За исследование прионоподобных свойств дрожжевых белков взялись две лаборатории: группа американских ученых во главе с профессором Сьюзен Линдквист и лаборатория М. Д. Тер-Аванесяна. Позже к ним присоединились и другие. У американцев было лучшее оборудование, кроме того, они использовали в своей работе материалы, полученные нашими учеными. Но в данном случае сыграло роль то, что у наших генетиков были большие наработки по этой теме.
Статья М. Д. Тер-Аванесяна и его сотрудников появилась в июле 1996 года в журнале Европейской организации молекулярной биологии (ЕМВО Journal). В ней было показано, что белок Sup35 может образовывать агрегаты, подобные тем, которые создают прионы в «аномальной» форме. Уже в следующем месяце аналогичные результаты, полученные лабораторией Линдквист, были опубликованы в журнале «Science». Теперь нужно было доказать, что информация о пространственной форме передается напрямую от белка к белку.
И вот в 1997 году группа Тер-Аванесяна нашла такое доказательство. Опыт был поставлен в среде без ДНК. К Sup35 добавляли некоторое количество белка, находящегося в «аномальной» пространственной форме. Через некоторое время весь белок оказывался в «аномальной» конформации. Этот белок снова добавляли к «нормальному», и он опять переводил его в «аномальную» форму. Так повторялось много раз, пока доля исходного «аномального» белка не оказалась совершенно ничтожной, так что стало ясно: «аномальный» белок, образованный из «нормального», способен передавать свою пространственную форму другому, «нормальному», белку. Итак, был открыт новый механизм передачи наследственной информации — белковая наследственность.
Sup35. ИСТОРИЯ ИЗУЧЕНИЯ
Как ни странно, белок Sup35, на котором была открыта белковая наследственность, был для генетиков чем-то вроде «белого пятна» в науке. Ученые ничего не могли сказать о его функциях: зачем он нужен в организме? Но, вероятно, это был как раз тот случай, когда, как говорят, «идея носилась в воздухе». И вот, в то время как генетики занимались Sup35 с точки зрения его прионоподобных свойств, молекулярные биологи неожиданно пришли к разгадке его функций.
Когда девять лет назад началась эта история, никто из исследователей не мог предположить, что их работа приведет именно к выявлению функций белка Sup35. В то время Лев Львович Киселев и его коллеги из Института молекулярной биологии Российской академии наук занимались биосинтезом белков. В 1990 году известный американский ученый Т. Каски опубликовал статью, в которой описал белок, участвующий, по его мнению, в окончании процесса синтеза сложного вещества, состоящего из нескольких аминокислот, — полипептидной цепи. Однако этот белок был практически тождествен тому, структуру которого расшифровали наши ученые, но который, согласно нашим данным, участвовал не в окончании, а в начале указанного процесса. Не есть ли это противоречие здравому смыслу: два очень похожих белка не могут выполнять совершенно разные функции. Напрашивался вывод: Каски ошибся, его белок не заканчивал синтез, а участвовал в его начале. В 1993 году Л. Л. Киселев и его коллеги опровергают работу Каски, и уже в следующем году сам Каски подтверждает, что его выводы были ошибочны.
Какой же белок в таком случае завершает синтез? Теперь его поисками занялись уже российские ученые. И вот в 1994 году (как раз в то время, когда Рид Викнер выдвинул гипотезу о прионоподобных свойствах Sup35) наши исследователи опубликовали в журнале «Nature» структуру такого белка. Его назвали eRF1. Этот белок оказался весьма консервативным по структуре: у человека, лягушки и дрожжей его аминокислотная последовательность очень похожа (дрожжевой белок имеет свое имя — Sup45). Как только это выяснилось, стало очевидно, что другой дрожжевой белок, о котором уже шла речь, — Sup35 (дрожжевой прион) тоже может быть вовлечен в завершение синтеза полипептидной цепи. Действительно, годом позже (в 1995 году) группы Киселева и Инге-Вечтомова совместно с группой М. Филиппа из Реннского университета (Франция) открыли новую группу белков, получивших название eRF3. Среди них был и белок Sup35. Стало ясно, что Sup35 — один из двух белков, определяющих окончание белкового синтеза у клеточных организмов. Чуть позже группа Киселева доказала, что белки eRF3/Sup35 обладают ферментативной активностью: расщепляют одно из ключевых соединений клетки — гуазинтрифосфат (ГТФ). Открытие ферментативной активности дрожжевого приона Sup35 имеет большое значение, так как позволяет использовать биохимические методы для анализа прионных превращений, что ранее было невозможно.
БЕЛКОВАЯ НАСЛЕДСТВЕННОСТЬ: ЗНАЧЕНИЕ ОТКРЫТИЯ
Итак, на примере дрожжевого белка открыт новый принцип наследственной передачи признаков. «Белковая наследственность» — так назвали ученые свойство прионоподобных белков передавать информацию о своей пространственной форме без участия ДНК. Насколько широко распространено это явление? Прионоподобные белки уже обнаружены у некоторых грибов, возможно, в скором времени они будут найдены и у других организмов. Исследования на эту тему ведутся сейчас очень интенсивно. Пока даже сами ученые остерегаются делать прогнозы.
