蛋白质化学研究新热点：普里昂型蛋白的益害简评

              （五）

杨顺楷    四川  成都

8.植物界普里昂蛋白的发现

   首次在植物中鉴定的普里昂蛋白是一个称为光依赖性植物蛋白。它涉及农作物春化作用过程的一个转录调节因子。作者借助以酵母富含谷氨酰胺和天冬氨酸残基的功能域为模板筛选程序，搜寻了植物拟南芥（Arabidopsis thaliana）的基因组，结果发现了474个拟南芥蛋白含有类似的普里昂型的功能结构域，其中的三个蛋白与调控拟南芥开花有关，分别是LD（luminidependens）、FPA（Flowering Locus PA）和FCA（Flowering Locus CA）。其中LD是一个转录因子，这种光依赖性蛋白自身构象变化被认为是一个信号，即可以转换植物在生殖发育生长和无性营养生长期间起作用。FPA和FCA是RNA结合蛋白。这就提示类普里昂转化作用可以看作是一个传感器，应答环境变化，接着是调控基因表达和细胞过程。

   为了证明这些功能域确实能够形成普里昂类型的结构，作者将这些功能域与绿色荧光蛋白（Green fluorescence protein，GFP）融合，在酵母中进行表达，发现这三个功能域都能够形成淀粉样聚合物。

   将这三个功能域与酵母Sup35蛋白的羧基端融合在一起，在有腺嘌呤基因突变的酵母中表达，即在编码区中，提前引入一个转译终止码，发现它们能够在部分酵母中使Sup35的羧基端丧失功能，使酵母能够忽略这个终止码，合成出完整的蛋白来，说明这些功能结构域，确实能够发挥普里昂蛋白的作用，导致可溶性的蛋白丧失功能。有些酵母仍然不能忽略终止码，说明有部分Sup35羧基端仍然处于功能状态，不因为与植物的普里昂功能域融合就丧失功能，也就就说明植物蛋白的普里昂功能域在酵母中也不是完全形成普里昂型蛋白的结构。

同理，由于这几个蛋白是以酵母富含谷氨酰胺和天冬氨酸残基的功能结构域为模板程序搜寻，结果植物很可能还含有其它氨基酸残基组成的功能结构域。目前对植物感染性蛋白的研究还很有限，估计随着研究的进展，会有更多的植物感染性蛋白会被发现。

首次揭示模式植物拟南芥普里昂蛋白的意义在于，该普里昂蛋白提供了基于蛋白分子记忆的最佳模式。自从在哺乳类发现致病性淀粉样蛋白（普里昂蛋白）以来，已经在多种有机体内鉴定出普里昂蛋白，包括如真菌，海兔神经毒素，以及果蝇。但是尚未在植物界有所发现普里昂蛋白。作者应用揭示酵母普里昂蛋白的方法，采用拟南芥作为实验材料，已经鉴定出近500个蛋白可能含有潜在的类普里昂蛋白结构域（PrDs），其中之一就是光依赖性蛋白（PrD）。迄今为止，就现有的知识而言，在作者借助已有的对模式酵母研究普里昂蛋白的手段，结果表明均具有若干普里昂蛋白的经典特征，这是在植物界发现的第一个普里昂蛋白。

9.普里昂型的结构可能是植物橡胶形成的模板

 橡胶是经由橡胶树生物合成的产物，由异戊二烯单位组成的聚合物。在合成橡胶的细胞中，异戊二烯的聚合物存在于一种球形的“橡胶颗粒”中。颗粒的内部是异戊二烯的聚合物，表面是一层脂膜，脂膜内有合成橡胶的酶，异戊二烯转移酶（prenyltrnasferase），它可以催化单体的异戊二烯二磷酸中的异戊二烯部分被加到聚合物上，使聚合物的链不断伸长。细胞质中的异戊二烯二磷酸从橡胶颗粒的表面与转移酶接触，被添加到颗粒内的聚合物上，使得颗粒不断长大。

研究发现，异戊二烯转移酶并不能单独催化这个反应，而是需要借助膜中的另一个蛋白，叫“橡胶延长因子”（REF）起作用。从橡胶颗粒上去除REF会使异戊二烯转移酶不能够将异戊二烯单位添加到聚合物上去。

有趣的是，REF能够聚合，形成普里昂型的结构。光谱测定，包括圆二色性测定，表明单体的REF蛋白主要含有a-螺旋，而聚合状态的REF含有b-折叠。这个聚合物能够被刚果红染色，X-射线衍射实验证实了横向的b-折叠结构。由于REF并不直接参与化学反应，REF蛋白对橡胶合成的必要性，有可能像黑色素的合成那样，以其普里昂型结构作为异戊二烯形成聚合物时的模板而起作用。

10.椰子椰汁杀菌肽的生成同样具有普里昂型结构

椰汁，即椰子果实中的液体部分，含有一种具有杀菌功能的肽链，叫椰汁杀菌肽。这个肽链只含有11个氨基酸残基，这个肽链会聚合，其结构能够结合刚果红和硫黄素T，并且表现出普里昂型蛋白的特征；经使用两种染料，即刚果红和硫磺素T染色试验，并结合光谱性质分析，说明肽链聚合物具有普里昂型的蛋白结构域。

检查这条肽链的氨基酸序列，发现其中并不含有酵母普里昂功能域中所富含的谷氨酰胺和天冬酰胺，说明其它氨基酸序列也能够形成普里昂型的结构。这条肽链的杀菌功能也许和引起老年痴呆症的Ab肽链一样，也是以其低聚物的形态导致细胞死亡。

                          （待续）