بريون فطري

في عام 1965، وصف برايان كوكس، عالم الوراثة الذي كان يعمل على خميرة Saccharomyces cerevisiae ، سمة وراثية (أطلق عليها اسم [PSI+]) ذات نمط وراثي غير مألوف . وقد تم اكتشاف [PSI+] مبدئيًا في سلالة تعاني من نقص في الأدينين نتيجة طفرة غير منطقية. ^{[ 6 ]} وعلى الرغم من سنوات عديدة من الجهود، لم يتمكن كوكس من تحديد طفرة تقليدية مسؤولة عن سمة [PSI+]. في عام 1994، افترض عالم الوراثة المتخصص في الخميرة، ريد ويكنر، بشكل صحيح أن [PSI+]، بالإضافة إلى سمة وراثية غامضة أخرى، [URE3]، ناتجة عن أشكال بريونية من البروتينات الخلوية الطبيعية ، Sup35p و Ure2p ، على التوالي. ^{[ 7 ]} غالبًا ما توضع أسماء بريونات الخميرة بين قوسين للإشارة إلى أنها لا تتبع قوانين مندل في انتقالها إلى الخلايا الوليدة، تمامًا مثل البلازميد والحمض النووي للميتوكوندريا.

أظهرت دراسات لاحقة أن [PSI+] ناتج عن شكل مطوي بشكل خاطئ ذاتي الانتشار لبروتين Sup35p (بروتين يتكون من 201 حمض أميني)، وهو عامل مهم لإنهاء عملية الترجمة أثناء تخليق البروتين . ^{[ 8 ]} في خلايا الخميرة [PSI+]، يشكل بروتين Sup35 تجمعات خيطية تُعرف بالأميلويد . يتميز شكل الأميلويد بقدرته على الانتشار الذاتي، ويمثل حالة البريون. ومن المثير للدهشة وجود حالات بريونية متميزة لبروتين Sup35 بخصائص مختلفة، وهذه الاختلافات ذاتية الانتشار. ^{[ 9 ]} يمكن لبريونات أخرى أيضًا أن تُشكل متغيرات (أو سلالات) مختلفة. ^{[ 10 ]} يُعتقد أن كبح الطفرات غير المنطقية في خلايا [PSI+] يعود إلى انخفاض كمية بروتين Sup35 الوظيفي، لأن جزءًا كبيرًا من البروتين يكون في حالة الأميلويد. يتجمع بروتين Sup35 في شكل أميلويد عبر نطاق بريوني في الطرف الأميني. يعتمد هذا التركيب على تكديس نطاقات البريون في شكل صفائح بيتا متطابقة ومتوازية. ^{[ 11 ]}

كان من أهم نتائج تشيرنوف، بالتعاون بين مختبري ليبمان وليندكويست، أن بروتينًا مرافقًا ضروري للحفاظ على حالة [PSI+]. ^{[ 12 ]} ولأن الوظيفة الوحيدة للبروتينات المرافقة هي مساعدة البروتينات على الطي بشكل صحيح، فقد دعمت هذه النتيجة بقوة فرضية ويكنر القائلة بأن [PSI+] حالة بروتينية وراثية (أي بريون). وبالمثل، قدمت هذه النتيجة أيضًا دليلًا على الفرضية العامة القائلة بأن البريونات، بما في ذلك بريون PrP الثديي المقترح أصلاً ، هي أشكال بروتينية وراثية. وبسبب عمل البروتينات المرافقة، وخاصة Hsp104، يمكن للبروتينات التي تشفر [PSI+] و[URE3] أن تتحول من أشكال غير بريونية إلى أشكال بريونية. لهذا السبب، تُعد بريونات الخميرة نماذج جيدة لدراسة عوامل مثل البروتينات المرافقة التي تؤثر على تكتل البروتينات. ^{[ 10 ]} كذلك، يُعدّ IPOD الموقع الخلوي الفرعي الذي تُحجز فيه البروتينات المولدة للأميلويد في الخميرة، حيث قد تخضع البريونات مثل [PSI+] لعملية النضج. ^{[ 13 ]} وبالتالي، تُستخدم البريونات أيضًا كركائز لفهم المعالجة داخل الخلوية لتجمعات البروتين مثل الأميلويد.

