Прионные и неприонные амилоиды дрожжей Saccharomyces cerevisiae тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 03.00.03, кандидат биологических наук Вишневская, Александра Борисовна

• Вишневская, Александра Борисовна
• кандидат биологических наук
• 0

Оглавление диссертации кандидат биологических наук Вишневская, Александра Борисовна

ВВЕДЕНИЕ.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1. Прионы млекопитающих.

1.1. История открытия прионного белка PrPSc.

1.2. Доказательства прионных свойств белка PrPSc.

1.3. Свойства белка РгРс и его прионной изоформы PrPSc.

1.4. Молекулярные механизмы прионного перехода.

1.5. Существование межвидового барьера. Штаммы прионов.

2. Амилоиды и амилоидозы.

2.1. Амилоидозы человека.

2.2. Структура амилоидных фибрилл.

2.3. Любой ли белок может стать амилоидом?.

2.4. Чем обусловлено различие в инфекционности прионов и амилоидов?.

3. Прионы низших эукариот.

3.1. Цитоплазматический детерминант [HET-s] гриба Podospora anserina.

3.2. Нехромосомный детерминант [URE3] дрожжей Sciccharomyces cerevisiae.

3.3. Детерминант [PSf"\\ генетические проявления и молекулярная основа.

3.3.1. Доказательства прионных свойств Sup35. Изучение прионного перехода белка Sup35 in vitro.

3.3.2. Структура и функции белка Sup35.

3.3.3. Прионный домен Sup35: роль аминокислотного состава и олигопептидных повторов в определении прионных свойств.

3.3.4. Двухуровневая структура прионных агрегатов Sup35.

3.4. Нехромосомный детерминант [PIN*] дрожжей Sciccharomyces cerevisiae.

3.5. Роль шаперона Hspl04 в поддержании [РЯ/1-].

3.6. Варианты [PSf].

3.7. Феномен мультикопийной супрессии.

4. Исследование болезни Хантингтона в дрожжевой системе.

4.1. Факторы, влияющие на агрегацию полиглутаминовых белков.

4.1.1. Зависимость агрегации от экспрессии и количества остатков глутамина.

4.1.2. Взаимодействие шаперонов с полиглутаминовыми белками.

4.1.3. Способность прионных и амилоидных белков инициировать полимеризацию гетерологичных белков.

5. Биологическое значение и распространенность в природе прионов и амилоидов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прионные и неприонные амилоиды дрожжей Saccharomyces cerevisiae»

Более 20 болезней человека связаны с аномалиями в формировании пространственной структуры белков, что приводит к образованию амилоидов, представляющих собой агрегаты фибриллярной структуры, состоящие из растворимых в норме клеточных белков. Такие заболевания называют амилоидными или амилоидозами. Из амилоидозов наиболее известны болезни Альцгеймера и Паркинсона, весьма распространенные среди пожилого населения развитых стран. Значительное количество данных указывает на то, что к амилоидозам относятся и прионные заболевания. В отличие от прочих амилоидозов, прионные заболевания инфекционны. Уникальность прионов состоит в том, что их инфекционность связана не с ДНК или РНК, а с белком. К прионным заболеваниям относят болезнь Крейцфельда-Якоба, синдром Герстманна-Штраусслера-Шейнкера, куру, а также фатальную семейную бессонницу человека, скрейпи у овец и коз, бычью губчатую энцефалопатию (коровье бешенство), и другие энцефалопатии, встречающиеся у кошек, оленей и других животных. Все эти прионные болезни связаны с единственным белком, называемым РгР.

Помимо животных и человека, белки с прионными свойствами были обнаружены у дрожжей Басскаютусез сегеу1з1ае. У дрожжей «инфекционность» этих прионных белков проявляется как не-Менделевское наследование соответствующих фенотипов. Прионное состояние белка 8ир35 дрожжей (фактор терминации трансляции еИРЗ) приводит к трансляционной супрессии нонсенс-кодонов. Этот фенотип, называемый [Р51/], стабильно наследуется и передается всем потомкам при скрещивании или цитодукции (обмен клеток цитоплазмой). [Р5/] может спонтанно возникать с низкой частотой и может теряться при росте на определенных средах,

Можно полагать, что феномен прионов и амилоидов гораздо шире распространен в природе, чем это известно на сегодняшний день, и может быть использован в биологически значимых механизмах. Наличие белков с прионными свойствами показано не только для дрожжей б1, сегеушае, но и для ЗсЫгозасскаготусез ротЬе, а также гриба РойоБрога атеппа, а также предположительно для улитки Ар1уя1а саИ/огтса. Для трансляционного регулятора СРЕВ, который играет ключевую роль в механизмах, связанных с долговременной памятью, были показаны прионоподобные свойства в дрожжах. Более того, у млекопитающих найдены амилоидные белки, выполняющие в норме важные физиологические функции. Так, было показано, что амилоидные полимеры белка Рте117 являются матрицей для полимеризации предшественника меланина. Предшественник меланина токсичен, в то время как его полимеры защищают клетки от различных вредный воздействий, в частности, ультрафиолета и оксислительного стресса. Множество белков, структурно сходных с уже известными прионными белками у дрожжей, было выявлено у различных организмов при поиске в банках генов. Это может говорить о том, что белки, способные формировать амилоидную структуру, широко распространены и могут играть важную роль в регуляции физиологических процессов в клетке.

Вопросы о том, чем отличаются прионы и амилоиды, и действительно ли они имеют принципиально сходную основу, достаточно значимы для данной темы. Это важно и для понимания особенностей прионных и амилоидных заболеваний, и для понимания свойств полезных механизмов связанных с амилоидами, и для выявления новых таких механизмов.

Представленная здесь работа началась с наблюдения полимеров белка Бир35, по свойствам более близких к неинфекционным прионам, чем к амилоидам. Это показало принципиальное сходство прионов и амилоидов и дало удобную модель для изучения их отличий. В работу также вошел систематический анализ зависимости прионных и амилоидных свойств от первичной последовательности белка, выполненный на искусственных белках, содержащих полиглутаминовые фрагменты.

ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Заключение диссертации по теме «Молекулярная биология», Вишневская, Александра Борисовна

выводы

Сверхпродукция Sup35 в присутствии прионной формы белка Rnql (детерминант [PIN*']) приводит к полимеризации Sup35 с образованием амилоидов в большинстве клеток. В отличие от приоиных полимеров [PSf], такие полимеры Sup35 относятся к классу неприонных амилоидов, поскольку поддерживаются в клетках не благодаря наследованию, а за счет постоянного возникновения de novo. Получено свидетельство того, что прионные полимеры Rnql служат матрицей для инициации полимеризации Sup35.

2.Феномен трансляционной супрессии при сверхпродукции Sup35 в [PINh] клетках связан с образованием неприонных амилоидных полимеров белка Sup35 и уменьшением количества его мономерной формы.

3.Белки Sup35, содержащие вместо приониого домена протяженные участки остатков глутамина (белки polyQ) и глутамина с тирозином (4:1, белки polyQY) с высокой частотой образуют амилоидные полимеры в клетках дрожжей. Полимеры белков с последовательностями 70 (Q70) и 85 (Q85) глутаминовых остатков обладают свойствами дрожжевых прионов. Белки с более короткими полиглутаминовыми участками (Q51, Q56 и Q66), образуют только ненаследуемые амилоидные полимеры.

4.Фрагментация полимеров белков polyQ и polyQY зависит от присутствия шаперона Hspl04. Полимеры, образованные белком QY76, могут поддерживаться и в отсутствие ITspl04, что свидетельствует о наличии в клетках дрожжей полимер-фрагментирующей активности, независимой от Hspl04. Полученные результаты позволяют определить прионы дрожжей как амилоиды, подверженные фрагментации.

5.Полимеры белков ро1у0 и ро1уОУ способны инициировать образование неприонных амилоидных полимеров глутамин-богатых белков дрожжей 11гк]1, Бир35 иРиЫ.

Заключение

До настоящей работы был слабо изучен вопрос о том, чем же именно отличаются неинфекционные и инфекционные амилоиды (прионы). В данной работе впервые было показано, что белки дрожжей сегеу1з1ае 8ир35 и могут образовывать как прионные, так и ненаследуемые полимеры, сходные с амилоидами млекопитающих. Это является весомым аргументом в пользу того, что прионы и амилоиды принципиально сходны. По этому важному вопросу до последнего времени в научном сообществе не было единого мнения. Мы охарактеризовали свойства ненаследуемых амилоидов, отличающие их от прионов. Это плохая фрагментация шаперонами и высокая частота возникновения, из чего вытекают их прочие свойства: большой размер, отсутствие наследования и зависимость поддержания от наличия других прионов в клетке. Такие же отличия проявляют прионы и амилоиды млекопитающих. Например, отсутствие наблюдаемых амилоидов во многих случаях приониых заболеваний было использовано как обоснование принципиального различия прионов и амилоидов. Однако наша работа позволяет полагать, что именно таковы и должны быть свойства инфекционного амилоида: вследствие эффективной фрагментации прионные частицы малы и могут не образовывать бляшек.

Важный вывод работы касается способности различных амилоидов помогать возникновению друг друга. Такое предположение было сделано до нашей работы, и оно важно для понимания механизмов возникновения амилоидозов. Прежде оно базировалось на наблюдениях появления прионов [Р571] и [Р/АЛ], которое происходит с весьма низкой частотой. В нашей работе мы наблюдали, что неприонные амилоиды возникают на несколько порядков чаще, чем прионные. Это значит, что взаимная инициация амилоидами появления друг друга гораздо более значима, чем можно было считать ранее, и возникновение амилоидоза нельзя предсказывать, рассматривая лишь один конкретный амилоидогенный белок.

Мы также смоделировали появление прионов и амилоидов на искусственных белках, содержащих полиглутаминовые фрагменты. Эта часть работы имела также отношение к медицине, поскольку удлиненные полиглутаминовые фрагменты в некоторых белках приводят к их полимеризации и амилоидозам, например, болезни Хантингтона. При этом было обнаружено, что образование ненаследуемых амилоидов требует некоторой минимальной длины полиглутаминового фрагмента, а при его увеличении полимеры приобретают прионные свойства. Согласно этому, у человека полиглутамины с длиной более 70 могли бы вести себя как "внутриклеточные" прионы, то есть отличаться принципиально более быстрой полимеризацией. Кроме того, фрагментация и наследуемость сильно улучшались при добавлении в полиглутаминовые фрагменты остатков тирозина, которые, по нашему предположению, должны улучшать распознавание и фрагментацию шаперонами. Наконец, мы обнаружили эффективную кополимеризацию полиглутаминовых белков с другими глутамин-богатыми белками. Это значит, что одним из механизмов проявления болезни может быть исчезновение некоторых глутамин-богатых белков из фракции функциональных мономеров.

Таким образом, главные выводы данной работы состоят в том, что неприонные амилоиды отличаются от прионных низкой эффективностью фрагментации и повышенной частотой возникновения; а также в том, что взаимодействие амилоидогенных белков в ходе их полимеризации должно играть важнейшую роль в возникновении и проявлениях амилоидозов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат биологических наук Вишневская, Александра Борисовна, 0 год

1. Aigle M. and Lacroute F. (1975). Genetical aspects of URE3., a non-mitochondrial, cytoplasmically inherited mutation in yeast. Mol. Gen. Genet., 136: 327-335.

2. Alper T., Cramp W.A.,.Haig D.A, and Clarke M.C. (1967). Does the agent of scrapie replicate without nucleic acid? Nature, 214: 764-766.

3. Alper, T., Haig D.A., and Clarke M.C. (1966). The exceptionally small size of the scrapie agent. Biochem.Biophys. Res. Commun, 22:278-284.

4. Bagriantsev S, Liebman SW. (2004). Specificity of prion assembly in vivo. PS1+. and [PIN+] form separate structures in yeast. J Biol Chem, 279(49):51042-8.

