Диссертация (Изучение роли рецептор-подобной киназы К1 гороха в контроле формирования симбиотических субклеточных структур), страница 6

Позже WAK-подобные РПК были обнаружены у большого числа другихрастений, где они участвуют в контроле устойчивости к фитопатогенам (Verica, He, 2002;Zhang et al., 2005). Так, WAK-подобные РПК определяли устойчивость к заражениюFusarium у A. thaliana и к заражению Pyriculariao oryzae у риса (Diener, Ausubel, 2005; Li etal., 2009).РПК с LysM-мотивами во внеклеточном домене.LysM мотивы (от англ. lysin motif) были впервые открыты у фермента лизоцимабактериофага f29, найденного у бактерий Bacillus subtilis. Лизоцим – литический фермент,участвующий в расщеплении муреина, основного компонента клеточных стенок бактерий.Похожие мотивы были позднее обнаружены у фермента муреингидролазы Enterococcus23faecalis, которая содержала 6 LysM мотивов (Béliveau et al., 1991). В дальнейшем белки сLysM мотивами были обнаружены у многих микроорганизмов, животных, а также урастений.У растений помимо ферментов, содержащих в своем составе LysM мотивы, найденырецепторы с LysM мотивами во внеклеточных доменах.

Среди них LysM-РПК составляютбольшую часть и участвуют в узнаваниисоединений, имеющих в своем составе N-ацетилглюкозамин, таких как пептидогликан муреин, хитин и их низкомолекулярныепроизводные. Эти соединения являются основными компонентами клеточных стенокпатогенных бактерий и грибов, поэтому они являются типичными представителямимолекулярных структур, вызывающих иммунный ответ - MAMPs. В узнавание такихсоединений, MAMPs, вовлечены паттерн-распознающие рецепторы (PRR, от англ.

patternrecognition receptors), и поэтому LysM-РПК играют значительную роль в активациинеспецифическогоиммунного ответа у растений (Helft et al., 2011).LysM-РПК, вовлеченная в связывание хитина и его олигомеров была впервыеидентифицирована у A. thaliana и получил название CERK1 (от англ. chitin elicitor receptorkinase 1 – рецепторная киназа к элиститору-хитину 1) (Miya et al., 2007). Было показано, чтоданная РПК имеет 3 LysM мотива во внеклеточном домене. Для связывания хитинаAtCERK1 формирует либо гомоолигомерный комплекс AtCERK1/AtCERK1, либогетероолигомерный комплекс с другой LysM-РПК AtLYK5 (Cao et al., 2014).

Мутация в генеcerk1 приводила к существенному снижению защитных реакций растений при заражениигрибом Alternaria brassicicola и бактериями Pseudomonas syringae (Miya et al., 2007). LysMРПК, участвующие в узнавании хитина и хитоолигосахаридов, были выявлены и у другихрастений, например, у томата Solanum lycopersicum SlBti9 и SlLyk13, имеющие высокуюстепень гомологии с AtCERK1 (Zeng et al., 2012).Для AtCERK1 были получены экспериментальные доказательства его участие всвязывании муреина и его производных. При этом AtCERK1 формирует тройнойгетероолигомернй комплекс с двумя другими LysM-рецепторами AtLYP2 и AtLYP3(Willmann et al., 2011). Для LYP2 и LYP3 (от англ.

LysM-proteins) была показана их роль вразвитии устойчивости к бактериальной инфекции (Shinya et al., 2012). Гомологи AtLYP2и AtLYP3 - OsLYP4 и OsLYP6 были найдены у риса, где они участвуют в связываниимуреина (Liu et al., 2012).Помимо участия в контроле иммунного ответа растений, LysM-РПК могут бытьнеобходимы для формирования симбиоза с ризобиальными бактериями. При этомоказалость, что LysM-РПК могут узнавать не только соединения, состоящие из остатков Nацетиглюкозамина, но и взаимодействуют с более широким кругом соединений. С одной24стороныLysM-РПКспособныузнаватьсекретируемые в окружающие средуризобиальныелипохитоолигосахарады,- Nod-факторы (от англ. nodulation –клубенькообразование), состоящие из нескольких остатков N-ацетилглюкозамина,имеющие жирную кислоту на нередуцирующем конце (Spainket al., 2001, Madsenet al.,2003,, Radutoiuet al., 2003).

С другой стороны, для бобового растения L. japonicus былопоказано участие LysM-РПК EPR3 (от англ. exopolysaccharide) в распознаваниибактериальных экзополисахаридов (Kawaharada et al., 2015). Это позволяет предположить,что LysM-РПК может участвовать в распознавании более широкого круга соединений урастений.Таким образом, мы рассмотрели основные типы рецепторов, которые были найденыу растений. Следует отметить их большое разнообразие у растений, что вероятноопределяется необходимостью узнавания самых различных сигналов.

