coli найдены амилоидные фибриллы, образующие матрикс вокруг клеток. Эти внеклеточные структуры, называемые curli, состоящие из белка CsgA, позволяют бактериям формировать биопленки и колонизировать новые субстраты.
Аналогичные амилоиды обнаружены и у некоторых других бактерий. Патогенность Xanthomonas (болезнетворные бактерии растений, в частности табака) опосредуется внеклеточными амилоидами белков харпинов. Проникая в межклеточное пространство, их фибриллы дестабилизируют мембраны растительных клеток и вызывают их гибель. Амилоиды часто используются для построения защитной внешней структуры клеток, поскольку их отличает высокая жесткость и способность к самосборке. Такие амилоиды наблюдали у актинобактерий Streptomyces, у грибов Neurospora crassa и у дрожжей. Амилоиды укрепляют хорион (оболочку яйца у бабочек Antheraea polyphemus) и входят в состав паутины [22]. Функциональные амилоиды обнаружены и внутри клеток животных. Так, амилоиды белка pMel17 служат матрицей для полимеризации меланина в меланосомах и, таким образом, ответственны за пигментацию кожи. Полимеризация белка Orb2 в синапсах нейронов дрозофилы — ключевое событие в фиксации долговременной памяти. Интересно, что при экспрессии гена, кодирующего белок Orb2 (как и его аналог из улитки Aplysia californica), в дрожжах проявляют прионные свойства [23]. Можно предполагать, что и у человека память устроена аналогично.
Таким образом, прионы и амилоиды могут не только вызывать болезни, но и играть важную биологическую роль. Можно ожидать открытия множества новых механизмов, связанных с прионами и амилоидами, поскольку для большинства организмов их поиск еще не был проведен.
Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований и программы Президиума РАН «Молекулярная и клеточная биология».
Литература
1. Prusiner S. B., Scott M. R., DeArmond S. J. et al. Prion protein biology // Cell. 1998. V. 93. № 3. P. 337–348.
2. Cox B. S. [PSI], a cytoplasmic suppressor of super-suppressors in yeast // Heredity (Edinb). 1965. V. 20. P. 505–521.
3. Wickner R. B. [URE3] as an altered URE2 protein: evidence for a prion analog in Saccharomyces cerevisiae // Science. 1994. V. 264. № 5158. P. 566–569.
4. Paushkin S. V., Kushnirov V. V., Smirnov V. N. et al. Propagation of the yeast prion-like [psi+] determinant is mediated by oligomerization of the SUP35-encoded polypeptide chain release factor // EMBO J. 1996. V. 15. № 12. P. 3127–3134.
5. Patino M. M., Liu J. J., Glover J. R. et al. Support for the prion hypothesis for inheritance of a phenotypic trait in yeast // Science. 1996. V. 273. № 5275. P. 622–626.
6. Paushkin S. V., Kushnirov V. V., Smirnov V. N. et al. In vitro propagation of the prion-like state of yeast Sup35 protein // Science. 1997. V. 277. № 5324. P. 381–383.
7. Cohen F. E., Pan K. M., Huang Z. et al. Structural clues to prion replication // Science. 1994. V. 264. № 5158. P. 530–531.
8. Chiti F., Dobson C. M. Protein misfolding, functional amyloid, and human disease // Annu. Rev. Biochem. 2006. V. 75. P. 333–366.
9. Roberts B. T., Wickner R. B. Heritable activity: a prion that propagates by covalent autoactivation // Genes Dev. 2003. V. 17. № 17. P. 2083–2087.
10. Glover J. R., Kowal A. S., Schirmer E. C. et al. Self-seeded fibers formed by Sup35, the protein determinant of [PSI+], a heritable prion-like factor of S. cerevisiae // Cell. 1997. V. 89. № 5. P. 811–819.
11. Chernoff Y. O., Lindquist S. L., Ono B. et al. Role of the chaperone protein Hsp104 in propagation of the yeast prion-like factor [psi+] // Science. 1995. V. 268. № 5212. P. 880–884.
12. Kushnirov V. V., Ter-Avanesyan M. D. Structure and replication of yeast prions // Cell. 1998. V. 94. № 1. P. 13–16.
13. Kryndushkin D. S., Alexandrov I. M., Ter-Avanesyan M. D. et al. Yeast [PSI+] prion aggregates are formed by small Sup35 polymers fragmented by Hsp104 // J. Biol. Chem. 2003. V. 278. № 49. P. 49636–49643.
14. Byrne L. J., Cole D. J., Cox B. S. et al. The number and transmission of [PSI] prion seeds (Propagons) in the yeast Saccharomyces cerevisiae // PLoS One. 2009. V. 4. № 3. P. e4670.
15. Tanaka M., Chien P., Naber N. et al. Conformational variations in an infectious protein determine prion strain differences // Nature. 2004. V. 428. № 6980. P. 323–328.
16. McGlinchey R. P., Kryndushkin D., Wickner R. B. Suicidal [PSI+] is a lethal yeast prion // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2011. V. 108. № 13. P. 5337–5341.
17. Salnikova A. B., Kryndushkin D. S., Smirnov V. N. et al. Nonsense suppression in yeast cells overproducing Sup35 (eRF3) is caused by its non-heritable amyloids // J. Biol. Chem. 2005. V. 280. № 10. P. 8808–8812.
18. Toyama B. H., Kelly M. J., Gross J. D. et al. The structural basis of yeast prion strain variants // Nature. 2007. V. 449. № 7159. P. 233–237.
19. Alexandrov A. I., Polyanskaya A. B., Serpionov G. V. et al. The effects of amino acid composition of glutamine-rich domains on amyloid formation and fragmentation // PLoS One. 2012. V. 7. № 10. P. e46458.
20. Ross E. D., Edskes H. K., Terry M. J. et al. Primary sequence independence for prion formation // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2005. V. 102. № 36. P. 12825–12830.
21. Alberti S., Halfmann R., King O. et al. A systematic survey identifies prions and illuminates sequence features of prionogenic proteins // Cell. 2009. V. 137. № 1. P. 146–158.
22. Миронова Л. Н., Гогинашвили А. И., Тер-Аванесян М. Д. Биологические функции амилоидов: факты и гипотезы // Молекулярная биология. 2008. Т. 42. С. 798–808.
23. Majumdar A., Cesario W. C., White-Grindley E. et al. Critical role of amyloid-like oligomers of Drosophila Orb2 in the persistence of memory // Cell. 2012. V. 148, № 3. P. 515–529.
* Подробнее см.: Ройхель В. М. Медленные болезни человека и животных, вызванные прионами // Природа. 2002. № 2. С. 14–20 (PDF, 5 Мб). — Примеч. ред.
** За открытие прионов и их белковой природы С. Прузинер получил в 1997 г. Нобелевскую премию. Подробнее см.: Кушниров В. В., Тер-Аванесян М. Д. Лауреаты Нобелевской премии 1997 года: по физиологии и медицине — С. Прузинер // Природа. 1998. № 1. С. 112–116 (DjVu, 4 Мб). — Примеч. ред.
Рис. 1. Фибриллы, образованные белком Sup35 (а) [10] и схематическая структура этих фибрилл и прионных частиц Sup35 (б). Белок Sup35 состоит их трех доменов: аминоконцевой (N) необходим для прионного превращения и образует стебель амилоида; карбоксиконцевой (С) выполняет жизненно важную функцию в терминации трансляции, а средний домен (М) играет роль спейсера, соединяющего эти два домена