Диссертация (Изучение роли рецептор-подобной киназы К1 гороха в контроле формирования симбиотических субклеточных структур), страница 3

Например, у A. thaliana анализ генома позволилвыявить около 600 генов, кодирующих рецептор-подобные протеинкиназы - один изосновных классов рецепторов у растений, тогда как у риса их более 1000 (Shiuet al., 2004).Однако только для немногих рецепторов растений известны лиганды (соединения, которыесвязываются с рецепторами и вызывают специфичный ответ).

Например, только для 2%рецепторов арабидопсиса известны лиганды, поэтому лишь небольшое число рецепторовохарактеризовано у растений (Shiu, Bleecker 2001a). В связи с этим поиск и изучениерецепторов, для уже известных соединений, которые узнают растения, является болееэффективным.Растения помимо контроля основных процессов жизнедеятельности (питания, ростаи размножения), должны взаимодействовать с широким кругом микроорганизмов,поскольку существуют в составе растительно-микробных сообществ.

В состав такихсообществ входят как полезные, так и патогенные микроорганизмы, поэтому у растенийдолжны быть хорошо развиты механизмы распознавания микроорганизмов, оказывающихнегативное или, наоборот, положительное влияние. Способность растений узнавать какповерхностные компоненты клеток микроорганизмов, так и секретируемые во внешнююсреду соединения (сигнальные молекулы) определяется наличием рецепторов. Такиерецепторы служат удобной моделью для изучения рецепции внешних сигналоврастительной клеткой.Рассмотрим основные типы рецепторов, которые были выявлены у растений:- Рецепторы, связанные с G-белками.

Эти рецепторы интегрированы в мембрануклеток и сопряжены с G-белком. Активациявнешним сигналом приводит кконформационным изменениям в рецепторе, что вызывает диссоциацию G-белка насубъединицы и передачу сигнала дальше в клетку. У растений рецепторы этого типа могутучаствовать в узнавании фитогормонов, например, типичным представителем этого типарецепторов является GCR2 (от англ.

G-protein coupled receptor 2) A. thaliana, которыйучаствует в ответе растений на действие абсцизовой кислоты (Liu et al., 2007).-Рецепторы,взаимодействующиессистемойубиквитинирования.Убиквитинирование является сигналом для активации комплекса протеаз в протеосоме(Haglundet al.,2003). У растений рецепторы этого типа вовлечены в узнаваниебактериального пептида - флагеллина. У A. thaliana рецепторы FLS2, BAK1 и BIK1формируют гетероолигомерный комплекс.

После узнавания лигандапроисходитубиквитинирование одного из рецепторов - FLS2, что определяет диссоциацию комплексаи передачу сигнала внутрь клетки.12- Ионные каналы – узнают и осуществляют транспорт различных ионов черезмембрану. У растений такие рецепторы могут контролировать программируемые процессыстарения и смерти клеток, как, например, кальциевый канал, регулируемый циклическиминуклеотидами - CNGC2 (от англ.

cyclic nucleotide-gated ion channel 2) у A. thaliana.- Рецепторы, связанные с ферментами. Рецепторы этого класса являются самыммногочисленными у растений, они могут быть связаны с различными ферментами, носамымираспространеннымиявляютсярецепторы,связанныесфосфатазамиипротеинкиназы.1.1. Рецепторы, связанные с G-белками.Рецепторы, связанные с G-белками(GPCRs , от англ. G-proteincoupledreceptors),составляют достаточно многочисленное семейство мембранных рецепторов.Приузнавании лиганда эти рецепторы активируют G-белки, связывающие гуанизинтрифосфат(ГТФ).

