miniaturadaimagem|A formação do príon PSI+ faz com que células de S. cerevisiae com mutação sem sentido no gene ade1 convertam o pigmento vermelho (colônia abaixo) em um composto incolor, fazendo com que as colônias se tornem brancas (acima)
Um príon fúngico é um príon que infecta hospedeiros que são fungos. Os príons fúngicos são proteínas naturalmente presentes que podem alternar entre múltiplas conformações estruturalmente distintas, sendo que pelo menos uma delas é autopropagável e transmissível a outros príons. Esta transmissão do estado proteico representa um fenômeno epigenético onde a informação é codificada na própria estrutura da proteína, em vez de em ácidos nucleicos. Várias proteínas formadoras de príons foram identificadas em fungos, principalmente na levedura Saccharomyces cerevisiae. Estes príons fúngicos são geralmente considerados benignos e, em alguns casos, até conferem uma vantagem seletiva ao organismo.
Os príons fúngicos forneceram um modelo para a compreensão dos príons mamíferos formadores de doenças. O estudo dos príons fúngicos levou a uma caracterização das características de sequência e mecanismos que permitem que os domínios de príons alternem entre estados funcionais e formadores de amiloide.
Características de sequência Os príons são formados por domínios de príons portáteis e transmissíveis que são frequentemente enriquecidos em resíduos de asparagina, glutamina, tirosina e glicina. Quando uma proteína repórter é fundida com um domínio de príon, forma uma proteína quimérica que demonstra a alternância conformacional característica dos príons. Entretanto, a remoção deste domínio de príon previne a prionogênese. Isto sugere que estes domínios de príons são, de fato, portáteis e são os únicos iniciadores da prionogênese. Isto apoia a hipótese apenas-proteica.
Um estudo recente de domínios de príons candidatos em S. cerevisiae encontrou várias características de sequência específicas que eram comuns a proteínas que mostravam propriedades de agregação e automodelagem. Por exemplo, proteínas que agregavam tinham domínios de príons candidatos mais enriquecidos em asparagina, enquanto domínios não agregadores eram mais enriquecidos em glutamina e peptídeos carregados. Houve também evidências de que o espaçamento de peptídeos carregados que previnem a formação de amiloide, como a prolina, é importante na prionogênese. Esta descoberta de especificidade de sequência foi um afastamento de trabalhos anteriores que sugeriam que o único fator determinante na prionogênese era a distribuição geral de peptídeos.
Príon HET-s de Podospora anserina Podospora anserina é um fungo filamentoso. Colônias geneticamente compatíveis deste fungo podem se fundir e compartilhar conteúdos celulares como nutrientes e citoplasma. Existe um sistema natural de proteínas de "incompatibilidade" para evitar o compartilhamento promíscuo entre colônias não relacionadas. Uma dessas proteínas, chamada HET-s, adota uma forma semelhante a um príon para funcionar adequadamente. A forma priônica de HET-s se espalha rapidamente pela rede celular de uma colônia e pode converter a forma não priônica da proteína em um estado priônico após a fusão de colônias compatíveis. No entanto, quando uma colônia incompatível tenta se fundir com uma colônia contendo príon, o príon faz com que as células "invasoras" morram, garantindo que apenas colônias relacionadas obtenham o benefício do compartilhamento de recursos.
Príons de levedura
[PSI+] e [URE3] Em 1965, Brian Cox, um geneticista que trabalhava com a levedura Saccharomyces cerevisiae, descreveu uma característica genética (denominada [PSI+]) com um padrão incomum de herança. A descoberta inicial do [PSI+] foi feita em uma cepa auxotrófica para adenina devido a uma mutação sem sentido. Apesar de muitos anos de esforço, Cox não conseguiu identificar uma mutaçãoconvencional que fosse responsável pela característica [PSI+]. Em 1994, o geneticista de leveduras Reed Wickner levantou corretamente a hipótese de que [PSI+], bem como outra característica hereditária misteriosa, [URE3], resultavam de formas priônicas das proteínas celulares normais, Sup35p e Ure2p, respectivamente. Os nomes dos príons de levedura são frequentemente colocados entre colchetes para indicar que não são mendelianos em sua passagem para células filhas, assim como o DNA plasmidial e mitocondrial.
