Диссертация (1144724), страница 17
Текст из файла (страница 17)
NCR пептиды бобовых растений (Mergaert et al., 2003) являютсягруппой антимикробных пептидов, являющихся эффекторами врожденногоиммунитета у растений, также как у животных (Brogden, 2005). Экспрессиягена, кодирующего пептид NCR035 в клубеньках L. japonicus вела кформированиюсимбиосом,содержащихединственныйудлиненныйбактероид (Van de Velde et al., 2010).В необратимой дифференцировке важную роль играет бактериальныйбелок BacA, который, вероятно, принимает участие в изменениях составасимбиосомной мембраны, создавая возможность для слияния секреторныхвезикул (содержащих NCR пептиды) с симбиосомами, или модифицируяклеточную стенку, изменяя чувствительность бактерий к NCR пептидам(Рисунок 19) (Kereszt et al., 2011). BacA является консервативным для многихбактерий и необходимым компонентом для поддержания хроническихинфекций, вызываемых Brucella abortis и Mycobacterium tuberculosis умлекопитающих (Kereszt et al., 2011).Обзор литературы98Рисунок 19.
— Предполагаемая роль белка BacA, секреторного пути иNCR пептидов в необратимой дифференцировке бактероидовДифференцировка бактероидов опосредуется NCR пептидами(обозначены красным цветом), которые направляются к симбиосомам черезсекреторный путь (обозначен зеленым цветом). Специфичный дляклубеньков компонент секреторного пути SPC (обозначен синим цветом;дефектен у мутанта dnf1–1) является необходимым для доставки NCRпептидов к симбиосомам и дифференцировки бактероидов (1).
Ризобиальныйбелок BacA не является необходимым для выхода ризобий из инфекционнойнити, но необходим для дифференцировки бактероидов. Его активностьможет изменять идентичность симбиосомной мембраны, позволяя ейсливаться с везикулами, содержащими NCR пептиды (2) илимодифицировать бактериальную клеточную стенку, что может влиять навосприимчивость бактерий к NCR пептидам (3). На врезке изображенаструктура NCR препептида. N-концевой сигнальный пептид (обозначензеленым цветом) направляет препептиды в просвет эндоплазматическогоретикулума.
Сигнальные пептиды встраиваются в мембрану ЭПР, в которойсигнальный пептид удаляется SPC, высвобождая зрелый NCR в просвет ЭПР,откуда он транспортируется на место своей доставки. DNF1 являетсяспецифичной для клубеньков субъединицей SPC. Указаны консервативныецистеины в зрелом NCR пептиде, × маркирует вариабельные аминокислоты(Kereszt et al. 2011) (Kereszt et al., 2011).Обзор литературы99За несколькими исключениями, все гены, кодирующие NCR пептиды,специфично экспрессируются в клубеньках (Alunni, Gourion, 2016). У M.truncatula ген, кодирующий NCR247, экспрессируется в клубеньках, но такжеи в других органах на низких уровнях (Guefrachi et al., 2014).
NCR247демонстрируетстрогуюантимикробнуюактивностьinvitroивзаимодействует с различными бактериальными белками, такими какрибосомальные белки, белок клеточного деления FtsZ, также как странскрипционными регуляторами клеточного цикла gcrA и ctrA. Такимобразом, NCR247 ингибирует биосинтез белка и деления бактероидов. Онтакже активирует экспрессию стресс-ассоциированного сигма-фактора rpoh1и взаимодействует с бактериальным шапероном GroEL, влияя на ответы кстрессорам.
NCR247 также взаимодействует с бактериальными белками,вовлеченнымивметаболизм:АТФ-синтазойиферментамициклатрикарбоновых кислот, а также с нитрогеназным комплексом (Farkas et al.,2014; Penterman et al., 2014) (Рисунок 20).Недавно было показано, что NCR пептиды вовлечены не только вдифференцировку бактероидов, но также необходимы для выживаниябактероидов внутри клеток хозяина. Мутант M. truncatula Mtdnf4 формируетбелые неэффективные клубеньки, в которых бактероиды сходны сбактероидами дикого типа, но претерпевают быструю дегенерацию (Kim etal., 2015).
Данный мутант является аллельным мутанту Mtesn1, которыйхарактеризуется фенотипом раннего старения клубеньков (Xi et al., 2013).Было показано, что MtDNF4 кодирует NCR211, и его экспрессиянаблюдалась в проксимальной части зоны инфекции и дистальной частизоны азотфиксации, с максимумом в интерзоне. NCR211 был локализован вперибактероидном пространстве.