Все представители этого класса рецепторовхарактеризуются наличием семигидрофобных участков (20-28 аминокислот) в трансмембранном домене. G-белки внеактивном состоянии связаны с гуанизиндифосфатом (ГДФ), но при активации рецепторапроисходит замена ГДФ на гуанизинтрифосфат (ГТФ), что определяет диссоциацию Gбелка (Gilman, 1987).Впервые G-белки были обнаружены у животных. Было показано, что большинствоиз них является гетеротримерными белками, состоящими из α-, β- и γ-субъединиц. Уживотных α-субъединица G-белка в неактивном состоянии связана с молекулой ГДФ, нопри активации рецептора и формировании ГТФ, происходит разделение G-белка на αсубъединицу и βγ-комплекс. α-субъединица активирует аденилатциклазу, что приводит кобразованию цАМФ и активации протеинкиназы А, которая в свою очередь способнафосфорилировать различные белки и регулировать внутриклеточные мишени (Uranoet al.,2013). У растений G-белки имеют структурное сходство с соответствующими белками уживотных, но обладают рядом отличительных особенностей строения и активации, вчастности, у растений обнаружены сверхкрупные G-белки, а также описан механизмсамоактивации без участия рецептора.Помимо гетеротримерных G-белков рецепторы могут быть связаны с малыми Gбелками, которые состоят из одной полипептидной цепи и относятся к суперсемейству Rasмалых ГТФаз (Mulligan et al., 1997).

Структура малых G-белков напоминает αсубъединицу олигомерных G-белков и также имеет в своем составе ГТФсвязывающий участок (Mulligan et al., 1997). Показано, что у растений малые G-белкипринимают участие в реорганизации цитоскелета, образовании активных форм13кислорода и регуляции кальциевого обмена в клетках, опосредованного фосфолипазойД (Kawasaki et al., 1999; Li et al., 1999; Holbrook et al., 1999; Wang, 2000).У растений гетеротримерные G-белки контролируют пролиферацию клеток,защитные реакции, движения устьиц, регулируют работу мембранных каналов и реакциина действие некоторых гормонов. G-белки наиболее полно охарактеризованы у двух видоврастений – арабидопсиса A.

thaliana и риса Oryza sativa. У этих растений было обнаруженопо одному гену, кодирующему α или β субъединицы: GPA1 и AGB1 у A. thaliana и RGA1 иRGB1 у риса (Ma et al., 1994; Assmann et al., 2002). Однако γ-субъединицу у A. thalianaкодируют два гена - AGG1 и AGG2. О том, что AGG1 и AGG2 являются γ-субъединицами,свидетельствует их способность взаимодействовать с β-субъединицой, а также гомологияаминокислотныхпоследовательностейсизвестнымиγ-субъединицамиживотных. Соответствующими гомологами у риса являютсяG-белковRGG1 и RGG2 (Kato et al.,2004).У риса мутантная линия по гену rga1, получившая название dwarf1, была найденапри анализе мутантов, не восприимчивых к действию фитогормонов гибберелллинов, ихарактеризовалась карликовостью (Ashikari et al., 1999).

У A. thaliana мутанты по βсубъединице G-белка имели отклонения в развитии листьев, цветов и плодов (Lapik et al.,2003). У мутантов по гену, кодирующему γ-субъединицу, были выявлены нарушенияразвития боковых корней, а также ослабленная иммунная реакция на заражениефитопатогенными грибами (Lapik et al., 2003; Zhao et al., 2004).Помимо форм G-белков, характерных для животных, растения обладают такжеуникальными сверхкрупными G-белками (Lee, Assmann, 1999). Три сверхкрупных белкабыли обнаружены у A.

thaliana и четыре у риса, они в два раза больше типичных αсубъединиц G-белка, имеют 50% сходство с α субъединицей GPA1, а также обладаютуникальным цистеин-богатым участком. Для XLG1, XLG2 и XLG3 (от англ. extra-large Gptotein – очень большой G-белок) A. thaliana было показано их участие в процессахклеточной пролиферации, а также возможная роль при восприятии гормональных сигналов(этилен, абсцизовая кислота) (Ding et al., 2008).Рецепторы, связанные с G-белками у растений, были охарактеризованыотносительно недавно. Анализ генома модельных растений арабидопсиса и риса, атакже тополя (Populus) позволил выявить кандидаты на роль таких рецепторов.

