摘要
Sir2是酵母衰老的核心调控因子，其缺失会增加子细胞对压力和衰老诱导的、沉积于聚集体和包涵体中的错误折叠蛋白的遗传。在此，通过量化预测以被动方式影响聚集体遗传的特征，我们发现被动扩散模型无法解释Sir2依赖性失败中错误折叠的亨廷顿蛋白Htt103Q形成的小聚集体或热诱导的Hsp104相关聚集体的不对称遗传。相反，我们发现SIR2的遗传相互作用网络包含母系偏向性分离所需的特定必需基因，包括编码肌动蛋白细胞骨架组分、肌动蛋白相关的肌球蛋白V马达蛋白Myo2以及肌动蛋白组织蛋白钙调蛋白Cmd1的基因。与Hsp104-GFP共染色表明，错误折叠的Htt103Q被隔离成小聚集体，类似于热应激形成的应激焦点，但未能凝聚成包涵体。重要的是，这些Htt103Q焦点以及先前被证明为稳定应激焦点的ATPase缺陷型Hsp104Y662A相关结构，与Cmd1和Myo2富集结构共定位，超分辨率三维显微镜显示它们与肌动蛋白纤维相关联。此外，我们发现Hsp42是热诱导Hsp104Y662A焦点形成所必需的，但不是Htt103Q焦点形成所必需的，这表明用于焦点形成的途径并不相同。除参与肌动蛋白依赖性过程的基因外，Htt103Q和热诱导聚集体不对称遗传所需的SIR2相互作用体还编码参与内质网到高尔基体转运/内质网稳态的必需sec基因。
不对称细胞分裂是细胞更新的关键，出芽酵母利用这种分裂模式从每次分裂后逐渐变老的母亲细胞中产生一个年轻的子细胞。因此，年龄特征在子代分裂过程中被重置，这一现象需要胞质"衰老因子"（包括受损/聚集蛋白）的母系偏向性分离。关于聚集蛋白如何以母系偏向方式分离存在两种模型：一种认为不对称遗传是聚集体随机但缓慢扩散的纯粹被动结果；另一种模型认为特定因子/细胞器阻止聚集体自由扩散进入子细胞。在本研究中，我们通过量化预测被动扩散影响遗传的特征，并鉴定与SIR2相互作用的必需基因中不对称遗传所需的因子，来检验被动扩散模型或因子依赖模型在解释不对称遗传中的相关性。SIR2先前已被证明是母系偏向性分离所必需的。我们表明，聚集体的被动扩散不足以建立母系偏向性分离，除肌动蛋白细胞骨架、钙调蛋白和Myo2马达蛋白外，内质网到高尔基体的转运也是限制热应激诱导聚集体和亨廷顿病蛋白Htt103Q形成的聚集体遗传的关键组分。
引言
出芽酵母酿酒酵母和特定成体干细胞/祖细胞的分裂包括氧化蛋白的不对称遗传，确保特定细胞谱系中胞质损伤的低水平。在酵母和成体前体细胞中，遗传较少损伤的谱系表现出更长的预期寿命。因此，这些独特的分裂事件为年龄特征如何在子代中被重置提供了一个可处理的模型，这可能为治疗性阻止甚至逆转衰老和组织衰退提供线索。
在出芽酵母中，聚集体遗传的控制包括Hsp104依赖性的受损/聚集蛋白在母细胞中的滞留，这种空间蛋白质质量控制还依赖于聚集体沉积到称为不可溶蛋白沉积物（IPOD）和近核质量控制区室（JUNQ）的特定蛋白包涵体中。除蛋白质重塑因子Hsp104外，酵母衰老基因Sir2也是氧化和聚集蛋白不对称分离所必需的。Hsp104和Sir2在建立损伤不对称性中的作用都与肌动蛋白纤维依赖性过程和极性体有关；极性体是子细胞尖端处肌动蛋白纤维成核所需的复合物。肌动蛋白纤维被认为在聚集体滞留中发挥作用，因为肌动蛋白纤维（和朊病毒）与肌动蛋白细胞骨架的物理关联阻止了它们自由扩散进入子细胞。Sir2缺失减少肌动蛋白纤维丰度、细胞骨架功能和极性体区域肌动蛋白逆行流动的速度。Sir2与肌动蛋白纤维功能之间的这种联系与表明Sir2通过调节伴侣蛋白CCT的活性影响肌动蛋白折叠速率的数据一致。肌动蛋白纤维和小热休克蛋白Hsp42也是外周聚集体形成所必需的。基于这些结果，已提出受损蛋白的不对称分离是一个因子依赖的、遗传决定的过程，导致聚集体与限制其遗传进入子细胞的结构/细胞器相关联。这一观点与李及其同事的观点形成对比，后者基于聚集体追踪实验和建模，认为不对称遗传是可预测的、纯粹被动的结果，是聚集体缓慢随机扩散和酵母细胞几何形状的结果。在这一观点中，聚集体遗传仅由出芽颈的直径和出芽颈开放的时间（世代时间）决定。然而，在记录的聚集体群体中，所谓随机运动存在大量无法解释的差异性，许多聚集体在母细胞中看似静止，而另一些则以弹道方式运动。因此，采用平均扩散系数来试图得出遗传是因子依赖还是纯粹被动的结论的用途受到质疑。此外，研究表明研究中的大聚集体是IPOD和JUNQ包涵体，由于它们分别系栓于液泡和细胞核，因此不能自由或随机扩散。
在本研究中，我们检验了被动扩散模型或因子依赖的系栓模型对于理解聚集体不对称遗传以及Sir2缺失细胞中观察到的不对称缺陷哪个更相关。为此，我们分析了两种报告蛋白的遗传：自发错误折叠和聚集的亨廷顿蛋白Htt103Q和热诱导的Hsp104相关聚集体，并量化了预测以被动方式影响此类聚集体遗传的sir2突变细胞的特征。此外，我们在与SIR2显示合成遗传相互作用的必需基因中鉴定了迄今未知的不对称遗传所需因子，以确定遗传缺陷是否与特定生物过程/组分相关或由被动特征决定。获得的数据表明，缓慢被动扩散不足以建立野生型酵母细胞显示的母系偏向性分离。相反，我们发现必需肌动蛋白相关肌球蛋白V马达蛋白Myo2和肌动蛋白组织蛋白钙调蛋白Cmd1是不对称遗传所必需的，Htt103Q焦点和热诱导的Hsp104相关应激焦点/外周聚集体都与Myo2/Cmd1富集结构共定位。超分辨率三维结构照明显微镜进一步显示Htt103Q和Hsp104焦点都与肌动蛋白纤维共定位。此外，数据表明，功能完整的内质网-高尔基体转运/内质网稳态活性是限制酵母胞质分裂过程中聚集体遗传所必需的。
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