Файл: Сигнальные системы клеток растений.pdf

Рис. 40. Дивергенция сигнальных путей, обусловленная несколь-

кими  сайтами  фосфорилирования  у  одной  молекулы  рецептор-

ной протеинкиназы [Cohen, 2000]

ДАГ  -  диацилглицерол;  ИФ

3

  - 

инозитолтрисфосфат;  ККМАРК  -

киназа  киназы  МАР-киназы;  МАРК  -  митогенактивируемая  протеин-

киназа;  ПЛ  -  плазмалемма;  Р  -  остатки  фосфорной  кислоты;  ФИЗК  -

фосфатидилинозитол-3-киназа; ФЛС - фосфолипаза С 

[Delledone et al., 

1998], так и интеграции некоторых из них 

[Cheng et al., 

1998; и др.].

Одним  из  наиболее  простых  случаев  взаимодействия 

сигнальных  систем  может  считаться  взаимопревращение 

"стартовых"  фосфолипидов,  принадлежащих  двум  различ-

ным  сигнальным  системам  -  кальциевой  и  фосфатидатной 
[Munnik et al., 1998; Munnik, 2001]:

ФЛС 

ДАГ-киназа     

Диацилглицерол-

пирофосфат

Найдено образование из фосфатидной кислоты диацил-

глицеролпирофосфата [Van der Luit et al., 2000], роль кото-

рого в сигнальных процессах может быть двоякой: снижение 

содержания основного сигнального соединения фосфатида-

та  и  активация  специфической  протеинкиназы.  Возмож-

ность  активации  протеинкиназ  диацил-глицеролом,  лизо-

фосфатидами и фосфатидной кислотой уже отмечалась в 

разделах,  посвященных  кальциевой,  липоксигеназной  и 

фосфатидатной сигнальным системам.

Отмечено взаимодействие сигнальных систем на уровне 

факторов  регуляции  транскрипции,  имеющих  много  мест 

фосфорилирования,  которые  могут  обслуживаться  проте-

инкиназами,  активируемыми  разными  сигнальными  систе-

мами [Hill, Treisman, 1995], что еще более выражено у оли-

гомерных  активных  форм факторов  регуляции транскрип-

ции,  по  сравнению  с  неактивными  мономерными  [Cohen, 

2000] (рис. 41).

К настоящему времени накопилось немало фактов, сви-

детельствующих  о  возможности  модулирования  (активации 

или  ингибировании)  одних  сигнальных  систем  с  помощью 

промежуточных  продуктов  (вторичных  посредников)  дру-

гих. В циклоаденилатной системе таким сигнальным интер-

медиатом  является  цАМФ,  в  фосфатидатной  -  фосфатид-

ная кислота, в МАР-киназной - различные протеинкиназы, 

в  кальциевой  -  инозиттрисфосфат  и  инозиттетракисфос-

фат, диацилглицерин и ионы кальция, в липоксигеназной -

Диацилглицерол

Фосфатидат

Фосфатидат-киназа

Рис. 41. Конвергенция сигнальных систем [Cohen, 2000]

ПКА и ПКВ - протеинкиназы А и В; ФРТ - фактор регуляции 

транскрипции. Остальные обозначения - см. рис. 40

полиеновые жирные кислоты, их гидроперокси-, гидрокси-, 

эпокси-,  кето-,  циклические  и  другие  производные,  в 

НАДФН-оксидазной - активные формы кислорода (напри-

мер, супероксидный анионрадикал и перекись водорода) и 

салицилат, в NO-синтазной - окись азота, цГМФ, цАДФ-ри-

боза и салицилат. Если активация (или инактивация) фер-

ментов сигнальных систем или белков ионных каналов осу-

ществляется с помощью фосфорилирования или дефосфо-

рилирования, то в качестве сигнальных интермедиатов мо-

гут выступать, соответственно, протеинкиназы или проте-

инфосфатазы.

К  числу  сигнальных  интермедиатов  кальциевой  сиг-

нальной системы растений относятся различные изофор-

мы кальмодулина, причем одни из них активируют, а дру-

гие  при  той  же  концентрации  инактивируют  определен-

ную  Са

2+

-

кальмодулинзависимую  (например,  NO-синтаз-

ную)  реакцию.  В  зависимости  от  концентрации  той  или 

иной изоформы могут активироваться или ингибировать-

ся  ферменты  различных  сигнальных  систем.  Неодинако-

вая  интенсивность  экспрессии  изоформ  кальмодулина  в 

зависимости  от  условий  (при  действии  различных  типов 

элиситоров)  может  определять  преимущественное  вклю-

чение той или иной сигнальной системы [Cho et al., 1998]. 

