蛋白质化学研究新热点：普里昂型蛋白的益害简评
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杨顺楷 四川 成都
（5）真菌淀粉样蛋白的多样性，生物发生以及功能性
淀粉样蛋白是一种独特的富含b-折叠片层结构的蛋白，其中许多是获得性的。通常伴随着人的神经退行性疾病，如阿尔茨海默综合征（AD），帕金森病（PD），亨廷顿疾病而存在。淀粉样蛋白传统上被认为是蛋白质错误折叠的产物，但是现在认识到了淀粉样蛋白的折叠，是作为正常细胞生物学普遍存在的部分内容。如今，功能性淀粉样蛋白伴随着微生物功能性淀粉样蛋白的研究开通的路径，已经在活细胞的所有方面被鉴定出来。与结合疾病的淀粉样蛋白不一样，功能性淀粉样蛋白是借助于定向途径被组装，立足的基本原理是要有益于有机体。微生物进化的淀粉样蛋白组装和去组装途径的建立，已经给研究者提供了一个新视野，就是细胞是如何拥有产生淀粉样蛋白的手段；了解功能性淀粉样蛋白的生物发生，使得允许为我们提供了解基于淀粉样蛋白疾病分子事件的知识。
例如，来自于真菌产生的一种分泌性小型疏水性蛋白，它是由100氨基酸残基构成；该疏水蛋白在产生孢子和形成子实体起到了卡朴宁蛋白（chaplins，具有淀粉样蛋白性质，可提供在空气和水的界面降低表面张力，造成巨大的疏水性改变）的作用；但是同样也起到贴附到宿主表面的作用，即使宿主处于感染期，它也具有保护其先天免疫反应的作用。
该疏水蛋白分类为I型和II型。I型疏水蛋白已经被较好的表征，它与功能性质相关；两型疏水蛋白彼此能互补。这种疏水蛋白在亲水-疏水界面上进行自组装。疏水蛋白的聚合过程在处于高度表面张力情况下能特别有效地完成。与此相反，在体外条件下该介质却具有减慢疏水蛋白聚合作用的性质。I型疏水蛋白形成的界面层在SDS条件下是不溶性的，而仅仅是在利用强变性剂甲酸处理时可导致去组装。疏水蛋白的氨基酸序列是多样性的，但是它们都拥有8个半胱氨酸残基。其中的SC3疏水蛋白富含b-片层结构，构成一个在亲水-疏水界面上的螺旋中间体。这一富含b-片层结构，结果造成稳定的5-12nm宽的棒型结构；该结构可与硫磺素T染料结合发出荧光，结合刚果红染料，染成砖红色。所以，该棒型结构呈现出许多淀粉样蛋白的性质。
真菌玉蜀黍黑粉菌（Ustilago maydis）是一种植物病原体。它产生一种称为防水剂的蛋白，涉及气生菌丝的发生，并可贴附在宿主细胞的表面。对于玉蜀黍黑粉菌而言，这些防水剂蛋白行使一种类似上述疏水蛋白的功能。但是这些分类为2个型号的疏水蛋白与氨基酸的水平是不相关的。Rep1 基因编码一个前肽原，经过加工过程成为一个具有10个氨基酸残基的肽段，姑且可以把这一个肽段作为防水剂。已经有研究表明该防水剂肽段能够在体外和体内形成具有淀粉样蛋白特征的丝状体；以该肽段Rep1-1的突变株和野生型菌株的微矩阵分析发现，由基因编码分泌型富含半胱氨酸残基蛋白的小亚基的诱导作用，可以预断形成淀粉样蛋白。于是这些淀粉样蛋白可能被认为功能上是多余的，然而正是基于此，就导致真菌发生发育过程的出现。可见，这些“过剩现象”的出现，支持了真菌淀粉样蛋白进化必不可少的作用。
（6）.真菌普里昂型蛋白使“异种入侵”的真菌细胞死亡
由近亲菌落真菌菌丝可以形成异核融合体，这在一般通常的细胞质遗传发生有别于核共存现象；过程是发生在淀粉样蛋白变性间，介导专一性相互作用所致。例如，一个已经表征好的称为[HET-s]的蛋白，经由形成普里昂蛋白在柄孢霉（Podospora anserina）调控形成异核体。不同株的柄孢霉的菌丝有时可以相互融合，一起生长，有时却彼此不相容。一旦不同株的菌丝彼此融合，就会造成对外来一种“异种入侵”真菌菌丝的死亡，这就叫做“异核体不相容”（heterokaryon incompatibility）现象。其目的是防止同种寄生（一种生物个体寄生在同种的另一个生物个体上），以及防止被另一种个体中所含的病毒所感染。研究发现，造成这种不相容现象的，是一个称为异核体不相容基因（het），两个不相容的柄孢霉所含的het基因存在微小差别，生成的蛋白也有一些差别，分别叫做HET-S和HET-s。
HET-S和HET-s都由289个氨基酸残基组成，但是有13个氨基酸残基不同，其中最重要的就是第33位的氨基酸，在HET-S蛋白中是组氨酸，而在HET-s中变成了脯氨酸。这两种蛋白都含有类似的氨基端和羧基端。其中羧基端含有两个由21个氨基酸残基组成的重复序列，能够转变成为横向b-折叠，使分子形成聚合物。这样的结构能够结合刚果红，并且在偏振光显微镜上呈现苹果绿色的双折射现象，也结合硫黄素T产生荧光，证明这样的聚合物具有普里昂型的结构。
HET-S蛋白在羧基端变为普里昂型结构时，也改变自己的结构，分子移动到细胞膜，在细胞膜上形成孔洞，使细胞内容物外泄，造成细胞死亡。因此在HET-S型的菌株中，HET-S蛋白是不能以普里昂型的结构存在的，因为这会造成细胞的死亡。但是在HET-s蛋白中，第33位氨基酸残基的改变使它失去在细胞膜上穿孔的能力，所以即使蛋白变成为普里昂型的结构，细胞仍然能够生存。出于这个原因，90%的HET-s菌株中，HET-s蛋白都是以普里昂型的结构存在的。
当HET-S菌株的菌丝与HET-s菌株的菌丝融合时，处于普里昂型结构的HET-s蛋白能够使HET-S蛋白的羧基端也变为普里昂型的结构。这个改变就使HET-S蛋白获得了在细胞膜上穿孔的能力，使得HET-S的菌丝细胞进行程序性死亡。
有趣的是，HET-S/s蛋白羧基端中的21残基重复序列和RIP1/3分子中形成普里昂型结构的功能结构域是同源的，即它们含有一些共同的氨基酸序列，因此可能来自共同的祖先。而HET-S的氨基端又和RIP1/3的效应分子MLKL有共同的氨基酸序列，所以这两个能够在膜上穿孔的蛋白功能结构域也可能有共同的生物发生起源。这就说明这类普里昂蛋白的功能结构域出现的时间非常早，在真菌和动物这两大类生物分开之前就出现了。不过动物细胞的结构比真菌细胞复杂得多，调控机制也相应复杂得多。在动物中，RIP1/RIP3S是通过MLKL这个效应分子在细胞膜上穿孔的，而羧基端变成普里昂型结构的HET-S本身就是效应分子，直接在细胞膜上穿孔。与动物用普里昂型的蛋白传递信息类似，导致真菌细胞程序性死亡，也利用了普里昂型的蛋白实现细胞的程序性坏死。这两类蛋白的普里昂功能结构域与酵母的普里昂的功能结构域不同，并不富含谷氨酰胺残基，说明它们与酵母的普里昂蛋白有不同的生物发生来源。
（待续）
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