Cell：朊蛋白，表觀遺傳學的新層面

　　朊蛋白prion總是與瘋牛病和克-雅氏病等聯系在一起，不過人們正逐漸意識到，朊蛋白在生物中也能夠發揮正常的有益功能。

　　日前科學家們發現，朊蛋白能夠使酵母從常規單細胞形態轉變為多細胞協作形式，并由此在不利環境條件下增大酵母的生存幾率。這種可遺傳的改變不會影響酵母基因組，是一種表觀遺傳學現象。文章于三月二十八日發表在Cell雜志上。

　　prion是正常蛋白的錯誤折疊形式，德克薩斯大學達拉斯西南醫學中心的Randal Halfmann曾于2009年鑒定了一些會形成prion的酵母蛋白，但他當時并不知道這些prion有何功能。在這項新研究中，Halfmann與Whitehead研究所的Susan Lindquist合作，試圖分析prion對酵母基因轉錄的影響。只要找到了受調節的基因，就能夠確定這些prion的功能。

　　“我們針對酵母中能夠形成prion的轉錄調節子進行研究，發現實際上整個酵母基因組中只有一個基因受到調節，”Halfmann說。這個基因就是FLO11，它是酵母多細胞性(multicellularity)的關鍵，該基因的表達可以使酵母從球狀轉變為纖維形態。

　　Halfmann指出，FLO11受到了表觀遺傳學調控，同時也應答著環境壓力。考慮到prion是蛋白的錯誤折疊形式，而環境壓力會增加蛋白錯誤折疊和prion的形成，他認為prion可能就是影響FLO11活性的表觀遺傳學開關。

　　研究人員發現，酵母細胞中含有轉錄因子mot3的prion形式MOT3+，而且這種prion會引起需要FLO11表達的多細胞生長模式。他們隨后在多種環境壓力下測試酵母細胞，發現一定濃度的乙醇環境(類似天然發酵過程)，會大大增加MOT3+的形成。他們還發現，當細胞改變代謝方式，通過呼吸作用消耗周圍的氧時，這種prion就會轉變為mot3-，而酵母恢復到單細胞狀態。研究結果說明，prion形式的蛋白驅動了酵母的多細胞性，幫助酵母在乙醇環境下生存。

　　“我們發現，連續的環境改變，啟動了可遺傳的表觀遺傳學元件，然后又將其關閉，” Halfmann說。“在這一過程中，prion使酵母轉為多細胞生長模式，以幫助自身生存。”研究人員打算在其他生物中，進一步尋找類似機制。

　　文章的作者之一Alex Lancaster認為，這項研究也為解析疾病基礎機制提供了新途徑。例如，癌癥中就包括蛋白錯誤折疊、表觀遺傳學改變、代謝異常等等。“有些腫瘤是由一群不均一的細胞組成的，其中的腫瘤細胞在環境中演化，以確保自身生存。而酵母系統將幫助我們進一步理解，表觀遺傳學在腫瘤中的作用，以及它對細胞間相互作用甚至藥物治療效果的影響，”Alex Lancaster說。