Л. Х. Гордон доктор биологических наук, профессор
СИГНАЛЬНАЯ ФУНКЦИЯ ЦИТОСКЕЛЕТА
жүктеу/скачать 3,42 Mb. Pdf көрінісі
|
| СИГНАЛЬНАЯ ФУНКЦИЯ ЦИТОСКЕЛЕТА
От цитоскелета (тубулиновых микротрубочек и актино- вых микрофиламентов) зависит морфогенез на клеточном уровне (ультраструктура клеток), осуществление простран- ственно-временного контроля роста, деления и дифферен- циации клеток [Васильев, 1996; Клячко, 1998; Медведев, Маркова, 1998]. Известно, что переориентация расположе- ния микротрубочек под влиянием фитогормонов приводит к соответствующему изменению направленности отложе- ния вновь синтезируемых микрофибрилл целлюлозы [Тар- чевский, Марченко, 1987; Tarchevsky, Marchenko, 1991] и па- раметров роста клеток, например, к замедлению или пре- кращению удлинения клеток и их утолщению. Это может происходить достаточно быстро. Например, переориента- ция микротрубочек в замыкающих клетках устьиц осущест- вляется уже через несколько минут после начала действия экзогенной абсцизовой кислоты [Eun, Lee, 1997]. Ауксин и гиббереллины способствуют поперечному расположению микротрубочек по отношению к продольной оси клеток, цитокинины, абсцизовая кислота и этилен ориентируют мик- ротрубочки в продольном направлении. Особенно быстро клетки реагируют на этилен. В последнее время обращают все большее внимание на важную роль сигнальных систем не только в изменении ме- таболизма, но и в структурных изменениях клеток и участии в них цитоскелета при патогенезе [Chrispeels et al., 1999; Volkmann, Baluska, 1999; Papakonstanti et al., 2000]. И у животных, и у растений цитоскелет - сложная сеть нитей, пронизывающих цитозоль, - состоит из трех основ- ных типов структур: толстых тубулиновых микротрубочек, тонких актиновых нитей (филаментов) и промежуточных (по диаметру) нитей. От этих надмолекулярных образова- ний, постоянно распадающихся и создаваемых заново из мо- номерных белков, зависит движение цитозоля, органоидов и очертания клеток растений, а также внутриклеточный транспорт ряда белков. Все типы микротрубочек и актино- вых филаментов способны связываться латерально с помо- щью вспомогательных белков или с себе подобными или с другими типами структур. Белки цитоскелета и обслужива- ющие их белки имеют консервативные последовательно- сти, характерные и для животных, и для растений (еще один пример универсальности молекулярной и надмолекулярной структуры). Микротрубочки образуются в два этапа: снача- ла путем димеризации а- и Р-тубулина, а затем димеры по- лимеризуются с образованием трубчатой структуры диа- метром 22 нм. Вспомогательные МАР-белки (microtubules associated proteins) нескольких классов значительно снижа- ют пороговую концентрацию тубулина, необходимую для сборки из него микротрубочек. Спиралевидные актиновые нити диаметром 6-7 нм образуются из однотипных актино- вых субъединиц с затратой АТФ. Баланс между мономер- ными актиновыми белками и микрофибриллами обеспечи- вается вспомогательными белками - актин-деполимеризу- ющим фактором, кофилином и профилином. С помощью вспомогательного белка фодрина обеспечиваются лате- ральное взаимодействие нитей и появление пучков микро- фибрилл, а вспомогательный белок фил амин участвует в образовании сетчатой (решетчатой) структуры, скрепляя филаменты в местах их пересечения друг с другом. Микро- трубочки и микрофиламенты способны участвовать в пере- мещении вдоль своей поверхности различных структур (включая везикулы и органеллы) с помощью специальных вспомогательных белков-моторов кинезина и цитоплазма- тического динеина. Все эти факты приобретают для нас особое значение в связи с тем, что многие участники процессов функциониро- вания, образования и деградации микротрубочек и микро- фибрилл, а также их реориентации являются мишенями ин- термедиатов некоторых сигнальных систем клеток. Это от- носится к повышению в цитозоле концентраций протонов, ионов кальция, Са 2+ - кальмодулина, активности МАР-киназ. Могут регулировать процессы полимеризации актина и ло- кализации в клетках актиновых нитей ГТФ-связывающие белки, протеинкиназы, протеинфосфатазы, фосфоинози- тидфосфатазы. Показано, что актин-деполимеризующий фактор изме- няет активность под влиянием фосфорилирования с помо- щью Са 2+ - зависимых протеинкиназ. У арабидопсиса был выделен кальмодулинсвязывающий моторный вспомога- тельный белок кинезин, причем Са 2+ - кальмодулиновый комплекс этого белка с кинезином ингибировал способ- ность микротрубочек участвовать в процессах внутрикле- точного движения. Фосфорилирование а- и |3-тубулинов ак- тивировалось Са 2+ - кальмодулинзависимыми и цАМФ-зави- симыми протеинкиназами, а также протеинкиназой С [Blume et al., 1997]. Абсцизовая кислота вызывала быструю деполимериза- цию кортикальных актиновых нитей в замыкающих клет- ках устьиц, причем этот процесс был опосредован входом в клетки ионов кальция [Hwang, Lee, 2001]. Деполимеризация медиировалась также протеинкиназами (о чем свидетельст- вовало ее подавление стауроспорином). Особое внимание привлекает