5. Baker HF, Ridley RM, Duchen LW, Crow TJ, Bruton CJ (1994). Induction of |3(A4)-amyloid in primates by injection of Alzheimer's disease brain homogenate. Mol Neurobiol, 8:25-39.

6. Bates GP, Harper PS, Jones AL. (2002). Huntington's Disease. Oxford, UK: Oxford University Press

7. Bence N.F., Sampat R.M., Kopito R.R. (2001) Impairment of the ubiquitin-proteasome system by protein aggregation. Science, 292: 1552-1555.

8. Bessen, R. A., and Marsh, R. F. (1994). Distinct PrP properties suggest the molecular basis of the strain variation in transmissible milk encephalopathy. J. Virol, 68:7859 7868.

9. Bessen, R.A, Kosicko, D.A., Raymond, G.J., Nan dan, S., Lansbury P.T., and Caughey, B. (1995). Non-genetic propagation of strain-specific properties of scrapie prion protein Nature, 375:698-700.

10. Bessen, R.A., and Marsh, R.F. (1992b). Identification of two bilologically distinct strains of transmissible mink encephalopathy in hamsters J. Gen. Virol, 73:329-334.

11. Brachmann A., Baxa U. and Wickner R.B. (2005). Prion generation in vitro: amyloid of Ure2p is infectious. EMBOJ., 24: 3082-3092.

12. Bradford, M.M. (1976). A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal. Biochem., 72: 248254.

13. Bradley M.E., Edskes H.K., Hong J.Y., Wickner R.B. and Liebman S.W. (2002). Interactions among prions and prion "strains" in yeast. Proc. Natl Acad. Sci. U. S. A, 99: 16392-16399.

14. Brown, D.R., Wong, B.S., Hafiz, F„ Clive, C., Haswell, S.J., and Jones, I.M. (1999). Normal prion protein has an activity like that of superoxide dismutase. Biochem. J., 344 Pt 1:1-5.

15. Brown, J.C. and Lindquist, S.L. (2005). Characterization of the prion-like phenotype for glucosamine resistance in Saccharomyces cerevisiae. In abstracts of "Prion Biology" Joint Cold Spring Harbor Laboratory / Wellcome Trust Conference,

16. Bueler H., M. Fischer, Y. Lang, H. Bluethmann, H.P. Lipp, S.J. DeArmond, S.B. Prusiner, M. Aguet, and C.Weissmann (1992). Normal development and behavior of mice lacking the neuronal cell-surface Pip protein. Nature, 356:577-582.

17. Bukau B, Horwich AL. The Hsp70 and Hsp60 chaperone machines. (1998). Celt, 92(3): 351-66.

18. Carlson, G.A., D.T.ICingsbury, P.A. Goodman, S. Coleman, S.T. Marshall, S. deArmond, D. Westaway, and S.B. Prusiner (1986). Linkage of prion protein and scrapie incubation time genes. Cell, 46:503-511.

19. Caughey, B., Kocisko, D. A., Raymond, G. J., and Lansbury, P. T., Jr. (1995). Aggregates of scrapie-associated prion protein induce the cell-free conversion of protease-sensitive prion protein to the protease-resistant state. J Chem. Biol., 2: 807 817.

20. Chapman, M.R., L.S. Robinson, J.S. Pinkner, R. Roth, J. Heuser, M. Hammar, S. Normark, and S.J. Hultgren. (2002). Role of Escherichia coli curli operons in directing amyloid fiber formation. Science. 295:851-855.

21. Chernoff Y.O., Derkach I.L. and Inge-Vechtomov S.G. (1993). Multicopy SUP35 gene induces de-novo appearance of psi-like factors in the yeast Saccharomyces cerevisiae. Curr. Genet., 24: 268-270.

22. Chernoff Y.O., Lindquist S.L., Ono B., Inge-Vechtomov S.G. and Liebman S.W. (1995). Role of the chaperone protein Hspl04 in propagation of the yeast prion-like factor piz+. Science, 268:880-884.

23. Chernoff YO, Lindquist SL, Ono B, Inge-Vechtomov SG, Liebman SW. (1995). Role of the chaperone protein Hspl04 in propagation of the yeast prion-like factor psi+. Science, 268(5212):880-4.

24. Chernoff, Y. O., Inge-Vechtomov, S. G, Derkatch, I. L., Ptyushkina, M.V., Tarunina, O.V., Dagkesamanskaya A.R., and Ter-Avanesyan, M.D. (1992). Dosage-Dependent Translational Supression in yeast Saccharomyces cerevisiae. Yeast, 8: 489-499.

25. Chernoff, YO. (2004). Amyloidogenic domains, prions and structural inheritance: rudiments of early life or recent acquisition? Curr Opin Chem Biol. 8(6): 665-71.

26. Chiti, F., Stefani, M., Taddei, N. Ramponi, G. and Dobson, C.M. (2003). Rationalization of the effects of mutations on peptide and protein aggregation rates. Nature, 424: 805-808.

27. Clarke A.R., Jackson G.S. and Collinge J. (2001). The molecular biology of prion propagation. Philos. Trans. R. Soc. Lond B Biol. ScL, 356: 185-195.

28. Cohen, F. E., Pan, K. M., Huang, Z., Baldwin, M., Flettericlc, R. J., and Prusiner, S. B.1994). Structural clues to prion replication. Science, 264: 530 531.

29. Collin,P., Beauregard,P.B., Elagoz,A. and Rolceach,L.A. (2004). A non-chromosomal factor allows viability of Schizosaccharomyces pombe lacking the essential chaperone calnexin. J. Cell ScL, 117: 907-918.

30. Collinge J., Palmer M.S., Sidle K.C., Gowland I., Medori R., Ironside J. and Lantos P.1995) Transmission of fatal familial insomnia to laboratory animals. Lancet, 346: 569-570.

31. Coughlan C.M., Brodsky J.L. (2005). Use of yeast as a model system to investigate protein conformational diseases. Molecular Biotechnology!, 30(2): 171-80.