Синтетический NCR211 ингибировал ростсвободноживущих ризобий, что может указывать на разницу в физиологиимежду бактероидами и бактериями (Kim et al., 2015). Мутанты M. truncatulaпо гену Mtdnf7 также формировали неэффективные клубеньки с фенотипомОбзор литературы100Рисунок 20. — Молекулярные механизмы необратимойдифференцировки бактероидовПосле выхода бактерии из инфекционной капли происходит еедифференцировка в бактероид посредством усиленной доставки NCRпептидов и возможно других факторов (например, богатых глицином белков(GRP), does not fix nitrogen 2 (DNF2) и CaML) к симбиосоме черезсекреторный путь. Секретируемые белки продуцируются в ЭПР и аппаратеГольджи и процессируются под воздействием комплекса DNF1-содержащейсигнальной пептидазы. Созревшие белки/пептиды заполняют везикулы идоставляются к симбиосомам, где происходит слияние везикул ссимбиосомной мембраной, что позволяет дальнейшую их доставку вперибактероидное пространство.
Как NCR пептиды и другие факторыпроходят через наружную мембрану бактерии все еще неизвестно. Тем неменее, импорт NCR пептидов зависит от присутствия функциональноготранспортера BacA, возможно локализованного на внутренней мембранебактерии. Внутри бактероидов NCR пептиды (например, NCR247) могутиметь многочисленные прямые и опосредованные мишени, включая белки ирегуляторы, связанные с клеточным циклом, факторами ответа на стресс илис центральным метаболизмом, энергетическим гомеостазом. Среди другихNCR пептидов NCR169 и NCR211 аккумулируются в перибактероидномпространстве.
Бактериальная протеаза HrrP, когда присутствует в клетке,может разрезать NCR пептиды, позволяя бактероиду избегать полнойдифференцировки или дедифференцироваться. BC — бактериальныйцитозоль, GL — просвет Гольджи, IM — внутренняя мембрана, LPS —липополисахарид, OM — внешняя мембрана, PBS — перибактероидноеОбзор литературы101пространство, PBM — перибактероидная (симбиосомная) мембрана, PC —растительный цитозоль, PG — пептидогликан (Alunni, Gourion, 2016).раннего старения. В молодых инфицированных клетках бактероиды дикоготипа и мутанта Mtdnf7–2 не различаются, но в более старых клетках умутантабактероидыбылиатипичнымииэлектронно-плотными.Симбиосомы в мутантных клубеньках характеризовались увеличеннымперибактероиднымпространством.MtDNF7кодируетNCR169,локализованный в перибактероидном пространстве.
Вероятно, что NCR169также, как и NCR211, вовлечен в дифференцировку и поддержаниестабильности азотфиксирующих бактероидов (Horváth et al., 2015).Некоторые штаммы ризобий могут модифицировать симбиотическиеотношения с растениями-хозяевами, смещая их в сторону паразитических.Недавно было показано, что пептидаза, ограничивающая разнообразие хозяев(HrrP — от англ. host range restriction peptidase) улучшает выживаемостьризобийвклубенькахиингибируетазотфиксацию.Этиэффектынаблюдались не для всех штаммов, несущих ген HrrP, и не для всех экотиповрастений. Очищенная HrrP может разрезать синтетические NCR пептиды.Былопоказано,чтобактероиды,экспрессирующиеHrrP,могутдедифференцироваться (Price et al., 2015) (Рисунок 20).Недавние исследования показали, что необратимая дифференцировкабактероидовширокораспространенныйпризнаквкладеIRLC,присутствующий, как и у наиболее таксономически удаленного видаGlycyrrhiza uralensis, так и во всех трех основных субкладах: Hedysaroid(Onobrychis viciifolia), Astragalean (Oxytropis lamberti, Astragalus canadensis) иVicioid (Galega orientalis, Cicer arietinum, Ononis spinosa, P.
sativum, M. sativa,and M. truncatula) (Montiel et al., 2016; Montiel et al., 2017) (Рисунок 21). Былопоказано, что необратимая дифференцировка бактероидов характерна дляразличных морфотипов бактероидов: «разбухшего» (англ. “swollen”),Обзор литературы102«вытянутого» (англ. “elongated”), «сферического» (англ. “spheric”) и«вытянуто-разветвленного» (англ. “elongated-branched”) (Рисунок 21). Приэтом для всех морфотипов характерно увеличение размеров, по сравнению сосвободноживущими клетками, увеличение количества ДНК и уменьшениеколичества клеток, способных формировать колонии (Montiel et al., 2016).Рисунок 21. — Морфотипы бактероидов у различных представителейсемейства Бобовых клады IRLC (Montiel et al., 2017)Идентификация и сравнение последовательностей NCR пептидов,проанализированных в 10 видах семейства Бобовые, показали, что лишьнесколько из них характеризуются высокой степенью идентичностиаминокислотных последовательностей, в то время как представителисубклады Vicioid демонстирируют большое разнообразие специфичныхпептидов.
Таким образом, вероятно, что в ходе эволюции широкоерапространение получили видоспецифичные NCR пептиды (Montiel et al.,2017). Наблюдалась позитивная корреляция между степенью элонгациибактероидов и числом экспрессирующихся NCR пептидов. Более того, былопоказано, что пропорция различно заряженных пептидов (катионных,анионных и нейтральных) может определять наблюдаемый морфотипбактероидов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
