Влияние прионизации белка Sup35 [PSI+] на частоту генетических нарушений, учитываемых в альфа-тесте у дрожжей Saccharomyces cerevisiae

Полный текст

Введение Прионы - амилоидные агрегаты белков с измененной третичной структурой, обладающие инфекционными свойствами и способные индуцировать переход других молекул белка из нативной в прионную форму. Амилоидизация белков у млекопитающих приводит к развитию ряда заболеваний, характеризующихся нейродегенеративными симптомами, таких как болезнь Альцгеймера, болезнь куру, болезнь Кройцфельда-Якоба, губчатые энцефалопатии мозга и другие. Моделью для изучения прионов млекопитающих служит дрожжевой фактор [PSI+] - прионизованная форма фактора терминации трансляции Sup35. В клетках [PSI+] дрожжей S. cerevisiae большинство молекул Sup35 образует агрегаты и теряет свою функциональность. Прионизации белка Sup35 приводит к тому, что в клетках [PSI+] происходит нарушение терминации трансляции, поскольку на фоне отсутствия функционального Sup35 рибосомы прочитывают нонсенс-кодоны в мРНК как значащие. Прионизация Sup35 может быть выявлена по супрессии нонсенс-мутаций в различных генах. У пациентов, страдающих болезнью Альцгеймера, выявлено 10-кратное увеличение частоты нерасхождения 21 хромосомы (происходит как гаплоидизация, так и гиперплоидия) (Yourov et al., 2009). Обнаружена способность прионной формы белка PrP млекопитающих связываться с микротрубочками цитоскелета. Такое связывание приона препятствует полимеризации тубулина (Nieznanski et al., 2006), что, возможно, приводит к нарушению расхождения хромосом в митозе. У дрожжей S. cerevisiae с мутацией в генах SUP45 и SUP35 повышена частота потерь третьей хромосомы, такой фенотип коррелирует с чувствительностью к беномилу, который блокирует расхождение хромосом в анафазе (Borchsenius et al., 2000). Материалы и методы Для изучения влияния приона [PSI+] на стабильность генетического материала мы использовали разработанную нами ранее тест-систему альфа-тест. Альфа-тест - удобная тест-система, позволяющая одновременно учитывать изменение частот разных типов генетических повреждений. В альфа-тесте могут быть учтены следующие генетические события: потери хромосом, генные мутации, конверсия гена, потеря плеча хромосомы и рекомбинация. Альфа-тест основан на использовании механизма переключения типа спаривания у гетероталличных штаммов дрожжей S. cerevisiae (Inge-Vechtomov et al., 1986). Тип спаривания у дрожжей регулирует локус МАТ, расположенный в III хромосоме. Локус МАТ представлен двумя идиоморфами - МАТа и МАТalpha, определяющими а- и альфа-типы спаривания соответственно. В норме спариваться могут только клетки противоположных типов спаривания, поэтому в «незаконных» скрещиваниях (α × α) при смешивании двух штаммов одинакового типа спаривания (α) возникающие гибриды появляются в результате слияния родительских клеток, одна из которых перед гибридизацией переключила тип спаривания на противоположный (α → а). Такое переключение типа спаривания возможно в результате генетических изменений, нарушающих экспрессию идиоморфа МАТalpha, которые могут быть учтены в альфа-тесте. Использование специально сконструированных штаммов позволяет определить генетическую активность различных факторов, общий уровень стабильности генома, а также выявить молекулярную природу генетических изменений, вызванных разными мутагенами. Результаты Мы показали, что у штаммов, несущих прионную форму белка Sup35, происходит снижение частоты «незаконной» гибридизации в скрещиваниях α × α и а × а в 2 раза, тогда как в скрещиваниях α × а прионизация Sup35 не влияет на частоту гибридизации. Мы также сравнили спектр генетических повреждений, возникающих на фоне прионизации Sup35 по сравнению со спектром в контрольном штамме [psi-]. У штамма [PSI+] частоты потерь хромосом и генных мутаций снижены в 2 раза и в 5 раз увеличена частота конверсии. Результаты, полученные в альфа-тесте, согласуются с результатами теста на индукцию прямых мутаций устойчивости к канаванину, в котором мы также наблюдали снижение частоты мутагенеза в 2 раза (табл. 1). Обсуждение Мы исследовали влияние приона [PSI+] на стабильность генома с использованием альфа-теста и теста на индукцию прямых мутаций устойчивости к канаванину. Мы впервые показали, что наличие приона [PSI+] приводит к снижению частоты генных мутаций и потерь хромосом, а также увеличению частоты генной конверсии. Механизм влияния приона на стабильность генома остается неизвестным. Мы предполагаем, что возможный механизм снижения частоты генных мутаций в штамме [PSI+] заключается в следующем: поскольку Sup35 в прионизованной форме теряет функциональные свойства, спонтанные нонсенс-мутации начинают прочитываться как значащие, поэтому в использованных нами тестах на мутагенность не проявляются. Известно, что Sup35 участвует в сегрегации хромосом в мейозе, возможно, с этой функцией белка связано влияние фактора [PSI+] на частоту потерь хромосом, снижение которой мы обнаружили в альфа-тесте у штамма [PSI+]. Возможно также, что влияние фактора [PSI+] на стабильность генома может быть косвенным и опосредовано изменением всего протеома, в том числе белков репарации. Так, нарушение терминации трансляции может приводить к удлинению пептидов за счет трансляции кодонов, расположенных в мРНК после стоп-кодона. Очевидно, такое изменение протеома не может не отразиться на функции целого ряда белков, контролирующих процессы мутагенеза или репарации ДНК. Роль прионов в поддержании стабильности генома требует дальнейшего изучения.

Об авторах

Юлия Вячеславовна Андрейчук

ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет»

Email: Yullinnabk@yandex.ru
младший научный сотрудник, Институт трансляционной биомедицины

Анна Сергеевна Жук

ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет»

Email: ania.zhuk@gmail.com
младший научный сотрудник, кафедра генетики и биотехнологии, биологический факультет

Сергей Георгиевич Инге-Вечтомов

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: ingevechtomov@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-2832-6825

заведующий кафедрой генетики и биотехнологии, биологический факультет

Россия

Елена Игоревна Степченкова

Санкт-Петербургский филиал Учреждения Российской академии наук Института общей генетики им. Н. И. Вавилова РАН; Санкт-Петербургский государственный университет.

Автор, ответственный за переписку.
Email: stepchenkova@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-5854-8701

заведующая лабораторией, лаборатория мутагенеза и генетической токсикологии

Анна Александровна Ширяева

ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный университет»

Email: annabiologic@gmail.com

Список литературы

Дополнительные файлы