Всевыявленные белки показали высокую межвидовую консервативность, более того,большинство из них оказались способны взаимодействовать с белком GPA1 (αсубъединицей G-белка A. thaliana в дрожжевой дигибридной системе (Gookin et al., 2008).Рецептор, связанный с G-белком - GCR2 (от англ. G-protein coupled receptor 1) у A. thaliana,14необходим для ответа растений на действие фитогормона абсцизовой кислоты. Кроме того,у A. thaliana описан еще один рецептор, связанный с G-белком, - GCR1, однако лигнад длянего еще не найден (Liuet al., 2007).

Предполагается, что растительные рецепторы,связанные с G-белком, могут также участвовать в ответе растений на действиегиббереллинов, они необходимы для адаптации растений к изменению светового режима, атакже являются рецепторами к некоторым элиситорам защитных реакций (Gookin et al.,2008).Вместе с тем, особенностью растительных G-белков является выявленная недавноспособность к самоактивации. Они могут спонтанно высвобождать ГДФ и связывать ГТФ.Поэтому вопрос онеобходимости их взаимодействия с рецепторами остаетсядискуссионным (Urano et al., 2014).1.2.

Рецепторы, взаимодействующие с системой убиквитинирования.Под убиквитинированием подразумевают процесс присоединения к белку молекулубиквитина, преимущественно по остаткам аминокислоты лизина. В ходе данного процессаубиквитин активируется АТФ с помощью убиквитин-активирующего фермента Е1 (от англ.Enzyme 1), после чего он переносится на убиквитин-связывающий фермент (Е2), которыйс помощью убиквитин-протеин лигазы (E3), специфически присоединяет убиквитин кбелку-мишени (Hershko et al.,1998)Различаютпроцессымоноубиквитинированияиполиубиквитинирования.Полиубиквитинирование является меткой белковых молекул, предназначенных длядеградации в протеосомном комплексе (Haglund et al., 2003).

Примерами рецепторов, укоторых убиквитинирование происходит по одному положению, являются рецепторы,вовлеченные в эндоцитоз, а также белки, участвующие в репарации ДНК. При рецепторопосредованном эндоцитозе некоторые рецепторы, связавшиеся с лигандом, способныприникать внутрь клетки. Сигналом, разрешающим таким белкам проникновение, служитих моноубиквитинирование (Schwarz et al., 2010). Моноубиквитирование необходимо длярегуляторов, участвующих в репарации ДНК.Для рецепторов растений известны несколько примеров, когда убиквитинированиенеобходимо для передачи сигнала.

Например, цитоплазматический рецептор к ауксинуTIR1 (от англ. transport inhibitor response1) является компонентом убиквитин-лигазногокомплекса (Wisniewskaet al.,2006), при гравиотропическом ответе посредствомубиквитинирования происходит регуляция активности белков PIN, контролирующихполярный транспорт ауксина (Abas et al., 2006).Убиквитинирование описано для рецепторов, участвующих в распознавании15растением молекулярных структур микроорганизмов, определяющих развитие иммунногоответа (MAMPs, от англ. microbe-associated molecular pattern).

Так, в узнаваниебактериального флагеллина растениями A. thaliana вовлечены рецепторы FLS2, BAK1 иBIK1, которые для связывания молекулы флагеллина формируют гетероолигомерныйкомплекс. При негативной регуляции сборки такого комплекса рецептор FLS2убиквитинируеся двумя убиквитин-лигазами PUB12 и PUB13 и становится объектомдеградации(Luetal.,2011).ПриэтомсначалаPUB12иPUB13должныпровзаимодействовать с BAK1, который их фосфорилирует, что делает возможным ихвзаимодействие с FLS2.Схожий принцип убиквитинирования был показан для XA21, рецептора риса,ответственного за устойчивость к заражению Xanthomonas oryzae pv. oryzae.