Mayada Prion Nedir? Kalıtılan Protein Katlanması

Klasik genetikte bir özellik yavru hücreye DNA ile geçer. Ekmek ve bira mayası Saccharomyces cerevisiae bu kurala ilginç bir istisna sunuyor: bazı özellikler bir genin dizisiyle değil, bir proteinin nasıl katlandığıyla aktarılıyor. Prionlar, yapısal ve işlevsel olarak farklı durumlar arasında geçiş yapabilen ve bu durumların bir ya da birkaçı hücreden hücreye aktarılabilen proteinlerdir; mayada bu yetenek onları Mendel kurallarına uymayan kalıtım öğelerine dönüştürür (Alberti ve ark., 2009).

[URE3]: izi bir proteine çıkan özellik

Köşeli parantezle yazılan [URE3], mayanın ortamda amonyum varken üreidosüksinatı kullanabilmesini sağlayan ve sitoplazma yoluyla kalıtılan bir öğedir; aynı görünüm kromozomdaki URE2 geninin mutasyonlarıyla da ortaya çıkar (Wickner, 1994). 1994'te yayımlanan çalışmada [URE3]'ün sürmesi için azot metabolizması enzimlerini baskılayan Ure2p proteininin gerekli olduğu, guanidyum klorürle bu öğeden arındırılan suşların dışarıdan aktarım olmadan yeniden [URE3] durumuna dönebildiği ve Ure2p'nin fazla üretilmesinin bu geçişin sıklığını 100 kat artırdığı gösterildi (Wickner, 1994).

Bu tablodan çıkan öneri şuydu: [URE3], Ure2p'nin normal işlevini yitirmiş ama normal Ure2p moleküllerini de kendi biçimine çevirebilen değişmiş bir hâli olabilir ve bir mikroorganizmada protein temelli kalıtım mümkündür (Wickner, 1994). Mayanın mantarlar âlemindeki yerini ve tomurcuklanarak nasıl çoğaldığını maya bir mantar mı yazısında anlattık.

[PSI+] ve Sup35: kalıbı taşıyan amiloid

İkinci klasik örnek [PSI+] öğesidir; çeviri sonlanma faktörü Sup35'in kendini sürdüren amiloid biçimlerinden oluşur (Shorter ve ark., 2004). [PSI+] çeviri sonlanmasının doğruluğunu değiştiren epigenetik bir düzenleyici olarak tanımlanır (True ve ark., 2000). Bu öğeyi taşıyan hücrelerde anlamsız mutasyonların okunup geçilmesi artar (King ve ark., 2004).

"Yalnızca protein" fikrini doğrudan sınayan iki çalışma 2004'te aynı sayıda yayımlandı. Birinde [PSI+] taşıyan mayalardan saflaştırılan Sup35 parçası kümeleri tohum olarak kullanılmış, bakteride üretilen proteinden laboratuvarda uzun lifler büyütülmüş ve parçalanan lifler prionsuz mayalara verildiğinde tohumun geldiği suşa özgü [PSI] durumu yeniden oluşmuştur (King ve ark., 2004). Aynı çalışmada elektron kırınımı liflerde amiloidlere özgü çapraz beta yapısını gösteren 4,7 ångströmlük aralığı ortaya koymuştur (King ve ark., 2004).

Öteki çalışmada farklı sıcaklıklarda oluşturulan Sup35 amiloidleri birbirinden ayrı ve kararlı biçimde çoğalan yapılar benimsemiş, mayalara bu farklı yapılar verildiğinde farklı [PSI+] suşları ortaya çıkmıştır (Tanaka ve ark., 2004). Yazarlara göre bu sonuç, prion suşları arasındaki farkı proteinin katlanma biçimindeki farkın belirlediğini doğrudan gösterir (Tanaka ve ark., 2004).

Hsp104: prionu hem çoğaltan hem silen şaperon

Prionun nesiller boyu sürmesi için hücrenin kendi protein bakım sistemi de gerekiyor. [PSI+] öğesinin çoğalması için şaperon proteini Hsp104'ün ara düzeyde bulunması gerekmiş; Hsp104'ün fazla üretilmesi de etkisizleştirilmesi de [PSI+] kaybına yol açmıştır (Chernoff ve ark., 1995).

Bu çelişkili görünen tablonun açıklaması laboratuvar deneylerinden geldi. Düşük derişimde Hsp104, Sup35 liflerinin sıfırdan oluşması için gerekli olan oligomer ara ürünlerinin oluşumunu hızlandırmış, yüksek derişimde ise bu oligomerleşmeyi ve ona bağlı lif oluşumunu ortadan kaldırmıştır (Shorter ve ark., 2004). Hsp104 olgun lifleri de sökmüş; bu söküm başta yeni kopyalanma yüzeyleri açmış, sonunda ise prion yapılarını tamamen yok etmiştir (Shorter ve ark., 2004).

Laboratuvar tuhaflığı mı, doğal bir kalıtım yolu mu?

Prionların maya biyolojisindeki yeri uzun süre belirsiz kaldı. [PSI+] üzerine yapılan bir çalışmada bu öğenin gizli genetik çeşitliliği görünür kıldığı ve yeni kalıtsal özellikler ortaya çıkardığı, test edilen yedi genetik arka planın her birinde ortaya çıkan özellik bileşiminin farklı olduğu bildirilmiştir (True ve ark., 2000). Yazarlar bu kararsız kalıtım biçiminin mayaya değişken ortamlarda önceden var olan genetik çeşitliliği kullanma imkânı verebileceğini öne sürmüştür (True ve ark., 2000).