установление факта уди- вительного сходства трехмерной структуры цитоскелетных вспомогательных моторных белков с G-белками. Так как G- белки могут непосредственно взаимодействовать с цито- плазматическим доменом многих рецепторов в сигнальных системах (и изменять при этом свою конформацию и актив- ность), то этот факт позволяет допускать возможность очень тесной связи даже между начальными звеньями сиг- нальных систем и цитоскелетом. Димеры тубулина имеют особенно высокое сродство с ос-субъединицами G-белков [Крутецкая, Лонской, 1994]. Обнаружено, что активатор G-белков мастопаран вызыва- ет (предположительно, при участии фосфоинозитольной сигнальной системы) переход вспомогательного белка про- филина (взаимодействующего с мономерной формой акти- на [McCurdy et al., 2001]) из ядра в цитоплазму у клеток кор- ней кукурузы и связанное с этим изменение структуры ак- тиновых микрофиламентов [Baluska et al., 2001]. Выделен класс белков - пипмодулинов (связывающихся с фосфоинозитидными фосфолипидами клеточной мембра- ны), контролирующих освобождение фосфоинозитолбис- фосфата (Р1Р 2 ) с помощью фосфолипазы С [Lanier, Gertler, 2000] и зависящую от Р1Р 2 динамику изменения структуры и локализации актиновых нитей, которые, в свою очередь, определяют морфогенез клеток. Использование ингибитора полимеризации тубулино- вых белков оризалина, вызвавшего скопление ретикуло- плазминовых Са 2+ - связывающих белков вблизи плазмати- ческой и ядерной мембран [Олиневич и др., 2001], позволи- ло авторам сделать вывод об участии цитоскелета и ретику- лоплазминов в преобразовании внешних сигналов. Перестройки актиновых нитей очень чувствительны к изменениям рН. При высоком содержании протонов акти- новые нити более стабильны, а микротрубочки менее ста- бильны, что не может не отразиться на состоянии цитоскеле- та в целом [Медведев, Маркова, 1998]. Если иметь в виду, что одним из наиболее ранних ответов клеток растений на действие патогенов и элиситоров является подкисление ци- тозоля, то становится очевидным, что это не может не по- влиять на структуру и функции цитоскелета. Описаны контролируемые цитоскелетом изменения морфогенеза клеток, вызванные не только фитогормона- ми, но и светом, изменением направления силы тяжести и другими причинами. Для нас особый интерес представляют факты действия на функционирование цитоскелета инфи- цирования растений патогенами, приведенные в обзорной работе [Nick, 1999]. Показано, что ядро клетки растения-хо- зяина начинает двигаться к месту контакта с клеткой гриба [Gross et al., 1993]. Движение ядра осуществляется с помо- щью актиновых микрофиламентов и обусловлено также локальной деполимеризацией кортикальных микротрубо- чек вокруг места контакта с грибом. Можно вызвать тор- можение движения ядра с помощью специальных препара- тов, причем в этом случае грибы, которые не были способ- ны инфицировать растение, становились патогенными [Kobayashi et al., 1997]. Авторы связывают это с ослаблени- ем отложения каллозы на внешней поверхности плазма- леммы, в месте контакта с патогеном. Исследование особенностей действия элиситоров крип- тогеина и олигогалактуронидов на цитоскелет клеток таба- ка показало [Binet et al., 2001], что первый вызывал быстрое и сильное разрушение сети микротрубочек, в то время как вторые не оказывали влияния на нее. Действие криптогеи- на положительно коррелировало с поглощением клетками ионов кальция. В то же время имеется информация о регу- ляции функционирования кальциевых каналов цитоскеле- том [Thuleau et al., 1998]. Непатогенный мутант патогенного для риса гриба Magnaporthe grisea вызывал целый ряд защитных метаболи- ческих реакций и перестройку актинового цитоскелета [Хи et al., 1998]. Б ОЛЬШОЙ интерес вызывает информация о том, что глю- кановые фрагменты из клеточных стенок фитофторы вы- зывали снижение содержания мРНК одной из двух обнару- женных изоформ тубулина, причем это было вызвано не подавлением экспрессии гена тубулина, а деградацией тубу- линовой мРНК, опосредованной глюканиндуцированным повышением содержания ионов кальция в цитозоле [Ebel et al., 2001]. Вызванная липохитоолигосахаридами (Nod-факторами) быстрая деполимеризация актина считается главной причи- ной успешного проникновения бактерий Rhizobium в кор- невые волоски с последующим образованием клубеньков у бобовых растений [Cardenas et al., 1998; Ruijter et al., 1998]. Обнаружено, что при бактериальной атаке растений одним из наиболее быстро индуцируемых белков является цент- рин цитоскелета [Cordeiro et al., 1998]. Итак, есть все основания считать, что цитоскелет связан с сигнальной сетью и его изменения являются частью за- щитного механизма против патогенных грибов и бактерий. С другой стороны, вирусы могут использовать микротру- бочки цитоскелета для передвижения от клетки к клетке через плазмодесмы [Heinlein et al., 1995], и в этом случае ци- тоскелет скорее способствует инфицированию растений, а не их защите. жүктеу/скачать 3,42 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|