Кальмодулин может оказывать неодинаковое влияние не 

только на различные сигнальные системы, но и на звенья 

одной и той же системы. Например, Са

2+

-

кальмодулин мо-

жет  стимулировать  не  только  приходную  часть  баланса 

цАМФ,  но  и  расходную,  активируя  фосфодиэстеразу 

цАМФ [Brown, Newton, 1981]. Разница в степени актива-

ции аденилатциклазы и фосфодиэстеразы (а значит, и со-

держание  цАМФ)  зависит  от  концентрации  комплекса 

Са

2+

—

кальмодулин. Та же закономерность прослеживается 

и при анализе влияния ионов кальция и кальмодулина на 

активность протеинфосфатаз и в связи с этим на степень 

фосфорилированности  различных  белков,  в  том  числе 

участников сигнальных систем.

На рис. 42 показаны не только основные участники сиг-

нальных цепей, но и места активации или ингибирования их 

основных ферментов. Как и в случае обычных метаболиче-

ских цепей, главным объектом регуляции в сигнальных си-

стемах является фермент первой реакции.

В  аденилатциклазной  сигнальной  системе  таким  фер-

ментом является аденилатциклаза (рис. 43). Она активиру-

ется  относительно  низкими  концентрациями  ионов  каль-

ция  [Brown,  Newton,  1981]  и  Са

2+

-

кальмодулином,  оксиге-

нированными  производными  полиеновых  жирных  кислот 

[Маеда, Акаике, 1988], но ингибируется относительно вы-

сокими  концентрациями  Са

2+

  [De  Bernardi,  Brooker,  1996]. 

Комплекс  Са

2+

-

кальмодулин  может  стимулировать  не 

только  приходную  часть  баланса  цАМФ, но  и  расходную, 

активируя фосфодиэстеразу цАМФ [Brown,  Newton,  1981]. 

Разница  в  степени  активации  аденилатциклазы  и  фосфо-

диэстеразы  (а  значит,  и  содержание  цАМФ)  зависит  от 

концентрации  комплекса  Са

2+

-

кальмодулин.  Приводятся 

также  данные  об  активации  фосфодиэстеразы  цАМФ  с 

помощью  фосфатидной  кислоты  [Munnik  et  al.,  1998; 
Munnik, 2001].

Как  уже  отмечалось,  интермедиаты  липоксигеназной 

сигнальной системы ГДК и МеЖК активировали в присут-

ствии цАМФ протеинкиназную активность на 33-48% [Ка-

римова  и  др.,  19996].  Салициловая  кислота  индуцировала 

повышение  уровня  цАМФ-зависимой  фосфорилирован-

ности полипептидов 74, 61, 22 кДа в листьях гороха [Муха-

метчина, 2000]. цАМФ-стимулируемая протеинкиназная ак-

тивность  растворимых  белков  листьев  гороха  зависела  от 

концентрации Са

2+

[Каримова и др., 1989; Каримова, Жуков, 

1991].  Есть  данные  об  ингибировании  моноокисью  азота 

аденилатциклазы  в  клетках  животных  [Watson  et  al., 
2001].

Функционирование  МАР-киназной  системы  также  мо-

жет регулироваться интермедиатами других сигнальных пу-

Рис. 42. Совокупность сигнальных систем клеток растений

ДАГ - диацилглицерол; ЖК - жасмоновая кислота; ИФ

3

 - 

инози-

толтрисфосфат; ККМАРК - киназа киназы МАР-киназы; КМАРК — 

киназа МАР-киназы; ЛОГ - липоксигеназа; ЛФС — лизофосфатиды; 

МАРК  —  митагенактивируемая  протеинкиназа;  ПЖК  —  полиеновые 

жирные килоты;  ПК  -  протеинкиназы;  СК  -  салициловая кислота; 

СОД - супероксиддисмутаза; ФДК - фитодиеновая кислота; ФК - фос-

фатидная кислота; ФЛД - фосфолипаза Д; ФРТ - факторы регуляции 

транскрипции; цАДФР - циклическая АДФ-рибоза; цАМФ - цикличе-

ский  аденозинмонофосфат;  цГМФ  —  циклический  гуанозинмоно-

фосфат

Рис. 43. Регуляция функционирования аденилатциклазной сиг-

нальной системы интермедиатами других сигнальных систем

АЦ - аденилатциклаза; КМ - кальмодулин; ПКА - протеинкиназа 

А; ПЛ - плазмалемма; ФДЭ - фосфодиэстераза. > - высокие концен-

трации; < - низкие концентрации. Здесь и на последующих рисунках: 

(+) - 

активация; (-) - ингибирование. Остальные обозначения - см. 