32. Coustou V., Deleu C., Saupe S. and Begueret J. (1997). The protein product of the het-s heterokaryon incompatibility gene of the fungus Podospora anserina behaves as a prion analog. Proc. Natl. Acad. ScL U. S. A, 94:9773-9778.

33. Coustou-Linares V., Maddelein M.L., Begueret J. and Saupe S.J. (2001). In vivo aggregation of the HET-s prion protein of the fungus Podospora anserina. Mol. Microbiol., 42:1325-1335.

34. Cox B. (1965). PSI, a cytoplasmic suppressor of super-suppressor in yeast. Heredity, 20: 505-521.

35. Cox B.S., Tuite M.F. and McLaughlin C.S. (1988). The psi factor of yeast: a problem in inheritance. Yeast, 4: 159-178.

36. Creutzfeld, H.G. Uber eine eigenartige herdformige Erkrankung des Zentralnervensysteins. (1920). Neurol. Psychiatry, 57:1-18.

37. Dagkesamanskaia AR, Kushnirov VV, Paushkin SV, Ter-Avanesian MD. (1997) Fusion of glutathione S-transferase with the N-terminus of yeast Sup35p protein inhibits its prion-like properties. Genetika, 33(5):610-5.

38. DePace, A.H. and Weissman, J.S. (2002). Origins and kinetic consequences of diversity in Sup35 yeast prion fibers. Nat. Struct. Biol, 9: 389-396.

39. Derkatcb I.L., Bradley M.E., Hong J.Y. and Liebman S.W. (2001). Prions affect the appearance of otherprions: the story of PIN(+). Cell, 106: 171-182.

40. Derkatch I.L., Bradley M.E., Masse S.V., Zadorsky S.P., Polozkov G.V., Inge-Vechtomov S.G. and Liebman S.W. (2000. Dependence and independence of PS1(+). and [PIN(+)]: a two-prion system in yeast? EMBO J., 19: 1942-1952.

41. Derkatch I.L., BradleyM.E., Zhou P., Chemoff Y.O. and Liebman S.W. (1997.) Genetic and environmental factors affecting the de novo appearance of the PSf. prion in Saccharomyces cerevisiae. Genetics, 147:507-519.

42. Derkatch I.L., Chernoff Y.O., Kushnirov V.V., Inge-Vechtomov S.G. and Liebman S.W. (1996). Genesis and variability of />£/. prion factors in Saccharomyces cerevisiae. Genetics, 144: 1375-1386.

43. Dickinson, A.G., Meikle V.M.H. and Fraser H. (1968). Identification of a gene which controls the incubation period of some strains of scrapie in mice. J.Comp.Pathol, 78: 293299.

44. Dobson C.M. Protein folding and misfolding. (2003). Nature, 18: 884-890

45. Dobson, C.M. (2001). The structural basis of protein folding and its links with human disease. Philos. Trans. R. Soc. Lo/ul B Biol. Sci., 356:133-145.

46. Dobson,C.M. (1999). Protein misfolding, evolution and disease. Trends Biochem. Sci., 24: 329-332.

47. Dobson,C.M. (2001). The structural basis of protein folding and its links with human disease. Philos. Trans. R. Soc. Lond B Biol. Sci., 356: 133-145.

48. Dos Reis, S., Coulary-SaIin,B., Forge,V., Lascu,L, Begueret,J. and Saupe,S.J. (2002). The HET-s prion protein of the filamentous fungus Podospora anserina aggregates in vitro into amyloid-like fibrils. J. Biol. Chem., 277: 5703-5706.

49. Eaglestone S.S., Ruddock L.W., Cox B.S. and Tuite M.F, (2000). Guanidine hydrochloride blocks a critical step in the propagation of the prion-like determinant PSI(+). of Saccharomyces cerevisiae. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A, 97: 240-244.

50. Eaglestone,S.S., Cox,B.S. and Tuite,M.F. (1999). Translation termination efficiency can be regulated in Saccharomyces cerevisiae by environmental stress through a prion-mediated mechanism. EMBOJ., 18:1974-1981.

51. Elghetany, M.T. and Saleem, A. (1988). Methods for staining amyloid in tissues: a review. Stain Technol, 63, 201-212.

52. Fandrich, M. and C. M. Dobson. (2002). The behaviour of polyamino acids reveals an inverse side chain effect in amyloid structure formation. EmboJ, 21(21): 5682-90.

53. Ferreira P.C., Ness F., Edwards S.R., Cox B.S. and Tuite M.F. (2001). The elimination of the yeast PSf. prion by guanidine hydrochloride is the result of Hspl04 inactivation. Mol. Microbiol., 40: 1357-1369.

54. Furlong RA, Narain Y, Rankin J, Wyttenbach A, Rubinsztein DC. (2000). Alpha-synuclein overexpression promotes aggregation of mutant huntingtin. Biochem J. , 346 Pt 3:577-81.

55. Gabriel, J.M., Oesch,B., Kretzschmar,H., Scott,M. and Prusiner.S.B. (1992). Molecular cloning of a candidate chicken prion protein. Proc. Natl. Acad. Sei. U. S. A, 89, 9097-9101.

56. Gajdusek, D. C., Gibbs, C. J., Jr., and Alpers, M. (1966). Experimentae transmission of a kuru-like syndrome to chimpanzees. Nature, 209: 794 796.

57. Ganusova EE, Ozolins LN, Bhagat S, Newnam GP, Wegrzyn RD, Sherman MY, Chernoff YO. (2006). Modulation of prion formation, aggregation, and toxicity by the actin cytoskeleton in yeast Mol Cell Biol. 26(2):617-29.

58. Gerstmaim, J. Uber ein noch nicht beschriebenes Reglexphanomen bei einer Erkrankung des zerebellum systems. (1928). Wien Med. Wochenschr., 78:906-908.

59. Gerstmann, J., E. Straussler, and I. Scheinker Uber eine eigenartige hereditary-familiare erlaankung des zerebellum systems. (1936) Neurology, 154:736-762.

