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Protéine-misfolding accélère l'évolution de levure

Sous la tension, les cellules de levure peuvent lâcher un mécanisme remarquable basé sur protéine-misfolding cela leur donne des caractéristiques neuves sans exiger des mutations génétiques.

Les chercheurs dans le laboratoire de Susan Lindquist de membre de bouton blanc maintenant ont prouvé que ce mécanisme est déclenché beaucoup plus souvent pendant que les cellules subissent la tension, proposant qu'il soit réglé pour jouer exact ce rôle dans l'évolution.

Le mécanisme est basé sur une protéine de prion-un misfolded dans une configuration exceptionnelle qui peut changer son fonctionnement dans une cellule.

« Quand les choses sont formidables, seulement une dans million de secousses de cellules de levure dans la condition de prion, » observe Susan Lindquist. « Mais sous la tension, l'organisme ne met pas à jour sa protéine aussi bien, ainsi il est plus susceptible qu'il renversera dans cette condition. On charge plus, plus qu'il est pour changer en cette condition. »

En levure, le prion [PSI+] est une version misfolded de la protéine Sup35, qui joue une fonction clé dans la façon dont les cellules traduisent leurs molécules d'ARN messager en protéines. Des études plus tôt ont prouvé que [PSI+] change comment des extrémités de traduction d'ARN messager, de ce fait découvrant des variations génétiques cachées en produisant les protéines modifiées qui changent la cellule.

La plupart des phénotypes donnants droit (variantes de l'organisme) n'exercent aucun effet sur la survie de cellules ou rendent des choses plus mauvaises. « Mais environ un quart du temps, les phénotypes sont bons, » dit Lindquist, qui est également un chercheur de Howard Hughes Medical Institute et un professeur de biologie chez Massachusetts Institute of Technology. « Parfois la levure peut se développer sur des sources d'énergie qu'elle ne pourrait pas se développer en circuit avant, ou des antibiotiques de tenue elle ne pourrait pas supporter. »

Mais était-ce juste une coïncidence, comme quelques biologistes ont mis à jour, que les cellules de levure ont mis à jour ce mécanisme pour des centaines de millions d'années ? Ou a-t-il évolué réellement comme voie pour que la levure évolue-t-elle plus rapidement ?

Puisque la modification qu'il induit porte préjudice généralement qu'avantageux, si ce mécanisme est réellement censé pour accélérer l'évolution, ce devrait devenir des conditions de dessous plus courantes qui sont stressantes pour les cellule-environnements qui ne sont pas adaptés au phénotype actuel des cellules. C'est-à-dire, Lindquist dit, dans les situations où il vaut de prendre des risques.

Pour évaluer cette hypothèse, les scientifiques ont examiné la première fois ce que les gènes pourraient aider à induire la condition de prion, labourant par le génome entier des saccharomyces cerevisiae, la levure du boulanger courant que les biologistes ont étudiée intensivement depuis de nombreuses années. Jens Tyedmers, un auteur important sur le papier publié dans la biologie de PLoS le 25 novembre, vérifié 4700 tensions de levure que chacune a manqué d'un des gènes dans le génome de levure, et alors vérifié la capacité de chaque tension de produire le prion.

Parmi les tensions les plus couronnées de succès à produire des prions, « nous avons trouvé beaucoup de gènes qui sont fondamentalement impliqués en réglant la réaction d'une cellule à la tension, » enregistre Tyedmers, ancien un postdoc dans le laboratoire de Lindquist et maintenant un chef de projet de recherches au centre pour la biologie moléculaire à Heidelberg, Allemagne.

Avec cet encouragement, Maria Lucia Madariaga, un autre auteur important sur le papier, a continué pour faire des tests de tension sur la levure.

« Nous avons voulu employer quelques conditions que vous trouveriez en nature, » note Madariaga, ancien un étudiant de troisième cycle dans le laboratoire de Lindquist et maintenant un candidat de DM à la Faculté de Médecine de Harvard. La « levure traînant dans un vignoble sont sujettes à la chaleur, au sel et à autre des tensions. »

Après avoir produit ces environnements durs dans des boîtes de Pétri, Les chercheurs ont vu que quand les cellules de levure n'ont pas élevé correctement davantage, elles ont commencé à former le prion plus souvent. « Une partie de production de prion accrue ces par tensions jusqu'60 au fois, un effet inopinément grand, » dit Madariaga.

« Quand les choses sont formidables, seulement une dans million de secousses de cellules de levure dans la condition de prion, » observe Lindquist. « Mais sous la tension, l'organisme ne met pas à jour sa protéine aussi bien, ainsi il est plus susceptible qu'il renversera dans cette condition. On charge plus, plus qu'il est pour changer en cette condition. »

Cela qui trouve aide à effectuer au cas des aides de ce ce mécanisme dans l'évolution de accélération. « Il est toujours difficile de prouver n'importe quel argument au sujet de la façon dont un mécanisme a évolué, mais ceci offre une histoire logique logique, » il dit.

La fonctionnalité assimilée de prion apparaît dans d'autres substances de levure qui ont évolué sur une gamme 800 million an, Lindquist ajoute. « Il est très difficile de comprendre comment cet organisme aurait permis cela à moins que le mécanisme ait réellement atteint un objectif utile parfois. »

Tandis que les phénotypes neufs de prion-condition peuvent transmettre leurs modifications à leurs descendants, ils sont également tout à fait pour détruire leurs prions. Mais si les phénotypes sont assez couronnés de succès, la pression sélectrice sur l'organisme peut indiquer les variations génétiques fondamentales qui leur ont donné leurs talents en premier lieu.

Le plus connu comme agents infectieux dans la maladie de la vache folle, prions peuvent également jouer des rôles positifs dans la biologie, les scientifiques mettent l'accent sur. « Un prion ne porte pas préjudice forcément ; en levure ce peut être une voie différente pour qu'une cellule code l'information, » dit Tyedmers.