تُحدد المختبرات عادةً سلالات [PSI+] عن طريق نمو سلالة عاجزة عن تصنيع الأدينين في وسط غذائي خالٍ منه، على غرار ما استخدمه كوكس وزملاؤه. لا تستطيع هذه السلالات تصنيع الأدينين بسبب طفرة غير منطقية في أحد الإنزيمات المشاركة في مسار التخليق الحيوي. عند زراعة السلالة في وسط مستخلص الخميرة/الدكستروز/الببتون (YPD)، يؤدي انسداد المسار إلى تراكم مركب وسيط أحمر اللون، يُطرح من الخلية نظرًا لسميته. لذا، يُعد اللون طريقة بديلة لتحديد سلالات [PSI+]، حيث تكون هذه السلالات بيضاء أو وردية اللون، بينما تكون سلالات [psi-] حمراء. وثمة طريقة ثالثة لتحديد سلالات [PSI+] وهي وجود بروتين Sup35 في الجزء المترسب من مستخلص الخلية.

عند تعرضها لظروف معاكسة معينة، في بعض الخلفيات الجينية، تتفوق الخلايا [PSI+] على نظيراتها الخالية من البريون؛ ^{[ 14 ]} تشير هذه النتيجة إلى أن القدرة على اتخاذ شكل بريون [PSI+] قد تنتج عن انتقاء تطوري إيجابي . ^{[ 15 ]} وقد تم التكهن بأن القدرة على التحول بين الأشكال المصابة بالبريون وغير المصابة به تعمل كمكثف تطوري لتمكين الخميرة من التكيف بسرعة وبشكل عكسي في البيئات المتغيرة. ومع ذلك، يؤكد ريد ويكنر أن [URE3] و[PSI+] أمراض، ^{[ 16 ]} على الرغم من أن هذا الادعاء قد تم الطعن فيه باستخدام نماذج علم الوراثة السكانية النظرية . ^{[ 17 ]}

صاغ ليبمان وزملاؤه مصطلح [PIN+] اختصارًا لـ Psi-INducibility، لوصف شرط جيني لتكوين بريون [PSI+]. ^{[ 18 ]} وقد أظهروا أن [PIN+] ضروري لتحفيز معظم متغيرات بريون [PSI+]. لاحقًا، حددوا [PIN+] على أنه شكل البريون لبروتين RNQ1. ^{[ 19 ] [ 20 ] [ 21 ]} يُستخدم الاسم الأكثر دقة [RNQ+] أحيانًا، لأن عوامل أو بريونات أخرى قد تمتلك أيضًا نمطًا ظاهريًا محفزًا لـ Psi.

لم تُحدد وظيفة Rnq1 غير البريونية بشكل قاطع. ورغم أن أسباب ذلك غير مفهومة جيدًا، يُقترح أن تجمعات [PIN+] قد تعمل كـ"بذور" لبلمرة [PSI+] وبريونات أخرى. ^{[ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]} أساس بريون [PIN+] هو شكل نشواني من Rnq1 مُرتب في صفائح بيتا متوازية متطابقة، مثل الشكل النشواني لـ Sup35. ^{[ 25 ]} نظرًا لتشابه البنية النشوانية، قد يُسهل بريون [PIN+] تكوين [PSI+] من خلال آلية القالب.

تم ابتكار نسختين معدلتين من بروتين Sup35 قادرتين على تحفيز إنتاج PSI+ في غياب [PIN+] عند فرط التعبير عنهما. تم ابتكار إحدى النسختين عن طريق هضم الجين باستخدام إنزيم التقييد Bal2، مما ينتج عنه بروتين يتكون فقط من جزئي M وN من Sup35. ^{[ 26 ]} أما النسخة الأخرى فهي عبارة عن اندماج Sup35NM مع HPR، وهو بروتين مستقبل غشائي بشري.