Один из растительных белков по своему молекулярному поведению похож на прионы животных и грибов.

Прионные заболевания – такие, как коровье бешенство или болезнь Крейцфельда-Якоба – возникают не по вине вирусов или бактерий, а из-за присутствия в клетках особых белков, называемых прионами.

Структура белковой фибриллы, которая образуется в клетках при прионовых болезнях. (Фото Niko Grigorieff / Visuals Unlimited / Corbis.)

Прионовые фибриллы – нитевидные отложения, сформированные слипшимися друг с другом молекулами белка. (Фото AJC ajcann.wordpress.com / https://www.flickr.com/photos/ajc1/8619244128.)

Мы знаем, что любой белок – это уникальная последовательность аминокислот: у пищеварительного фермента пепсина она одна, у глобина в кровяных клетках – другая, у иммунного рецептора, сидящего на мембране лимфоцита, – третья и т. д. Но белок не плавает по клетке в форме такой аминокислотной нитки, он сворачивается, приобретая уникальную и более-менее компактную пространственную конформацию. Сворачивание зависит от взаимодействий аминокислот между собой, и только в таком трёхмерном упакованном виде белок начинает работать, так как надо: расщеплять какие-то вещества, узнавать другие молекулы и пр.

В подавляющем большинстве случаев каждому виду белка присуща своя уникальная пространственная конформация. Но прионы могут сворачиваться разными способами, причём одна из форм становится инфекционной: если она столкнётся с молекулой, которая находится в нормальной конформации, то она переделает её под себя – нормальная молекула белка станет такой же, как инфекционная.

Особенно неприятно то, что такая новая пространственная укладка заставляет прионы слипаться вместе, формируя отложения в виде характерных белковых нитей-фибрилл, которые вредят клетке и в конечном счёте убивают её. (Здесь необходимо отметить, что нормальная форма прионного белка клетке никак не вредит и выполняет в ней какие-то полезные функции.)

Похожим образом ведут себя белки, ответственные за болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона – взаимодействуя друг с другом, они тоже образуют патогенные белковые комплексы, однако между ними и «истинными» прионами есть определённые отличия, о которых мы сейчас говорить не будем.

До сих пор считалось, что прионные белки есть только у животных и грибов, и проявляют они себя у них только в нервной системе. Потому столь необычными выглядят результаты группы Сьюзен Линдквист (Susan Lindquist) из Института биомедицинских исследований Уайтхеда – в своей статье в PNAS авторы пишут, что один из растительных белков ведёт себя как настоящий прион.

Исследователи прочесали около 500 белковых последовательностей резуховидки Таля, или арабидопсиса (Arabidopsis thaliana), ища среди них те, которые были бы похожи на прионы. В «улове» оказался белок Luminidependens (LD), правда, на прион был похож не весь LD, а только один его домен (так называют часть белка, которая структурно обособлена от остальной молекулы и часто обладает собственными функциями), впрочем, так же выглядят и дрожжевые прионы, у которых не вся молекула, а лишь часть её обладает «заразительными» свойствами.

Прионные свойства LD проверяли не в самом арабидопсисе, а в дрожжах. Его фрагмент, внедрённый в дрожжевые клетки, вёл себя, как настоящий прион: как только какая-то молекула приобретала инфекционную форму, так сразу же вокруг неё начинали формироваться белковые агрегаты, в которые вовлекались её соседи, перенявшие от неё «липучую» пространственную укладку.

Исследователи подчёркивают, что отсюда вовсе не следует, что и в растениях происходит то же самое – однако это весьма вероятно. И здесь стоит сказать, чем по-настоящему любопытны полученные результаты. В 2012 году Линдквист и её коллеги опубликовали в Nature статью, в которой говорили о полезной функции дрожжевых прионов: они помогали клеткам выживать в закисленной среде, в присутствии антигрибковых препаратов и при повышенном содержании этанола.

Один из прионных белков дрожжей в норме служит рибосомным «тормозом», прекращая синтез белка на определённом этапе, однако, когда молекулы «тормоза» начинают слипаться друг с другом, своей функции они выполнять уже не могут, и потому рибосома синтезирует удлинённые белки с каким-то новыми свойствам, которые, вероятно, помогают пережить стресс.

С другой стороны, эксперименты с дрозофилами показали, что у них такие белки помогают поддерживать долговременную память: белковые кластеры, образующиеся при слипании молекул прионов, служат укреплению межнейронных контактов – синапсов, а это значит, что нервные импульсы смогут беспрепятственно проходить по нейронной цепочке и информация, которая в ней хранится, не потеряется. (В данном случае прионы опять выступают в роли регуляторов белкового синтеза, подробнее про их роль в упрочении синаптических связей можно узнать из статей в Cell и PLoS ONE.)

Подобные исследования наводят на естественное предположение, что у всех прионов есть какие-то полезные функции – даже в том случае, когда они неправильно сворачиваются и слипаются. Возможно, прионное слипание и так происходит в клетках, просто здоровая клетка умеет держать процесс под контролем, а вот болезнь начинается, когда белковые комплексы формируются бесконтрольно и безостановочно.

Растительный белок LD может стать дополнительным аргументом в пользу такой теории: он участвует в регуляции суточного цикла растений и контролирует время цветения; по мнению авторов исследования, он благодаря своим прионным свойствам мог бы работать, к примеру, чем-то вроде предохранителя, не допуская появления цветков, пока ещё слишком холодно.

Однако подобные рассуждения всё-таки нужно обосновать экспериментально; пока же, напомним, прионные свойства самого LD получилось увидеть, только пересадив его в дрожжи. Но не исключено, что чем больше новых прионов мы обнаружим, тем больше будут меняться наши представления о них.

По материалам NatureNews.