рис. 42

Рис. 44. Регуляция функционирования МАР-киназной сигнальной 

системы интермедиатами других сигнальных систем

ЛК - линоленовая кислота; ПКА - протеинкиназа А; ПЛ - плазма-

лемма; ПФ2С - протеинфосфатаза 2С. Остальные обозначения - см. 

рис. 

42

тей (рис.  44).  Обнаружено,  что цАМФ  или цАМФ-зависи-

мая ПКА ингибирует активацию элиситорами киназы ки-

назы МАР-киназы [Hunter, 1995]. Приводятся данные об ак-

тивации  фосфатидной  кислотой  МАР-киназы  WIPK 
[Munnik, 

2001], индуцируемой  механическим  повреждением 

клеток.  Обнаружено  инактивирующее  действие  линолено-

вой кислоты на протеинфосфатазу 2С [Baudouin et al., 1999], 

регулирующую  интенсивность  функционирования  МАРК 

системы.  В  результате  МАР-киназная  сигнальная  система 

активируется.

В  фосфатидатной  системе  активирует  фосфолипазу  Д 

(рис. 45) повышение концентрации ионов Са 

+

 [Munnik et al., 

1995],  возможно,  вследствие  вызванного  этим  передвиже-

нием фосфолипазы Д из цитозоля к мембранам [Ryu, Wang, 
1996]. 

Повышают  активность  части  фосфолипаз  Д  проте-

инкиназа  С,  полифосфоинозитолы,  снижают  активность 

лизофосфатиды [Munnik, 2001].

В  кальциевой  сигнальной  системе  (так  же как и  в  дру-

гих)  характер  активации  стартового  фермента  зависит  от 

концентраций  интермедиатов  других  сигнальных  систем. 

Например,  цАМФ  или  цАМФ-зависимая  ПКА  активирует 
[Kurosaki,  Nishi, 1993;  Volotovsky  et al., 

1998] или инактиви-

рует [Авдонин, Ткачук, 1994; Tertyshnikova, Fein,1998] фос-

фолипазу С (рис. 46). Установлено, что фосфатидная кислота 
[Ryu,  Wang, 

1998]  и  полиеновые  жирные  кислоты 

[Volotovsky  et  al., 

1998] активируют фосфолипазу С, а пос-

ледние  -  и  кальцийрегулируемые  протеинкиназы  [Маеда, 

Акаике, 1988]. Более сложная смесь липидов также активи-

ровала  кальцийзависимую  протеинкиназу  [Roberts,  1992]. 

Перекись  водорода  активировала  [Stennis  et  al.,  1998; 
Tertyshnikova,  Fein, 

1998],  а  цГМФ  ингибировала  [Ванин, 

1998]  фосфолипазу  С.  Как  полиеновые  жирные  кислоты, 

так и их гидропероксиформы ингибировали кальциевые ка-

налы [Ninnemann, Maier, 1996].

Для  липоксигеназной  системы  характерен  один  из  наи-

более сложных механизмов регуляции (рис. 47). На фосфо-

липазу А

2

могут действовать МАР-киназы, так как они спо-

собны вызывать фосфорилирование и вследствие этого ак-

тивацию этого ключевого фермента [Hunter,  1995]. Повы-

шение  концентраций  фосфатидной  кислоты  [Ryu,Wang, 

1998], а также ионов Са

2+

 [Scherer, 1996a,b] 

активировало

Рис. 45. Регуляция функционирования фосфатидатной сигналь-

ной системы интермедиатами других сигнальных систем

ЛФ  -  лизофосфатиды;  МФЛ  -  мембранные  фосфолипиды;  ПКС  -

протеинкиназа  С;  ПЛ  -  плазмалемма.  Остальные  обозначения  -  см. 

рис. 42