Cell：首次展示酵母细胞通过蛋白聚集现象产生非遗传记忆

苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)的研究人员FabrICE Caudron和Yves Barral发现，酵母能够通过特殊机制，记住不好的繁殖经历。相关文章发表于2013年12月05日的《Cell》杂志上。


Cell：首次展示酵母细胞通过蛋白聚集现象产生非遗传记忆

令人惊讶的记忆

ETH Zurich的研究人员发现酵母细胞如果试图交配但却未能成功，它就会产生一种分子记忆，其Whi3蛋白发生改变而失活。这些异常Whi3能影响其它Whi3蛋白，然后聚集到一起，酵母细胞很难分解掉这样的聚集体。Whi3聚集使细胞对信息素的敏感性减弱，只对更大量的信息素进行应答。如果信息素的量太低，酵母细胞仍会完全采用无性繁殖。

“单细胞生物也有记忆，这完全出乎我们的意料，”生化教授Yves Barral说。有趣的是，这种记忆还与年龄有关。他指出，随着时间推移，酵母要找到合适的伴侣就越发艰难，因为聚集过程很难逆转。不

过，从母细胞分离的子细胞不会遗传这样的记忆，蛋白聚集体仍留在母细胞中。目前，研究人员正在研究母细胞留住蛋白聚集体的机制。

节约能量

为何酵母需要保留这样的记忆呢?“这样的记忆可以帮助酵母，防止无结果而又耗费能量的交配尝试，”Caudron说。酵母面临着两难处境：无性繁殖会形成单一的群体，在环境条件发生突然改变时，酵母群体就可能灭绝。有性繁殖所产生的群体更多样化，但细胞耗费的能量也很大。

感知信息素的酵母细胞，会停止分裂等待交配对象，导致自己在营养竞争中落后。因此，只有在成功繁殖得到保障时，才值得回应信息素。而信息素浓度越高，就意味着交配对象离得越近。

ETH Zurich的科学家在这项研究中，首次展示了单细胞生物的非遗传记忆。不过，蛋白聚集现象其实很普遍。Barral指出细菌也会像酵母这样“变老”，他推测细菌可能也具有类似的记忆机制。

此外，人们在果蝇中也曾发现过类似的机制。雄果蝇通过展示舞姿来赢取雌果蝇的芳心，但如果雌果蝇已经受精，就会对雄果蝇不屑一顾。此时，雄果蝇的神经末段(突触)会通过蛋白聚集，记住这一次的经历。研究人员认为，这说明单细胞生物和多细胞生物的记忆过程非常相似。

酵母繁殖方式小讲

酵母可以通过无性繁殖，经有丝分裂产生基因型相同的子细胞，也可以通过有性繁殖，与另一个酵母相互融合，形成拥有两套染色体的杂合子。能相互融合的酵母细胞为了彼此靠近，会释放出特定的信息素。酵母发现彼此后，就会停止细胞分裂，形成特殊突起相互接触。如果两个酵母没有成功接触，它们就会继续进行无性繁殖。

原文摘要：

A Super-Assembly of Whi3 Encodes Memory of Deceptive Encounters by Single Cells during Yeast Courtship

Fabrice Caudron,Yves Barral

Cellular behavior is frequently influenced by the cell’s history, indicating that single cells may memorize past events. We report that budding yeast permanently escape pheromone-induced cell-cycle arrest when experiencing a deceptive mating attempt, i.e., not reaching their putative partner within reasonable time. This acquired behavior depends on super-assembly and inactivation of the G1/S inhibitor Whi3, which liberates the G1 cyclin Cln3 from translational inhibition. Super-assembly of Whi3 is a slow response to pheromone, driven by polyQ and polyN domains, counteracted by Hsp70, and stable over generations. Unlike prion aggregates, Whi3 super-assemblies are not inherited mitotically but segregate to the mother cell. We propose that such polyQ- and polyN-based elements, termed here mnemons, act as cellular memory devices to encode previous environmental conditions.

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