Proteom ölçeğinde bir tarama bu listenin kısa olmadığını gösterdi: deneysel olarak incelenen 100 aday proteinden 19'u prion oluşturabilmiş ve bunlardan Mot3 kendi doğal bağlamında popülasyon düzeyinde özellik çeşitliliğini artıran bir prion üretmiştir (Alberti ve ark., 2009). Soru yine de tartışmalıydı, çünkü yabani suşlarda yeni özellik yaratan prionlar bulunamamıştı (Halfmann ve ark., 2012). Yaklaşık 700 yabani Saccharomyces suşunun biyokimyasal olarak tarandığı çalışmada [PSI+] ya da [MOT3+] birçok suşta bulunmuş, bu prionların sağladığı özellikler seçici koşullarda sıklıkla avantajlı çıkmış ve yabani suşların üçte biri bilinmeyen başka prion öğeleri taşımıştır (Halfmann ve ark., 2012). Ekmek hamurundaki maya topluluğunun kendisi ekşi mayada hangi mayalar yaşar yazısının konusu.

Podospora'da [Het-s]: kendini tanımanın bir parçası

Prion davranışı yalnız mayaya özgü değil. İpliksi mantar Podospora anserina'da het-s ve het-S alellerinin aynı hücrede bir arada bulunması canlı heterokaryon oluşumunu engelleyen öldürücü bir tepki başlatır (Coustou ve ark., 1997). Aynı çalışmada [Het-s] durumunun [Het-s*] suşlarına protein sentezinden bağımsız olarak yayılabildiği, [Het-s] suşlarındaki proteinin proteinaz K'ya daha dirençli olduğu ve het-s geninin fazla ifadesinin geçiş sıklığını artırdığı gösterilmiştir (Coustou ve ark., 1997).

Bir derlemeye göre [Het-s], genetik olarak farklı iki suşun hifleri kaynaştığında ortaya çıkan ve bir hücre ölümü tepkisi olan heterokaryon uyuşmazlığında görev alan, kendini sürdüren bir amiloid kümesidir (Saupe, 2011). Aynı derlemede prion oluşturan bölgenin katı hâl NMR ile çözülen yapısının üçgen biçimli su sevmeyen bir çekirdeğe sahip düzenli bir beta solenoid olduğu ve HET-S proteininin bu kalıpla karşılaşınca katlanma değiştirip hücre ölümünü başlatan bir anahtar gibi davrandığı modeli aktarılır (Saupe, 2011). Hiflerin nasıl kaynaşıp ağ kurduğunu hifa nedir, mantar nasıl büyür yazısında, uyumlu miselin nasıl eşleştiğini mantarlarda eşleşme tipleri yazısında bulabilirsiniz.

Bilimsel referanslar

Alberti, S. et al. (2009). A systematic survey identifies prions and illuminates sequence features of prionogenic proteins. Cell, 137(1), 146-58. PMID 19345193. DOI 10.1016/j.cell.2009.02.044.

Chernoff, Y.O. et al. (1995). Role of the chaperone protein Hsp104 in propagation of the yeast prion-like factor [psi+]. Science, 268(5212), 880-4. PMID 7754373. DOI 10.1126/science.7754373.

Coustou, V. et al. (1997). The protein product of the het-s heterokaryon incompatibility gene of the fungus Podospora anserina behaves as a prion analog. Proc Natl Acad Sci U S A, 94(18), 9773-8. PMID 9275200. DOI 10.1073/pnas.94.18.9773.

Halfmann, R. et al. (2012). Prions are a common mechanism for phenotypic inheritance in wild yeasts. Nature, 482(7385), 363-8. PMID 22337056. DOI 10.1038/nature10875.

King, C.Y. et al. (2004). Protein-only transmission of three yeast prion strains. Nature, 428(6980), 319-23. PMID 15029195. DOI 10.1038/nature02391.

Saupe, S.J. (2011). The [Het-s] prion of Podospora anserina and its role in heterokaryon incompatibility. Semin Cell Dev Biol, 22(5), 460-8. PMID 21334447. DOI 10.1016/j.semcdb.2011.02.019.

Shorter, J. et al. (2004). Hsp104 catalyzes formation and elimination of self-replicating Sup35 prion conformers. Science, 304(5678), 1793-7. PMID 15155912. DOI 10.1126/science.1098007.

Tanaka, M. et al. (2004). Conformational variations in an infectious protein determine prion strain differences. Nature, 428(6980), 323-8. PMID 15029196. DOI 10.1038/nature02392.

True, H.L. et al. (2000). A yeast prion provides a mechanism for genetic variation and phenotypic diversity. Nature, 407(6803), 477-83. PMID 11028992. DOI 10.1038/35035005.

Wickner, R.B. (1994). [URE3] as an altered URE2 protein: evidence for a prion analog in Saccharomyces cerevisiae. Science, 264(5158), 566-9. PMID 7909170. DOI 10.1126/science.7909170.

Bu içerik bilgilendirme amaçlıdır, tıbbi tavsiye niteliği taşımaz. Herhangi bir sağlık kararı almadan önce hekiminize danışınız. Fonksiyonel mantarlar ilaç değildir ve hastalıkların tedavisinde kullanılamaz.

Atıf yapılan kaynak: 10  |  Yöntem: Editöryel Politika  |  Referanslar: Bibliyografya