Investigações posteriores descobriram que [PSI+] é o resultado de uma forma mal dobrada autopropagável da Sup35p (uma proteína de 201 aminoácidos de comprimento), que é um fator importante para a terminação da tradução durante a síntese de proteínas. Em células de levedura [PSI+], a proteína Sup35 forma agregados filamentosos conhecidos como amiloide. A conformação amiloide é autopropagável e representa o estado priônico. Surpreendentemente, existem estados priônicos distintos para a proteína Sup35 com propriedades distintas, e essas distinções são autopropagáveis. Outros príons também podem formar variantes distintas diferentes (ou cepas). Acredita-se que a supressão de mutações sem sentido em células [PSI+] se deve a uma quantidade reduzida de Sup35 funcional porque grande parte da proteína está no estado amiloide. A proteína Sup35 se monta em amiloide através de um domínio de príon amino-terminal. A estrutura é baseada no empilhamento dos domínios de príons em uma conformação de folha beta paralela e em registro.
Uma descoberta importante de Chernoff, em uma colaboração entre os laboratórios de Liebman e Lindquist, foi que uma chaperona proteica era necessária para que [PSI+] fosse mantido. Como a única função das chaperonas é ajudar as proteínas a se dobrar corretamente, esta descoberta apoiou fortemente a hipótese de Wickner de que [PSI+] era um estado proteico hereditário (ou seja, um príon). Da mesma forma, esta descoberta também forneceu evidências para a hipótese geral de que os príons, incluindo o príon de PrP mamífero originalmente proposto, são formas hereditárias de proteína. Devido à ação de chaperonas, especialmente Hsp104, proteínas que codificam [PSI+] e [URE3] podem converter de formas não priônicas para formas priônicas. Por esta razão, os príons de levedura são bons modelos para estudar fatores como chaperonas que afetam a agregação de proteínas. Além disso, o IPOD é o local subcelular para o qual as proteínas amiloidogênicas são sequestradas em leveduras, e onde os príons como [PSI+] podem sofrer maturação. Assim, os príons também servem como substratos para entender o processamento intracelular de agregados proteicos, como o amiloide.
Os laboratórios comumente identificam [PSI+] pelo crescimento de uma cepa auxotrófica para adenina em meio sem adenina, semelhante ao usado por Cox et al. Essas cepas não podem sintetizar adenina devido a uma mutação sem sentido em uma das enzimas envolvidas na via biossintética. Quando a cepa é cultivada em meio de extrato de levedura/dextrose/peptona (YPD), a via bloqueada resulta no acúmulo de um composto intermediário de cor vermelha, que é exportado da célula devido à sua toxicidade. Portanto, a cor é um método alternativo de identificar [PSI+] — cepas [PSI+] são brancas ou rosadas, e cepas [psi-] são vermelhas. Um terceiro método de identificar [PSI+] é pela presença de Sup35 na fração pelotada do lisado celular.
Quando expostas a certas condições adversas, em alguns contextos genéticos, as células [PSI+] realmente se saem melhor do que suas irmãs livres de príons; esta descoberta sugere que a capacidade de adotar uma forma de príon [PSI+] pode resultar de uma seleção evolutiva positiva. Foi especulado que a capacidade de alternar entre formas infectadas por príons e livres de príons atua como um capacitor evolutivo para permitir que as leveduras se adaptem rápida e reversivelmente em ambientes variáveis. No entanto, Reed Wickner mantém que [URE3] e [PSI+] são doenças, embora esta afirmação tenha sido contestada usando modelos populacionais teóricos.
[PIN+] / [RNQ+] O termo [PIN+] foi cunhado por Liebman e colegas, de Psi-INducibility (indutibilidade de Psi), para descrever um requisito genético para a formação do príon [PSI+]. Eles mostraram que [PIN+] era necessário para a indução da maioria das variantes do príon [PSI+]. Posteriormente, identificaram [PIN+] como a forma priônica da proteína RNQ1. O nome mais preciso [RNQ+] é agora algumas vezes usado porque outros fatores ou príons também podem ter um fenótipode indução de Psi.
