Диссертация (Изучение роли рецептор-подобной киназы К1 гороха в контроле формирования симбиотических субклеточных структур), страница 4

В этом случаепроисходит сборка комплекса XA21 c инактивирующим рецептором XB24 (от англ. XA21binding protein 24), регулировку процесса осуществляет лигаза Е3 XB3 (Li et al., 2014).1.3. Ионные каналы.Рецепторы – ионные каналы представляют собой сложные гликопротеиновыекомплексы, которые осуществляют транспорт ионов через мембрану. Лиганд связывается свнеклеточным участком такого канала, что приводит к изменению конформационнойструктуры белка и позволяет ионам проходить внутрь клетки. У рецепторных ионныхканалов управление механизмом открывания происходит за счет передачи сигнала отсенсора к каналу через систему посредников. Растения обладают специфичнымикалиевыми и кальциевыми каналами, Н+-АТФазной помпой, системой транспорта аммонияи неселективными ионными каналами.

Было показано, что ионы обладают уникальнойспособностью в проведении различных сигналов от – гормонов, элиситоров защитныхреакций при узнавании патогенов, света, стрессовых воздействий (Медведев, 2002). Анализгенома модельных растений, таких как A. thaliana, позволил выявить у них большоеколичество разнообразных ионных каналов, к которым относятся: каналы K+ - SKOR иGORK, обнаруженные в сосудистой системе и корневых волосках, KAT1 и KAT2,функционирующие в растительной флоэме и работающий с ними в комплексе AtKC1.Наиболее изученными ионными каналами растений являются Са2+-каналы, которыевыявлены в цитоплазматической мембране, мембране эндоплазматического ретикулума,хлоропластах и ядерных оболочках. У A. thalianaбыл выявлен ряд генов, кодирующих Са2+каналы.

К ним относятся гены, кодирующие двухпоровый канал AtTPC1 (от англ. Two porechannel), каналы, регулируемые циклическими нуклеотидами (цАМФ, цГДФ) иглутаматные рецепторы с ионофорными функциями (Медведев, 2002). Ген AtTPC116кодируетканал,состоящийиз12трансмембранныхдоменов,имеющийдвакальмодулиновых домена и две поры, через которые ионы кальция пересекают канал(Furuichi et al., 2001).У A. thaliana также было показано наличие 20 генов, кодирующих каналы,регулируемыециклическиминуклеотидами,которыепринимаютучастиевпрограммируемой клеточной смерти и процессах старения. Также у A. thalianaбылиобнаружены 20 генов, кодирующие глутаматные рецепторы с ионоформнымисвойствами.

Глутамат играет роль в организации процессов фотосинтеза и азотногометаболизма через контроль ионных потоков с помощью глутаматного рецептора(Медведев, 2002).1.4. Рецепторы, связанные с ферментами.Если у животных большинство рецепторов являются связанными с G-белками, то урастений наиболее распространенным типом являются рецепторы, связанные сферментами. В общем виде механизм работы таких рецепторов сводится к тому, что лигандсвязывается с внеклеточным доменом, что активирует фермент и запускает цепь событий вклетке, которые ведут к проявлению реакции на внешний сигнал. У растений рецепторымогут быть связаны с различными ферментами, но самыми распространенными являютсярецепторы, связанные с фосфатазами и протеинкиназами.Рецепторныефосфатазыобычносостоятизвнеклеточногодомена,трансмембранного домена и одного или двух цитоплазматических каталитическихдоменов.Внеклеточный домен часто содержит гликозильные остатки или богатыесерином участки (Luan, 1998, 2003).Большой класс составляют рецепторные протеинкиназы и рецептор-подобныепротеинкиназы.

Они составляют одно из самых больших семейств растительныхрецепторов и контролируют практически все аспекты жизни растения – развитие,иммунитет и размножение. В отличие от рецепторных протеинкиназ, рецептор-подобныекиназы (РПК) имеют всего одну петлю в трансмембранном домене и характеризуютсябольшим разнообразием внеклеточных доменов. Напротив, киназные домены таких белковотличаются высокой межвидовой консервативностью и, в зависимости от субстратнойспецифичности, их подразделяют на несколько групп у растений:- гистидиновые- тирозиновые- серин/треониновыеВнутриклеточные домены, представляющие собой гистидиновые киназы, обладают17значительным структурным сходством у различных растений. Они были обнаружены у A.thaliana, Oryza sativa, Zea mays, Glycine max, Lotus japonicas и Populus trichocarpa.Гистидиновые рецепторные киназы вовлечены в контроль различных процессов, нонаиболее известные представители этого класса, контролируют ответ растений на действиегормонов этилена и цитокинина, регулируют чувствительность растений к солям иучаствуют в развитии защитных реакций при бактериальных и грибных инфекциях(Nongpiur et al., 2012).Фосфорилирование по остаткам тирозина – малораспространенный способрегулирования работы рецепторов у растений, поэтому данная группа тирозиновыхрецепторных киназ является малочисленной.