Важным аспектомжизнедеятельности растений является их способность взаимодействовать с различнымимикроорганизмами, что определяет необходимость четко различать поступающие от нихсигналы. В связи с этим особый интерес представляют рецепторы, узнающие различныемолекулярные структуры (паттерны) микроорганизмов. Такими являются рецепторы сLRR-мотивами во внеклеточном домене, а также с лектин-подобными внеклеточнымидоменами. Однако наиболее важную роль играют LysM-содержащие рецепторы, поэтому вследующей главе мы рассмотрели более детально их участие во взаимодействии смикроорганизмами..Часть 2. Участие LysM-содержащих рецепторов в развитии растительно-микробныхвзаимодействий.2.1. LysM-содержащие рецепторы узнают особый класс соединений, состоящихиз остатков N-ацетилглюкозамина.У микроорганизмов помимо поверхностных компонентов, в среду могут выделятьсясоединения (сигнальные молекулы), которые также относятся к молекулярным структурам,вызывающим иммунный ответ (MAMPs), и после узнавания рецепторами запускают25ответные реакции у растения.

Среди них особую роль играют соединения, состоящие изостатков N-ацетилклюкозамина. Муреин и его низкомолекулярные производные –компоненты клеточной стенки грамположительных и грамотрицательных бактерий,состоящие из соединенных β-1,4-гликозидными N-ацетилмурамовой кислоты и Nацетилглюкозамина, вызывают активацию иммунного ответа.Такое же действие нарастения оказывают хитин и его низкомолекулярные производные - хитоолигосахариды,состоящие из остатков N-ацетилглюкозамина, связанных β-1,4-гликозидной связью, и егоолигомерные производные (хитоолигосахариды) - основные компоненты клеточной стенкигрибов.

Сходные по строению соединения - липохитолигосахарады Nod-факторы и Mycфакторы, секретируемые соединения ризобиальных бактерий и грибов арбускулярноймикоризы. Они представляют собой олигомеры N-ацетилглюкозамина, связанные β-1,4гликозидной, содержащие на невосстанавливающем конце жирную кислоту (Кириенко идр., 2013).Несмотря на структурное сходство эти соединения вызывают совершеннопротивоположные ответы у растений при узнавании рецепторами растений. Рассмотрим,как может осуществляться рецепция этих соединений, сходных по строению, новызывающих совершенно противоположные ответы у растений.2.2. Классификация LysM-содержащих рецепторов у растений.В последние годы значительный интерес исследователей связан с выявлением иизучением рецепторов к соединениям, состоящим из остатков N-ацетилглюкозамина.

Какмы уже отмечали ранее, в рецепции таких соединений у растений могут участвоватьрецепторы и рецепторные киназы с LysM-мотивами во внеклеточных доменах (Kaku et al.,2006; Miya et al., 2007; Shimizu et al., 2010; Wan et al., 2008; Willmannet al., 2011; Limpens etal., 2003; Madsen et al., 2003; OpdenCamp et al., 2011; Radutoiu et al., 2003).Если у микроорганизмов и животных LysM мотивы были выявлены, в основном, вферментах, которые необходимы для узнавания и расщепление соединений, состоящих изостатков N-ацетилглюкозамина, то у растений такие LysM мотивы найдены уассоциированных с мембраной рецепторов, рецепторных киназ и рецептор-подобныхкиназ. При этом LysM мотивы у растений обладают такой же специфичностью кузнаваемым соединениям, как и LysM мотивы в белках микроорганизмов и животных.Анализ геномов растений позволил также выявить LysM-содержащие рецепторы, несвязанные с мембранами с неизвестными пока функциями, которые вероятнее всего,узнают лиганды гликановой природы.26Рисунок 1.

Схематическое изображение растительных LysM-содержащих рецепторов.Это семейство включает LysM-рецептор-подобные киназы (LYKs и LYRs), LysM-белки,связанныесмембраной(LYPs),внеклеточныеLysM-рецепторы(LysMe)ивнутриклеточные несекретируемые LysM-рецепторы (LysMn). Для каждого подсемействапоказаны функциональные элементы, которые вовлечены либо в узнавание молекулярныхпаттернов микроорганизмов, либо в развитие симбиоза или защитных реакций (по Gustetal., 2012).

ПМ – плазматическая мембранаРастительные LysM-содержащие рецепторы можно разделить на 4 семейства (Рисунок 1):1.LysM-РПК - LysM-содержащие рецептор-подобные киназы, среди которыхвыделяют:LYK– (от англ. LysM-receptor-likekinase – LysM-рецептор-подобные киназы), обладающиеактивным киназным доменом.LYR – (от англ.LYK-related – LYK-подобные), имеют измененный киназный домен, вкотором отсутствуют важные регуляторные участки (активационная петля, АТФсвязывающий участок), поэтому в большинстве случаев он не функционален.2.LYP -LysM-рецепторные белки (от англ. LysM-proteins), связанные с мембраной, ноне имеющие внутриклеточного домена. Чаще всего эти рецепторы ассоциированы смембраной с помощью специальных последовательностей или имеют трансмембранныйдомен, но у них нет киназного домена.273.Внеклеточные рецепторы – LysMe (от англ.