Л. Х. Гордон доктор биологических наук, профессор

торный элемент HSE (heat shock element), отсутствующий у 
других генов [Latchman, 1997]. Эта закономерность была 
подтверждена с помощью приема создания гибридных ге-
нов с промотором гена теплового шока, состыкованного с 
другим геном, обычно не изменяющим интенсивности экс-
прессии при действии повышенных температур. В случае 
же трансгенных растений начиналась его экспрессия. 
В эукариотических клетках обнаружены также промоторные 
участки со сходными последовательностями нуклеотидов у 
различных генов, индуцируемых одним и тем же интерме-
диатом (вторичным посредником) сигнальных систем, на-
пример циклическим АМФ. В последнем случае сигнальная 
последовательность нуклеотидов промоторного участка 
имеет обозначение CRE (cyclic AMP response element).
У арабидопсиса обнаружена глюкокортикоидная систе-
ма активации факторов регуляции транскрипции, включе-
ние которой приводило к экспрессии патогениндуцируе-
мых защитных генов [Н. Kang et al., 1999]. Распространен-
ными последовательностями нуклеотидов в G-боксе про-
моторов были CCACGTGG, а в С-боксе - TGACGTCA [Niu 
et al., 1999].
Вирус табачной мозаики и салициловая кислота вызы-
вали у растений табака индукцию двух генов факторов ре-
гуляции транскрипции класса WRKY, узнающих в промо-
торных участках защитных генов определенную последова-
тельность нуклеотидов - TTGAC (W-box). Активация этих 
факторов регуляции транскрипции осуществлялась с помо-
щью их фосфорилирования протеинкиназами [Chen, Chen, 
2000]. Все белки класса WRKY, в отличие от других классов 
транскрипционных факторов (таких, как bZIP и myb), име-
ют консервативный домен, содержащий гептамерный пеп-
тид WRKYGQK [Rushton, Somssich, 1998].
(
Один из доменов фактора регуляции транскрипции, от-
вечающего за преобразование жасмонатного сигнала, акти-
вирует регуляторный участок промотора нескольких генов, 
кодирующих жасмонат- и элиситор-индуцируемые белки, в 
частности стриктозидин-синтазу [Van der Fits, Memelink, 
2001]. Оказалось, что активирующим действием обладает 
N-
концевой кислый домен фактора регуляции транскрип-
ции, а обогащенный остатками серина С-концевой домен -I 
ингибирующим.
Показано, что промотор гена фенилаланин-аммиак-лиа-
зы (важнейшего стартового фермента разветвленного ме-
таболического процесса синтеза соединений, играющих за-
щитную роль, - салицилата, фенольных кислот, фенилпро-
паноидных фитоалексинов и лигнина) содержит по две ко-
пии обогащенных АС-повторами участков [Gray-Mitsumune 
ctal., 1999].
При изучении промотора гена другого фермента синте-
ia 
фитоалексинов - халконсинтазы, у культуры клеток бо-
бов, табака и риса было обнаружено, что в активации про-
мотора принимают участие G-бокс (CACGTG) в области от 
-
74 до -69 пар нуклеотидов и Н-боксы (ССТАСС) в области 
от -61 до -56 и от -126 до -121 пар нуклеотидов [Arias et al., 
1993].
В других опытах было выяснено, что при действии эли-
ситоров экспрессия гена халконсинтазы у растений гороха 
зависит от области промотора от -242 до -182 пар нуклео-
тидов, в которой два участка содержат идентичные AT по-
следовательности -ТААААТАСТ-, причем одна из них, 
располагающаяся в области от -242 до -226, была необхо-
дима для проявления максимальной активности гена [Seki et 
al., 1996].
Промотор гена стриктозидин-синтазы, одного из клю-
чевых элиситориндуцируемых ферментов синтеза терпе-
ноидных фитоалексинов, имеет активируемую факторами 
регуляции транскрипции область от -339 до -145 пар нук-
леотидов [Memelink et al., 1999]. G-бокс, расположенный 
вблизи -105 пары нуклеотидов, не влиял на активность 
промотора.
При исследовании активности гена |3-1,3-глюканазы у 
растений табака было обнаружено, что она зависит от об-
ласти промотора от -250 до -217 пар нуклеотидов, содержа-
щей последовательность -GGCGGC-, характерную для про-
моторов генов, кодирующих патогениндуцируемые щелоч-
ные белки [Alonso et al., 1995].
Так называемый PR-бокс промоторных участков мно-
гих патогениндуцируемых белков содержит последователь-
ность (5'-AGCCGCC-3'), с которой связываются соответст-
вующие факторы регуляции транскрипции, что приводит к 
экспрессии генов этих белков, в частности эндохитиназ и 
Р-1,3-глюканаз у растений томатов [Jia, Martin, 1999].