Хорошо изучен механизм работырецепторной тирозинкиназы BRI1 (от англ. Brassinosteroidin sensitive 1 - брассиностериоднечувствительный 1) у A. thaliana при рецепции гормона брассиностероида. При рецепцииданного сигнала была показана способность рецептора BRI1 к автофосфорилированию поостатку тирозина (Oh et al., 2009).Большинство известных рецепторных киназ относятся к группе серин/треониновыхкиназ, у которых фосфорилирование осуществляется по остаткам серина или треонина.Анализ геномов модельных растений (арабидопсис, рис) показывает, что рецепторподобные протеинкиназы преобладают у растений и играют фундаментальную роль вразнообразных процессах. В геноме A. thaliana было обнаружено 610 генов, кодирующихбелки, имеющих типичную структуру рецептор-подобной киназы - внеклеточный домен,трансмембранный домен с одной петлей и внутриклеточный киназный домен (Shiu,Bleecker 2001a). Для сравнения анализ человеческого генома позволил выявить лишь около70 рецепторных киназ (12 серин/треониновых и 58 тирозиновых) (Manning et al., 2002).Такое количество рецепторных киназ у растений говорит об их вовлеченности в узнаванииразнообразных внешних стимулов при росте и развитии растений.

Хотя до сих пор лишьдля немногих рецепторных киназ известна их точная функция.Условно РПК можно подразделить на внутренние и внешние в зависимости от ихместоположения в клетке. Внешние локализуются в плазматической мембране клетки иявляются, преимущественно, трансмембранными белками. У «внешних» рецепторовсвязывающие лиганд домены находятся вне клетки, а киназный домен, при его наличии,внутри клетки. Внутренние рецепторы связаны с эндомембранами или локализуются вцитоплазме клетки.На основе свойств внеклеточных доменов рецептор-подобные киназы делят на 15подсемейств (Shiu, Bleecker 2001a, 2001b, 2003).

Такое разнообразие внеклеточных доменовпозволяет этим белкам отвечать за узнавание большого количества различных внешних18сигналов и принимать участие в реакции растения на патогенную атаку, регуляциюсимбиотическоговзаимодействия,процессахростаиразвития.Некоторыепоследовательности вовлечены в белок-белковые взаимодействия, некоторые - всвязывание различных углеводородных субстратов, включая растительные и микробныекомпоненты клеточных стенок. Интересным исключением является BRI1A. thaliana,который способен напрямую связывать стероидный гормон.Лишь для нескольких из 15 выявленных подсемейств выявлены лиганды, скоторыми взаимодействуют рецепторы, и охарактеризованы дальнейшие пути передачисигналов в клетку.1.4.1.

Разнообразие растительных рецептор-подобных киназ.Гены, кодирующие рецептор-подобные киназы (РПК), были на сегодняшний деньнайдены у более чем 20 видов растений. Однако наиболее полно это семейство геновохарактеризовано у растения A. thaliana, у которого они кодируют около 2,5% всех белков(Shiu, Bleecker, 2001).В зависимости от структуры внеклеточного домена рецептор-подобные киназыподразделяют на 15 подсемейств – с лектин (С-типа)-подобным внеклеточным доменом,CRINKLY4-подобным,CrRLK1-подобным,DUF26-подобным,экстенсин-подобным,тауматин-подобным, с лектин (L-типа)-подобным (L-lectin, от англ.

legume - бобовые),LRK10-подобным, с лейцин богатыми повторами, с LysM-мотивами во внеклеточномдомене, URK1-, PERK-l подобным, RKF3- подобным, с S-мотивом во внеклеточном доменеи WAK-РПК и относящиеся к ним РПК с WAK-подобным мотивами (Shiu, Bleecker, 2001).Рассмотрим некоторые наиболее многочисленные подсемейства этих РПК.1) Самое многочисленное подсемейство составляют РПК, содержащие во внеклеточномдомене лейцин богатые повторы (LRR, от англ. leucine-rich repeat) (235 из 610 генов,кодирующих РПК у A. thaliana).

Представители этого подсемейства участвуют урастений в контроле органогенеза, активации защитных реакций при узнаваниифитопатогенов и в контроле развития симбиоза.2) РПК с S-мотивом во внеклеточном домене. S-мотивы (от англ. self-compatibility –самосовместимость) являются одними из самых распространенных у растений и, восновном, РПК с S-мотивами контролируют процессы роста и развития растения, носвязаны также и с защитными реакциями.3) РПК с лектин-подобным внеклеточным доменом играют важную роль в иммуннойсистеме растений и способны узнавать и связывать различные углеводсодержащиесоединения.194) WAK-РПК и РПК с WAK-подобными внеклеточными мотивами (от англ. wall associatedreceptor kinases - связанные с клеточной стенкой рецепторные киназы) участвуют виммунном ответе, а также обладают последовательностями, характерными длярецепторов к эпидермальному фактору роста у животных, участвующего в белокбелковых взаимодействиях.5) РПК, содержащие LysM-мотивы во внеклеточном домене (от англ.