60. Gietz,R.D. and Sugino,A. (1988) New ye&st-Escherichia coli shuttle vectors constructed with in vitro mutagenized yeast genes lacking six-base pair restriction sites. Gene, 74: 527534.

61. Gietz,R.D., Schiestl,R.H., Willems,A.R., and Woods,R.A. (1995). Studies on the transformation of intact yeast cells by the LiAc/SS- DNA/PEG procedure. Yeast, 11: 355360.

62. Gillcs N, Kedersha N, Ayodele M, Shen L, Stoecklin G, Dember LM, Anderson P. (2004). Stress granule assembly is mediated by prion-like aggregation of TIA-1 Mol Biol Cell, 15(12):5383-98.

63. Giorgini F, Guidetti P, Nguyen Q, Bennett SC, Muchowski PJ. (2005).A genomic screen in yeast implicates kynurenine 3-monooxygenase as a therapeutic target for Huntington disease. Nat Genet. 37(5): 526-31.

64. Glover J.R. and Lindquist S. (1998). Hspl04, Hsp70, and Hsp40: a novel cbaperone system that rescues previously aggregated proteins. Cell, 94: 73-82.

65. Glover J.R., Kowal A.S., Schirmer E.C., Patino M.M., Liu J.J. and Lindquist S. (1997). Self-seeded fibers formed by Sup35, the protein determinant of PSI*., a heritable prion-like factor of S. cerevisiae. Cell, 89:811-819.

66. Glover JR, Lindquist S. (1998). Hspl04, Hsp70, and Hsp40: a novel chaperone system that rescues previously aggregated proteins. Cell, 94(1): 73-82.

67. Griffith J. S. (1967). Self-replication and scrapie. Nature, 215: 1043 1044.

68. Guijarro J.I., Sunde M., Jones J. A.,. Campbell I. D, and Dobson C. M. (1998). Amyloid fibril formation by an SH3 domain Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A, 95 (8): 42244228.

69. Hadlow W.J. (1959). Scrapie and kuru. Lancet; ii: 289-290.

70. Harjes P., Wanker E.E. (2003). The hunt for huntingtin function: interaction partners tell many different stories. Trends Biochem. Sci. 28: 425-433.

71. Hawthorne, D.C., and R.K. Mortimer. (1968). Genetic mapping og nonsense supressors in yeast. Genetics, 60: 735-742.

72. Hetz,C., Maundrell,K., and Soto,C. (2003). Is loss of function of the prion protein the cause of prion disorders? Trends Mol. Med., 9: 237-243.

73. Hughes RE, Lo RS, Davis C, Strand AD, Neal CL, Olson JM, and Fields S (2001)Altered transcription in yeast expressing expanded polyglutamine. PNAS, 98(23): 13201-13206.

74. Inoue,H., Nojima,H., and OIcayama,H. (1990). High efficiency transformation of Escherichia coli with plasmids. Gene, 96:23-28.

75. Jarrett, J. T., and Lansbury, P. T. (1993). Seeding "one-dimensional-crystallization" of amyloid: a pathogenic mechanism in Alzheimer's disease and scrapie? Cell. 73:1055 -1058.

76. Johan K, Westennarlc G, Engstrom U, Gustavsson O, Hultman P, and Westennarlc P. (1998). Acceleration of amyloid protein A amyloidosis by amyloid-like synthetic fibrils. Proc Natl Acacl Sci USA, 95(5): 2558-2563.

77. Jones GW, Tuite MF. (2005). Chaperoning prions: the cellular machinery for propagating an infectious protein? Bioessays. 27(8): 823-32.

78. Kajava, A.V., Baxa, U., Wickner, R.B. and Steven,A.C. (2004). A model for Ure2p prion filaments and other amyloids: the parallel superpleated beta-structure. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A, 101: 7885-7890.

79. Kascsak RJ, Rubenstein R, Carp RI. (1991). Evidence for biological and structural diversity among scrapie strains. Cnrr Top Microbiol Immunol, 172:139-52.

80. Kedersha, N., and Anderson, P. (2002). Stress granules: sites of mRNA triage that regulate mRNA stability and translatability. Biochem. Soc. Trans. 30: 963-969.

81. Kimura Y, Koitabashi S, Kakizuka A, Fujita T. (2001). Initial process of polyglutamine aggregate formation in vivo. Genes Cells. Oct; 6(10): 887-97.

82. Kimura Y, Koitabashi S, Kakizuka A, Fujita T. (2004)The role of pre-existing aggregates in Hspl04-dependent polyglutamine aggregate formation and epigenetic change of yeast prions. Genes Cells. 9(8):685-96.

83. King C.Y. and Diaz-Avalos R. (2004). Protein-only transmission of three yeast prion strains. Nature, 428: 319-323.

84. King CY, Tittmann P, Gross H, Gebert R, Aebi M, and Wiithrich K.(1997) Prion-inducing domain 2-114 of yeast Sup35 protein transforms in vitro into amyloid-like filaments. PNAS, 94:

85. Kisilevsky R, Lemieux L, Boudreau L, Yang DS, Fraser P. (1999). New clothes for amyloid enhancing factor (AEF): silk as AEF. Amyloid. 6(2):98-106.

86. Klein MA, Frigg R, Flechsig E, Raeber AJ, Kalinke U, Bluethmann H, Bootz F, Suter M, Zinkernagel RM, Aguzzi A. (1997). A crucial role for B cells in neuroinvasive scrapie. Nature. 390(6661): 687-90.

87. Kochneva-Pervukhova N.V., Chechenova M.B., Valouev I.A., Kushnirov V.V., Smimov V.N. and Ter-Avanesyan M.D. (2001). Psi(+). prion generation in yeast: characterization of the 'strain' difference. Yeast, 18: 489-497.

88. Krishnan, R. and Lindquist,S.L. (2005). Structural insights into a yeast prion illuminate nucleation and strain diversity. Nature, 435: 765-772.

89. Krobitsch S, Lindquist S. (2000). Aggregation of huntingtin in yeast varies with the length of the polyglutamine expansion and the expression of chaperone proteins. Proc Natl AcadSci USA. Feb 15; 97(4): 1589-94.

90. Kryndushlcin D.S., Alexandrov I.M., Ter-Avanesyan M.D. and ICushnirov V.V. (2003) Yeast PSf. prion aggregates are formed by small Sup35 polymers fragmented by Hspl04. J. Biol. Chem., 278: 49636-49643.

91. ICushnirov V.V. and Ter-Avanesyan M.D. (1998) Structure and replication of yeast prions. Cell, 94: 13-16.

92. ICushnirov,V. V., Kryndushlcin,D.S., Boguta,M., Smirnov.V.N. and Ter-Avanesyan,M.D. (2000). Chaperones that cure yeast artificial PS/4. and their prion-specific effects. Curr. Biol., 10:1443-1446.

93. Lacroute F. (1971). Non-Mendelian mutation allowing ureidosuccinic acid uptake in yeast. J. Bacteriol., 106: 519-522.

94. Laemmli,U.IC. (1970). Cleavage of structural proteins during the assembly of the head of bacteriophage T4. Nature, 227: 680-685.

95. Landles C, Bates GP. (2004). Huntingtin and the molecular pathogenesis of Huntington's disease. Fourth in molecular medicine review series. EMBO Rep, 5(10):95863.

96. Legname,G., Baslcakov,I.V., Nguyen,H.O., Riesner,D., Cohen,F.E., DeArmond,S J. and Prusiner,S.B. (2004). Synthetic mammalian prions. Science., 305, 673-676.

97. Leroy E., Boyer R., Auburger G. (1998). The ubiquitin pathway in Parkinson's disease. Nature. 395: 451-452.

98. Li S.H., and Li X.J. (2004). Huntingtin-protein interactions and the pathogenesis of Huntington's disease. Treincls Genet, 20: 146-154

99. Lindquist S. (1997). Mad cows meet psi-chotic yeast: the expansion of the prion hypothesis. Cell, 89: 495-498.

100. Litvinovich S.V., Brew S.A., Aota S., Akiyama S.K., Haudenschild C., and Ingham K.C. (1998); Formation of amyloid-like fibrils by self-association of a partially unfolded fibronectin type III module. JMol Biol, 280: 245-258.

101. Lund P.M. and Cox B.S. (1981). Reversion analysis of psf. mutations in Saccharomyces cerevisiae. Genet. Res., 37:173-182.

102. Lundmark K, Gunilla T. Westermark, Sofia Nystrom, Charles L. Murphy, Alan Solomon, and Per Westermark (2002). Transmissibility of systemic amyloidosis by a prion-like mechanism. PNAS, 99(10): 6979-6984.

103. Maddelein M.L., Dos Reis S., Duvezin-Caubet S., Coulary-Salin B. and Saupe S.J. (2002). Amyloid aggregates of the HET-s prion protein are infectious. Proc. Natl. Acacl. Sci. U. S. A, 99: 7402-7407.

104. Mager W.H., Winderickx J. (2005). Yeast as a model for medical and medicinal research. Trends in Pharmacological Science. 26(5): 265-73.

105. Marks, M.S., and M.C. Seabra. 2001. The melanosome: membrane dynamics in black and white. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2:738-748.

106. Meriin AB, Zhang X, Miliaras NB, Kazantsev A, Chemoff YO, McCaffery JM, Wendland B, Sherman MY. (2003). Aggregation of expanded polyglutamine domain in yeast leads to defects in endocytosis. Mol Cell Biol. Nov; 23(21): 7554-65.

107. Meriin, A. B., X. Zhang, X. He, G. P. Newnam, Y. O. Chemoff, and M. Y. Sherman. (2002). Huntington toxicity in yeast model depends on polyglu-tamine aggregation mediated by a prion-like protein Rnql. J. Cell Biol. 157:997-1004.

108. Michael D. Ter-Avanesyan (2006) Methods 39(l):50-5.

109. Michelitsch, M.D., Weissman, J.S., (2000). A census of glutamine/asparagine-rich regions: implications for their conserved function and the prediction of novel prions. Proc Natl Acad Sci USA; 97(22): 11910-11915.

110. Miller JH (1972). Experiments in molecular genetics. Colcl Spring Harbor Press, Cold Spring Harbor, NY, 352-354.

111. Moriyama H., Edskes H.K. and Wickner R.B. (2000). URE3. prion propagation in Saccharomyces cerevisicie: requirement for chaperone Hspl04 and curing by overexpressed chaperone Ydj lp. Mol. Cell Biol, 20: 8916-8922.

112. Muchowski PJ, Schaffar G, Sittler A, Wanker EE, Hayer-Hartl MK, Hartl FU. (2000). Hsp70 and hsp40 chaperones can inhibit self-assembly of polyglutamine proteins into amyloid-like fibrils. Proc Natl Acad Sci USA. 97(14): 7841-6.

113. Nakayashiki T, Ebihara K, Bannai H, Nakamura Y. (2001). Yeast PSI+. "prions" that are crosstransmissible and susceptible beyond a species barrier through a quasi-prion state. Mol Cell 7(6):1121-30

114. Ness F, Ferreira P, Cox BS, Tuite MF. (2002). Guanidine hydrochloride inhibits the generation of prion "seeds" but not prion protein aggregation in yeast. Mol Cell Biol, 22(15):5593-605.

115. Nollen E.A., Garcia S.M., van Haaften G., Kim S., Chavez A., Morimoto RI, Plasterk R.H. (2004). Genome-wide RNA interference screen identifies previously undescribed regulators of polyglutamine aggregation. Proc Natl Acad Sci USA, 101: 64036408

116. Oesch, B„ Westway, D., Walchli, M., McICinley, M. P., Kent, S. B. H„ Aebersold, R., Barry, R. A., Tempst, P., Teplow, D. B. Hood, L. E., Prusiner, S. B., and Weistmann, C. (1985). A cellular gene encodes scrapie PrP 27 30. Cell, 40: 735 - 746.

117. Osherovich L.Z., Cox B.S., Tuite M.F. and Weissman J.S. (2004). Dissection and design of yeast prions. PLoS. Biol., 2(4): e86.

118. Osherovich, L. Z., Weissman, J. S., (2001). Multiple Gln/Asn-Rich prion domains confer susceptibility to induction of the yeast PSI+. prion. Cell, 106(2): 183-194.

119. Owen, F., M. Poulter, R. Lofthouse, J.Collinge, T.J. Crow, D.Risby, H.F. Baker, R.M. Ridley, K. Hsiao, and S.B. Prusiner (1989). Insertion in prion protein gene in familial Creutzfeldt-Jakob disease. Lancet; i:51-52.

120. Parham S.N., Resende C.G. and Tuite M.F. (2001). Oligopeptide repeats in the yeast protein Sup35p stabilize intermolecular prion interactions. EMBO J., 20: 2111-2119.

121. Parsell DA, Kowal AS, Singer MA, Lindquist S. (1994). Protein disaggregation mediated by heat-shock protein Hspl04. Nature, 372(6505): 475-8.

122. Patino M.M., Liu J.J., Glover J.R. and Lindquist S. (1996). Support for the prion hypothesis for inheritance of a phenotypic trait in yeast. Science, 273: 622-626.

123. Pattison, I.H. (1965). Resistance of the scrapie agent to formalin. J. Comp.Pathol, 75:159-164.

124. Paushkin S.V., Kushnirov V.V., Smimov V.N. and Ter-Avanesyan M.D. (1996). Propagation of the yeast prion-like psi+. determinant is mediated by oligomerization of the SUP35-encoded polypeptide chain release factor. EMBO J., 15:3127-3134.

125. Paushkin S.V., Kushnirov V.V., Smimov V.N. and Ter-Avanesyan M.D. (1997b). In vitro propagation of the prion-like state ofyeastSup35 protein. Science, 277: 381-383.

126. Perutz, M.F., Finch, J.T., Berriman, J. and Lesk, A. (2002a). Amyloid fibers are water-filled nanotubes. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A, 99: 5591-5595.

127. Prions in Saccharomyces and Podospora spp.: protein-based inheritance. Microbiol Mol Biol Rev, 63(4):844-61.

128. Prusiner, S. B., Scott, M. R., DeArmond, S. J., and Cohen, F. E. (1998). Prion protein biology. Cell, 93: 337 348.

129. Prusiner, S.B., Bolton,D.C., Groth,D.F., Bowman,IC.A., Cochran,S.P., and McKinley,M.P. (1982). Further purification and characterization of scrapie prions. Biochemistry, 21: 6942-6950.

130. Prusiner,S.B, McKinley,M.P., Bowman,K.A., Bolton,D.C, Bendheim,P.E., Groth,D.F., and Glenner,G.G. (1983). Scrapie prions aggregate to form amyloid-like birefringent rods. Cell, 35: 349-358.

131. Prusiner, S.B. (1991). Molecular Biology of Prion Disiases. Science, 252: 15151522.

132. Raposo, G., and M.S. Marks. (2002). The dark side of lysosome-related organelles: specialization of the endocytic pathway for melanosome biogenesis. Traffic. 3:237-248.

133. Rivera-Mi 11a,E., Stuermer,C.A. and Malaga-Trillo,E. (2003) An evolutionary basis for scrapie disease: identification of a fish prion mRNA. Trends Genet., 19, 72-75.

134. Ross ED, Edskes HK, Terry MJ, Wickner RB. (2005). Primary sequence independence for prion formation. Proc Natl Acad Sci USA. 102(36):12825-30.

135. Sakahira H, Breuer P., Hayer-Hartil M.K., Hartl F.U. (2002). Molecular chaperones as modulators of polyglutamine protein aggregation and toxicity Proc. Natl Acacl Sci USA, 99 (Suppl 4): 16412-16418.

136. Sambrook,J., Fritsch,E.E., and Maniatis,T. (1989a). Molecular Cloning: A Laboratory Manual. 2nd eel. Cold Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor Press.

137. Sanger,F., Nicklen,S., and Coulson,A.R. (1977). DNA sequencing with chain-terminating inhibitors. Proc. Natl. Acacl. Sci. U. S. A, 74: 5463-5467.

138. Santoso, A., Chien, P., Osherovich, L.Z., and Weissman, J.S. (2000). Molecular basis of a yeast prion species barrier. Cell, 100: 277-288.

139. Satyal SH, Schmidt E, Kitagawa K, Sondheimer N, Lindquist S, Kramer J M., and Morimoto RI. (2000) Polyglutamine aggregates alter protein folding homeostasis in Caenorhabditis elegans. PNAS 97 (11): 5750-5755.

140. Saupe S.J. (2000). Molecular genetics of heterokaryon incompatibility in filamentous ascomycetes. Microbiol. Mol. Biol. Rev., 64: 489-502.

141. Schwimmer C. and Masison D.C. (2002). Antagonistic interactions between yeast PSI(+). and [URE3] prions and curing of [URE3] by Hsp70 protein chaperone Ssalp but not by Ssa2p. Mol. Cell Biol., 22:3590-3598.

142. Seikoe, D.J. (2003). Folding proteins in fatal ways. Nature, 426: 900-904.

143. Sherman,F., Fink,G.R., and Hicks,J.B. (1986). Methods in Yeast Genetics. Colcl Spring Harbor Laboratory, Cold Spring Harbor Press.

144. Shorter, J., and Lindquist, S. (2006). Destruction or potentiation of different prions catalyzed by similar Hspl04 remodeling activities. Mol. Cell 23(3): 425-38.

145. Si,K., Lindquist,S., and Kandel,E.R. (2003b). A neuronal isoform of the Aplysia CPEB has prion-like properties. Cell, 115: 879-891.

146. Simons K. and Ehehalt R. (2002). Cholesterol, lipid rafts, and disease. J. Clin. Invest, 110:597-603.

147. Sondheimer N. and Lindquist S. (2000.) Rnql: an epigenetic modifier of protein function in yeast. Mol. Cell, 5: 163-172.

148. Stansfield,!, Akhmaloka, and Tuite,M.F. (1995a). A mutant allele of the SUP45 (SAL4) gene of Saccharomyces cerevisiae shows temperature-dependent allosuppressor and omnipotent suppressor phenotypes. Curr. Genet., 27: 417-426.

149. Sunde, M. and Blake, C. (1997). The structure of amyloid fibrils by electron microscopy and X-ray diffraction. Adv. Protein Chem, 50, 123-159.

150. Tanaka M., Chien P., Naber N„ Cooke R. and Weissman J.S. (2004). Conformational variations in an infectious protein determine prion strain differences. Nature, 428: 323-328.

151. Ter-Avanesyan M, Derkatch I, Baskakov I, Kushnirov V. (2005). Unraveling prion structures and biological functions. Genome Biol. 6(13):366.

152. Ter-Avanesyan M.D., Dagkesamanskaya A.R., Kushnirov V.V. and Smirnov V.N. (1994). The SUP35 omnipotent suppressor gene is involved in the maintenance of the non

153. Mendelian determinant psi+. in the yeast Saccharomyces cerevisiae. Genetics, 137: 671676.

154. Towbin,H., Staehelin,T., and Gordon,.!. (1979). Electrophoretic transfer of proteins from polyacrylamide gels to nitrocellulose sheets: procedure and some applications. Proc. Natl Acad. Sci. U. S. A, 76: 4350-4354.

155. True,H.L. and Lindquist,S.L. (2000). A yeast prion provides a mechanism for genetic variation and phenotypic diversity. Nature, 407: 477-483.

156. Tuite M.F., Mundy C.R. and Cox B.S. (1981). Agents that cause a high frequency of genetic change from psi+. to [psf ] in Saccharomyces cerevisiae. Genetics, 98: 691-711.

157. Uptain,S.M., SawicIci,G.J., Caughey,B. and Lindquist,S. (2001). Strains of PSI(+). are distinguished by their efficiencies of prion-mediated conformational conversion. EMBO J., 20: 6236-6245.

158. Valouev LA., Kushnirov V.V. and Ter-Avanesyan M.D. (2002). Yeast polypeptide chain release factors eRFl and eRF3 are involved in cytoskeleton organization and cell cycle regulation. Cell Motil. Cytoskeleton, 52: 161-173.

159. Vitaly V. Kushnirov, Ilya M. Alexandrov, Olga V. Mitkevich, Irina S. Shlcundina and

160. Wickner R.B. (1994). URE3. as an altered URE2 protein: evidence for a prion analog in Saccharomyces cerevisiae. Science, 264:566-569.

161. Wickner RB, Taylor ICL, Edskes HK, Maddelein ML, Moriyama H, Roberts BT. (1999). Prions in Saccharomyces and Podospora spp.: Protein-Based Inheritance. Microbiol Mol Biol Rev, 63(4): 844-861.

162. Willingham S, Outeiro TF, DeVit MJ, Lindquist SL, Muchowski PJ. (2003). Yeast genes that enhance the toxicity of a mutant huntingtin fragment or alpha-synuclein. Science, 302: 1769-1772.

163. Xing Y, Nakamura A, Chiba T, Kogishi K, Matsushita T, Li F, Guo Z, Hosokawa M, Mori M, Higuchi K. (2001). Lab Invest., 81(4): 493-9.

164. Zhang CC, Steele AD, Lindquist S, Lodish HF. (2006). Prion protein is expressed on long-term repopulating hematopoietic stem cells and is important for their self-renewal. Proc Natl Acad Sci USA, 103(7):2184-9.

165. Zhou P., Derkatch I.L., Uptain S.M., Patino M.M., Lindquist S. and Liebman S.W. (1999). The yeast non-Mendelian factor ETA+. is a variant of [PSf], a prion-like form of release factor eRF3.EMBOJ., 18: 1182-1191.

166. Zigas, V., and D.C. Gajdusek (1957). Kuru: clinical study of a new syndrome resembling paralysis agitans in natives of the Eastern highlands of Australian New Guinea. Mecl.J. Aust, 2:745-754.

167. Инге-Вечтомов С.Г. и Адрианова В.М. (1970). Рецессивные супер-супрессоры у дрожжей. Генетика, 11, 103-115.

168. Остерман JI.A. (1983). Исследование биологических макромолекул электрофокусированием, иммуноэлектрофорезом и радиоизотопными методами. Москва, издательство «Наука».

169. Тер-Аванесян М.Д., Паушкин С.В., Кушниров В.В., Кочнева-Первухова Н.В. (1998). Молекулярные механизмы "белковой" наследственности: прионы дрожжей. Молекулярная биология, 32(1):3б-46.

170. Чернов О.Ю., Деркач И.Л., Дагкесаманская А.Р., Тихомирова B.JL, Тер-Аванесян М.Д. (1988). Нонсенс-супрессия при амплификации гена, кодирующего белковый фактор трансляции. Доклады Академии Наук СССР, раздел «Генетика»; 301(5).1. БЛАГОДАРНОСТИ

171. Я очень признательна М.О.Агафонову, О.В. Митькевич, В.Н. Уракову, Г.В. Фоминову, Н.В.Кочневой-Первуховой, И.А. Валуеву, И.С. Шкундиной за полезные методические советы, обсуждение результатов работы и дружеское участие.

172. Я хочу отдельно поблагодарить моего мужа и Илью Александрова за помощь в подготовке рукописи диссертации и автореферата, а также В.Н. Уракова за антитела к белку РиЫ.1. СОВМЕСТНАЯ РАБОТА

173. Результаты, представленные в разделе «Влияние шаперона НэрКМ на полимеризацию полиглутаминовых белков», получены совместно с Александровым И.М.