Cell：朊蛋白，表观遗传学的新层面

日前科学家们发现，朊蛋白能够使酵母从常规单细胞形态转变为多细胞协作形式，并由此在不利环境条件下增大酵母的生存几率。这种可遗传的可逆改变不会影响酵母基因组，是一种表观遗传学现象。文章于三月二十八日发表在Cell杂志上。

　　

生物通报道：朊蛋白prion总是与疯牛病和克-雅氏病等联系在一起，不过人们正逐渐意识到，朊蛋白在生物中也能够发挥正常的有益功能。

日前科学家们发现，朊蛋白能够使酵母从常规单细胞形态转变为多细胞协作形式，并由此在不利环境条件下增大酵母的生存几率。这种可遗传的改变不会影响酵母基因组，是一种表观遗传学现象。文章于三月二十八日发表在Cell杂志上。

prion是正常蛋白的错误折叠形式，德克萨斯大学达拉斯西南医学中心的Randal Halfmann曾于2009年鉴定了一些会形成prion的酵母蛋白，但他当时并不知道这些prion有何功能。在这项新研究中，Halfmann与Whitehead研究所的Susan Lindquist合作，试图分析prion对酵母基因转录的影响。只要找到了受调节的基因，就能够确定这些prion的功能。

“我们针对酵母中能够形成prion的转录调节子进行研究，发现实际上整个酵母基因组中只有一个基因受到调节，”Halfmann说。这个基因就是FLO11，它是酵母多细胞性（multicellularity）的关键，该基因的表达可以使酵母从球状转变为纤维形态。

Halfmann指出，FLO11受到了表观遗传学调控，同时也应答着环境压力。考虑到prion是蛋白的错误折叠形式，而环境压力会增加蛋白错误折叠和prion的形成，他认为prion可能就是影响FLO11活性的表观遗传学开关。

研究人员发现，酵母细胞中含有转录因子mot3的prion形式MOT3+，而且这种prion会引起需要FLO11表达的多细胞生长模式。他们随后在多种环境压力下测试酵母细胞，发现一定浓度的乙醇环境（类似天然发酵过程），会大大增加MOT3+的形成。他们还发现，当细胞改变代谢方式，通过呼吸作用消耗周围的氧时，这种prion就会转变为mot3-，而酵母恢复到单细胞状态。研究结果说明，prion形式的蛋白驱动了酵母的多细胞性，帮助酵母在乙醇环境下生存。

“我们发现，连续的环境改变，启动了可遗传的表观遗传学元件，然后又将其关闭，” Halfmann说。“在这一过程中，prion使酵母转为多细胞生长模式，以帮助自身生存。”研究人员打算在其他生物中，进一步寻找类似机制。

文章的作者之一Alex Lancaster认为，这项研究也为解析疾病基础机制提供了新途径。例如，癌症中就包括蛋白错误折叠、表观遗传学改变、代谢异常等等。“有些肿瘤是由一群不均一的细胞组成的，其中的肿瘤细胞在环境中演化，以确保自身生存。而酵母系统将帮助我们进一步理解，表观遗传学在肿瘤中的作用，以及它对细胞间相互作用甚至药物治疗效果的影响，”Alex Lancaster说。

 

生物通编辑：叶予

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