Многие гены патогениндуцируемых белков содержат в 
промоторах так называемые ocs-элементы, с которыми 
взаимодействуют факторы регуляции транскрипции, имею-
щие в своей структуре лейциновые застежки-молнии. 
У растений арабидопсиса факторы регуляции транскрип-
ции, ответственные за преобразование этиленового сигна-
ла, связываются и с GCC-боксом и с ocs-элементами промо-
торов, что приводит к экспрессии целого ряда защитных 
белков [Buttner, Singh, 1997].
Исследование трансгенных растений табака с промото-
ром щелочной хитиназы и репортерным геном GUS позво-
лило установить, что активируемая этиленовым сигналом 
область промотора находится между -503 и -358 парами ну-
клеотидов, где имеются две копии GCC-бокса (5'-
TAAGAGCCGCC-3') [Shinshi et al., 19
95], который характе-
рен для промоторов многих этилениндуцируемых белков. 
Дальнейший анализ показал, что ответственный за реак-
цию на этилен участок промотора с двумя копиями GCC-бо-
кса расположен между -480 и —410 парами нуклеотидов.
При исследовании реакции растений табака на обработ-
ку этиленом и инфицирование вирусом мозаики было обна-
ружено, что активность промотора гена (3-1,3-глюканазы 
зависит от области, расположенной между -1452 и -1193 па-
рами нуклеотидов, где имеются две копии гептануклеотида 
5-AGCCGCC-3' [Vogeli-Lange et al., 
1994]. Найдены и допол-
нительные области, существенные для регуляции актив-
ности промотора.
Рассмотренные выше элиситоры, рецепторы элисито-
ров, G-белки, протеинкиназы, протеинфосфатазы, факторы 
регуляции транскрипции, соответствующие им промотор-
ные участки генов принимают участие в функционировании 
целого ряда сигнальных систем клеток, от которых зависит 
их реакция на сигналы различной природы и интенсивно-
сти: аденилатциклазной, МАР-киназной, фосфатидатной, 
кальциевой, липоксигеназной, НАДФН-оксидазной, NO-
синтазной и протонной.
АДЕНИЛАТЦИКЛАЗНАЯ СИГНАЛЬНАЯ СИСТЕМА
Эта сигнальная система получила свое название по впер-
вые охарактеризованному Сазерлендом [Sutherland, 1962] 
ферменту аденилатциклазе, катализирующей образование 
основного сигнального интермедиата этой системы - цик-
лического аденозинмонофосфата (цАМФ). Схема адени-
латциклазной системы такова: внешний химический сигнал, 
например гормон или элиситор, взаимодействует с белком-
рецептором плазмалеммы, что приводит к активации G-
белка (связывания им ГТФ) и передаче сигнального 
импульса на фермент аденилатциклазу (АЦ), который ка-
тализирует синтез цАМФ из АТФ (рис. 6).
В аденилатциклазной системе различают Gs-белки, сти-
мулирующие аденилатциклазу, и (5,-белки, тормозящие ак-
тивность фермента. Различия между этими двумя видами 
белков определяются в основном особенностями ос-субъ-
единиц, а не (3- и у-субъединиц. Молекулярные массы oc
s
-
субъединиц G-белка равны 41-46 кДа, а
г
субъединиц -
40-
41 кДа, (3,- и Р
2
-
субъединиц - 36-35 кДа, у-субъединиц -8-
10 кДа. Связывание G-белками ГТФ и его гидролиз до ГДФ и 
неорганического ортофосфата обеспечивают обратимость 
процессов активации аденилатциклазы [Gilman, 1987].
Аденилатциклаза является мономерным интегральным 
белком плазматической мембраны и поэтому с трудом под-
дается экстракции и переходу в растворимую форму. Моле-
кулярная масса аденилатциклазы клеток животных равна 
120-
155 кДа; имеются также растворимые формы адени-
латциклазы 50-70 кДа, не чувствительные к кальмодулину 
и G-белкам [Ichikawa et al., 1997]. У растений молекулярная 
масса аденилатциклазы составляет 84 кДа. Кривая зависи-
мости активности аденилатциклазы от рН имела одновер-
шинный характер, причем пик активности для этого фер-

мента находился в области рН 4,8-5,2 [Carricarte et al., 1988]. 
Получены данные об изоформе аденилатциклазы с оптиму-
мом рН, равным 8,8 [Simonin et al., 1988].
Аденилатциклаза может модифицироваться с внешней 
стороны мембраны гликозилированием, а с внутренней -
фосфорилированием А-киназой [Северин, 1991]. Актив-
ность мембранной аденилатциклазы зависит от фосфоли-
пидного окружения - соотношения фосфатидилхолина, фо-
сфатидил-этаноламина, сфингомиелина, фосфатидилс'ери-
на и фосфатидилинозитола.
Содержание цАМФ в клетках определяется соотноше-
нием активности двух ферментов - аденилатциклазы и 
фосфодиэстеразы 3',5'-цАМФ (ФДЭ). При действии послед-
ней фосфодиэфирная связь цАМФ подвергается гидролизу, 
что приводит к появлению неактивного нециклического 5'-
АМФ.
Элиситориндуцируемое повышение содержания цАМФ 
в клетках имеет преходящий характер, что объясняется ак-
тивацией ФДЭ и, возможно, связыванием цАМФ-зависимы-
ми протеинкиназами. Действительно, повышение концент-
рации цАМФ в клетках активирует различные цАМФ-зави-
симые протеинкиназы, которые могут фосфорилировать 
различные белки, в том числе факторы регуляции транс-
крипции, что приводит к экспрессии различных генов и от-
вету клетки на внешнее воздействие.
Коэффициент умножения сигнала, достигаемый при его 
передаче в геном и экспрессии генов, составляет многие ты-
сячи. Схема умножения сигнала при функционировании 
аденилатциклазной сигнальной системы часто используется 
в учебниках биохимии [Lehninger et al., 1993]. Эта сигналь-
ная система продолжает интенсивно исследоваться на раз-
личных объектах, пополняя представления об информаци-
онном поле клеток и его связи с внешними информацион-
ными потоками.
Необходимо заметить, что вопрос о функционировании 
аденилатциклазной сигнальной системы в растительных 
объектах на протяжении почти четверти века продолжал 
оставаться дискуссионным, разделяя исследователей на ее
Рис. 6. Схема функционирования аденилатциклазной сигнальной 
системы
АЦ* - активная форма аденилатциклазы; ПКА и ПКА* - неактив-
ная и активная формы протеинкиназы А; ПЛ - плазмалемма; ФДЭ -
фосфодиэстераза; ФРТ* - активная форма фактора регуляции транс-
крипции

жүктеу/скачать 3,42 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: