Un prión fúngico es un prión que infecta a huéspedes que son hongos . Los priones fúngicos son proteínas naturales que pueden cambiar entre múltiples conformaciones estructuralmente distintas, al menos una de las cuales se autopropaga y es transmisible a otros priones. Esta transmisión del estado de la proteína representa un fenómeno epigenético donde la información se codifica en la estructura de la proteína en sí, en lugar de en los ácidos nucleicos. Se han identificado varias proteínas formadoras de priones en hongos, principalmente en la levadura Saccharomyces cerevisiae . Estos priones fúngicos generalmente se consideran benignos y, en algunos casos, incluso confieren una ventaja de selección al organismo. [1]
Los priones fúngicos han proporcionado un modelo para la comprensión de los priones de mamíferos que producen enfermedades . El estudio de los priones fúngicos ha llevado a una caracterización de las características de la secuencia y los mecanismos que permiten que los dominios priónicos cambien entre estados funcionales y formadores de amiloide.
Los priones están formados por dominios priónicos portátiles y transmisibles que a menudo están enriquecidos con residuos de asparagina, glutamina, tirosina y glicina. Cuando una proteína reportera se fusiona con un dominio priónico, forma una proteína quimérica que demuestra el cambio conformacional característico de los priones. Mientras tanto, la eliminación de este dominio priónico impide la prionogénesis. Esto sugiere que estos dominios priónicos son, de hecho, portátiles y son el único iniciador de la prionogénesis. Esto apoya la hipótesis de la proteína únicamente. [ cita requerida ]
Un estudio reciente de los dominios priónicos candidatos en S. cerevisiae encontró varias características específicas de la secuencia que eran comunes a las proteínas que mostraban propiedades de agregación y autoformación de plantillas. Por ejemplo, las proteínas que se agregaban tenían dominios priónicos candidatos que estaban más enriquecidos en asparagina, mientras que los dominios no agregantes estaban más enriquecidos en glutamina y péptidos cargados. También hubo evidencia de que el espaciamiento de los péptidos cargados que previenen la formación de amiloide, como la prolina, es importante en la prionogénesis. Este descubrimiento de la especificidad de la secuencia fue un cambio con respecto a trabajos anteriores que habían sugerido que el único factor determinante en la prionogénesis era la distribución general de los péptidos. [2]
Podospora anserina es un hongo filamentoso. Las colonias genéticamente compatibles de este hongo pueden fusionarse y compartir contenidos celulares como nutrientes y citoplasma . Existe un sistema natural de proteínas protectoras de "incompatibilidad" para evitar el intercambio promiscuo entre colonias no relacionadas. Una de estas proteínas, llamada HET-s, adopta una forma similar a la de un prión para funcionar correctamente. [3] [4] La forma priónica de las HET-s se propaga rápidamente por toda la red celular de una colonia y puede convertir la forma no priónica de la proteína en un estado priónico después de que las colonias compatibles se hayan fusionado. [5] Sin embargo, cuando una colonia incompatible intenta fusionarse con una colonia que contiene priones, el prión hace que las células "invasoras" mueran, lo que garantiza que solo las colonias relacionadas obtengan el beneficio de compartir recursos.
En 1965, Brian Cox, un genetista que trabajaba con la levadura Saccharomyces cerevisiae , describió un rasgo genético (denominado [PSI+]) con un patrón de herencia inusual . El descubrimiento inicial de [PSI+] se realizó en una cepa auxotrófica para la adenina debido a una mutación sin sentido. [6] A pesar de muchos años de esfuerzo, Cox no pudo identificar una mutación convencional que fuera responsable del rasgo [PSI+]. En 1994, el genetista de levadura Reed Wickner planteó correctamente la hipótesis de que [PSI+], así como otro rasgo hereditario misterioso, [URE3], eran resultado de formas priónicas de las proteínas celulares normales , Sup35p y Ure2p , respectivamente. [7] Los nombres de los priones de levadura se colocan con frecuencia entre corchetes para indicar que no son mendelianos en su paso a las células de la progenie, al igual que el ADN plasmídico y mitocondrial. [ cita requerida ]
Investigaciones posteriores descubrieron que [PSI+] es el resultado de una forma mal plegada y autopropagante de Sup35p (una proteína de 201 aminoácidos de longitud), que es un factor importante para la terminación de la traducción durante la síntesis de proteínas . [8] En las células de levadura [PSI+], la proteína Sup35 forma agregados filamentosos conocidos como amiloide . La conformación amiloide se autopropaga y representa el estado priónico. Existen estados priónicos sorprendentemente distintos para la proteína Sup35 con propiedades distintas y estas distinciones se autopropagan. [9] Otros priones también pueden formar variantes (o cepas) distintas. [10] Se cree que la supresión de mutaciones sin sentido en las células [PSI+] se debe a una cantidad reducida de Sup35 funcional porque gran parte de la proteína está en estado amiloide. La proteína Sup35 se ensambla en amiloide a través de un dominio priónico amino-terminal. La estructura se basa en el apilamiento de los dominios priónicos en una conformación de hoja beta en registro y paralela. [11]
