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

日前科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，朊蛋白能夠使酵母從常規(guī)單細(xì)胞形態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)?/span>多細(xì)胞協(xié)作形式，并由此在不利環(huán)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(xué)現(xiàn)象。文章于三月二十八日發(fā)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(xué)達(dá)拉斯西南醫(yī)學(xué)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(dāng)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(zhuǎn)錄的影響。只要找到了受調(diào)節(jié)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(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)子進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)實(shí)際上整個酵母基因組中只有一個基因受到調(diào)節(jié)，”Halfmann說。這個基因就是FLO11，它是酵母多細(xì)胞性（multicellularity）的關(guān)鍵，該基因的表達(dá)可以使酵母從球狀轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維形態(tài)。

Halfmann指出，FLO11受到了表觀遺傳學(xué)調(diào)控，同時也應(yīng)答著環(huán)境壓力?？紤]到prion是蛋白的錯誤折疊形式，而環(huán)境壓力會增加蛋白錯誤折疊和prion的形成，他認(rèn)為prion可能就是影響FLO11活性的表觀遺傳學(xué)開關(guān)。

研究人員發(fā)現(xiàn)，酵母細(xì)胞中含有轉(zhuǎn)錄因子mot3的prion形式MOT3+，而且這種prion會引起需要FLO11表達(dá)的多細(xì)胞生長模式。他們隨后在多種環(huán)境壓力下測試酵母細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)一定濃度的乙醇環(huán)境（類似天然發(fā)酵過程），會大大增加MOT3+的形成。他們還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)細(xì)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(zhuǎn)變?yōu)?/span>mot3-，而酵母恢復(fù)到單細(xì)胞狀態(tài)。研究結(jié)果說明，prion形式的蛋白驅(qū)動了酵母的多細(xì)胞性，幫助酵母在乙醇環(huán)境下生存。

“我們發(fā)現(xiàn)，連續(xù)的環(huán)境改變，啟動了可遺傳的表觀遺傳學(xué)元件，然后又將其關(guān)閉，” Halfmann說。“在這一過程中，prion使酵母轉(zhuǎn)為多細(xì)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(jìn)一步尋找類似機(jī)制。

文章的作者之一Alex Lancaster認(rèn)為，這項研究也為解析疾病基礎(chǔ)機(jī)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(xué)改變、代謝異常等等。“有些腫瘤是由一群不均一的細(xì)胞組成的，其中的腫瘤細(xì)胞在環(huán)境中演化，以確保自身生存。而酵母系統(tǒng)將幫助我們進(jìn)一步理解，表觀遺傳學(xué)在腫瘤中的作用，以及它對細(xì)胞間相互作用甚至藥物治療效果的影響，”Alex Lancaster說。