Uma função não priônica de Rnq1 não foi caracterizada definitivamente. Embora as razões para isso sejam pouco compreendidas, sugere-se que os agregados [PIN+] podem atuar como "sementes" para a polimerização de [PSI+] e outros príons. A base do príon [PIN+] é uma forma amiloide de Rnq1 organizada em folhas beta paralelas em registro, como a forma amiloide de Sup35. Devido a estruturas amiloides semelhantes, o príon [PIN+] pode facilitar a formação de [PSI+] através de um mecanismo de modelagem.
Duas versões modificadas de Sup35 foram criadas que podem induzir PSI+ na ausência de [PIN+] quando superexpressas. Uma versão foi criada por digestão do gene com a enzima de restrição Bal2, que resulta em uma proteína consistindo apenas das porções M e N de Sup35. A outra é uma fusão de Sup35NM com HPR, uma proteína receptora de membrana humana.
Epigenética Os príons atuam como uma forma alternativa de herança fenotípica não mendeliana devido à sua capacidade de automodelagem. Isto torna os príons um mecanismo metastável e dominante de herança que depende unicamente da conformação da proteína. Muitas proteínas contendo domínios de príons desempenham um papel na expressão gênica ou na ligação a RNA, que é como uma conformação alternativa pode dar origem à variação fenotípica. Por exemplo, o estado [psi-] de Sup35 em leveduras é um fator de terminação da tradução. Quando Sup35 sofre uma alteração conformacional para o estado priônico [PSI+], forma fibrilas amiloides e é sequestrado, levando a uma leitura incorreta mais frequente de códons de parada e ao desenvolvimento de novos fenótipos. Com mais de 20 domínios semelhantes a príons identificados em leveduras, isso dá origem à oportunidade de uma quantidade significativa de variação a partir de um único proteoma. Foi postulado que esta variação aumentada confere uma vantagem selecionável a uma população de leveduras geneticamente homogêneas.
Lista de príons caracterizados
Proteína Hospedeiro natural Função normal Estado priônico Fenótipo priônico Ano identificado Ure2 Saccharomyces cerevisiae Repressor do catabolismo de nitrogênio [URE3] Crescimento em fontes pobres de nitrogênio 1994 Sup35 Saccharomyces cerevisiae Fator de terminação da tradução [PSI+] Aumento dos níveis de supressão de mutações sem sentido 1994 HET-S Podospora anserina Regula a incompatibilidade de heterocário [Het-s] Formação de heterocário entre cepas incompatíveis 1997 Protease B vacuolar Saccharomyces cerevisiae Morte em fase estacionária, falha na meiose [β] Falha em degradar proteínas celulares sob privação de N 2003 MAP quinases Podospora anserina Aumento de pigmento, crescimento lento [C] 2006 Rnq1p Saccharomyces cerevisiae Fator de modelagem proteica [RNQ+], [PIN+] Promove a agregação de outros príons 2000 Mca1* Saccharomyces cerevisiae Putativa caspase de levedura [MCA+] Desconhecido 2008 Swi1 Saccharomyces cerevisiae Remodelação da cromatina [SWI+] Crescimento deficiente em algumas fontes de carbono 2008 Cyc8 Saccharomyces cerevisiae Repressor transcricional [OCT+] Desrepressão transcricional de múltiplos genes 2009 Mot3 Saccharomyces cerevisiae Fator de transcrição nuclear [MOT3+] Desrepressão transcricional de genes anaeróbicos 2009 Pma1+Std1 Saccharomyces cerevisiae Pma1 = principal bomba de prótons da membrana plasmática, Std1 = bomba secundária [GAR+] Resistente à repressão associada à glicose 2009 Sfp1 Saccharomyces cerevisiae Regulador transcricional global [ISP+] Antissupressor de certas mutações de sup35 2010 Mod5 Saccharomyces cerevisiae [MOD+] 2012