Un hallazgo importante de Chernoff, en una colaboración entre los laboratorios Liebman y Lindquist, fue que se requería una proteína chaperona para que [PSI+] se mantuviera. [12] Debido a que la única función de las chaperonas es ayudar a que las proteínas se plieguen correctamente, este hallazgo apoyó firmemente la hipótesis de Wickner de que [PSI+] era un estado proteico hereditario (es decir, un prión). Asimismo, este hallazgo también proporcionó evidencia para la hipótesis general de que los priones, incluido el prión PrP de mamíferos propuesto originalmente , son formas hereditarias de proteína. Debido a la acción de las chaperonas, especialmente Hsp104, las proteínas que codifican para [PSI+] y [URE3] pueden convertirse de formas no priónicas a priónicas. Por esta razón, los priones de levadura son buenos modelos para estudiar factores como las chaperonas que afectan la agregación de proteínas. [10] Además, el IPOD es el sitio subcelular en el que se secuestran las proteínas amiloidogénicas en la levadura, y donde los priones como [PSI+] pueden experimentar la maduración. [13] Así, los priones también sirven como sustratos para comprender el procesamiento intracelular de agregados proteicos como el amiloide. [ cita requerida ]
Los laboratorios suelen identificar [PSI+] mediante el crecimiento de una cepa auxotrófica para la adenina en medios carentes de adenina, similar al utilizado por Cox et al. Estas cepas no pueden sintetizar adenina debido a una mutación sin sentido en una de las enzimas implicadas en la vía biosintética. Cuando la cepa se cultiva en medios de extracto de levadura/dextrosa/peptona (YPD), la vía bloqueada da lugar a la acumulación de un compuesto intermedio de color rojo, que se exporta desde la célula debido a su toxicidad. Por lo tanto, el color es un método alternativo para identificar [PSI+]: las cepas [PSI+] son de color blanco o rosado, y las cepas [psi-] son rojas. Un tercer método para identificar [PSI+] es mediante la presencia de Sup35 en la fracción sedimentada del lisado celular.
Cuando se exponen a ciertas condiciones adversas, en algunos contextos genéticos las células [PSI+] en realidad se comportan mejor que sus hermanas sin priones; [14] este hallazgo sugiere que la capacidad de adoptar una forma priónica [PSI+] puede ser resultado de una selección evolutiva positiva . [15] Se ha especulado que la capacidad de convertirse entre formas infectadas con priones y libres de priones actúa como un condensador evolutivo que permite a la levadura adaptarse de manera rápida y reversible en entornos variables. Sin embargo, Reed Wickner mantiene que [URE3] y [PSI+] son enfermedades, [16] aunque esta afirmación ha sido cuestionada utilizando modelos genéticos poblacionales teóricos . [17]
El término [PIN+] fue acuñado por Liebman y sus colegas de Psi-INducibility, para describir un requisito genético para la formación del prión [PSI+]. [18] Demostraron que [PIN+] era necesario para la inducción de la mayoría de las variantes del prión [PSI+]. Más tarde identificaron [PIN+] como la forma priónica de la proteína RNQ1 [19] [20] [21] El nombre más preciso [RNQ+] se utiliza ahora a veces porque otros factores o priones también pueden tener un fenotipo inductor de Psi. [ cita requerida ]
No se ha caracterizado definitivamente una función no priónica de Rnq1. Aunque las razones para esto son poco entendidas, se sugiere que los agregados [PIN+] pueden actuar como "semillas" para la polimerización de [PSI+] y otros priones. [22] [23] [24] La base del prión [PIN+] es una forma amiloide de Rnq1 dispuesta en láminas beta paralelas en registro, como la forma amiloide de Sup35. [25] Debido a estructuras amiloides similares, el prión [PIN+] puede facilitar la formación de [PSI+] a través de un mecanismo de plantilla. [ cita requerida ]
Se han creado dos versiones modificadas de Sup35 que pueden inducir PSI+ en ausencia de [PIN+] cuando se sobreexpresa. Una versión se creó mediante la digestión del gen con la enzima de restricción Bal2, lo que da como resultado una proteína que consta solo de las porciones M y N de Sup35. [26] La otra es una fusión de Sup35NM con HPR, una proteína receptora de membrana humana. [ cita requerida ]
Los priones actúan como una forma alternativa de herencia fenotípica no mendeliana debido a su capacidad de autogeneración. Esto hace que los priones sean un mecanismo metaestable y dominante para la herencia que se basa únicamente en la conformación de la proteína. Muchas proteínas que contienen dominios priónicos desempeñan un papel en la expresión génica o la unión del ARN, que es como una conformación alternativa puede dar lugar a la variación fenotípica. Por ejemplo, el estado [psi-] de Sup35 en levadura es un factor de terminación de la traducción. Cuando Sup35 sufre un cambio conformacional al estado priónico [PSI+], forma fibrillas amiloides y es secuestrado, lo que conduce a una lectura más frecuente del codón de terminación y al desarrollo de nuevos fenotipos. Con más de 20 dominios similares a priones identificados en levadura, esto da lugar a la oportunidad de una cantidad significativa de variación a partir de un solo proteoma. Se ha postulado que esta mayor variación da una ventaja de selección a una población de levadura genéticamente homogénea. [27]
[*El artículo original que proponía que Mca1 era un prión fue retractado [31] ]
