Файл: Сигнальные системы клеток растений.pdf

Рис. 46. Регуляция функционирования кальциевой сигнальной 

системы интермедиатами других сигнальных систем

ИФ

4

 - 

инозитолтетракисфосфат; КЗПК - кальцийзависимая проте-

инкиназа; МФЛ - мембранные фосфолипиды; ПКА - протеинкиназа А; 

ПКС 

- 

протеинкиназы  С;  ПЛ  -  плазмалемма;  ФЛС  -  фосфолипаза  С. 

Остальные обозначения - см. рис. 42 

Рис. 47. Регуляция функционирования липоксигеназной сигналь-

ной системы интермедиатами других сигнальных систем

ГПО-ПЖК  -  гидропероксипроизводные  полиеновых  жирных  кис-

лот; ЖК - жасмоновая кислота; ЛФС - лизофосфатиды; МФЛ - мемб-

ранные фосфолипиды; окси-эпокси-ПЖК - гидропероксиформы поли-

еновых жирных кислот; ПЛ -  плазмалемма; ФЛА

2

  - 

фосфолипаза А

2

; 

С

6

, С

9

, С

12

 - 

шести-, девяти- и двенадцатиуглеродные продукты лиазных 

реакций. Остальные обозначения - см. рис. 42 

фосфолипазу А

2

и липоксигеназу [Macri et al., 1994]. Необ 

ходимо отметить, что липоксигеназы являются одними из 

наиболее  регулируемых  ферментов  всех  сигнальных  сис 

тем, причем ее изоформы различным образом отвечают на 

одни и те же воздействия. Перекись водорода активирует 

фосфолипазу А

2

 [Stennis et al., 

1998] и липоксигеназу [Doares 

et  al., 1995b], 

цГМФ  ингибирует  фосфолипазу  А,  [Ванин, 

1998]. 

'

В НАДФН-оксидазной системе (рис. 48) активность од-

ноименного фермента может регулироваться вторичными 

посредниками других сигнальных систем. В животных клет-

ках фосфатидная кислота активирует супероксидсинтазную 

систему, но в растительных этот эффект не был обнаружен 
[Schroeder et al., 

1997], хотя и предполагается [Wang, 1999], 

что не исключена возможность функционирования специ-

фической фосфатидатзависимой протеинкиназы, осуществ-

ляющей фосфорилирование белка 47 кДа, принимающего 

участие в конструировании активной формы НАДФН-ок-

сидазы.

Фосфолипаза С и Са

2+

активировали НАДФН-оксидазу 

[Harding, Roberts, 1998; Legendre et al., 1993; Xing et al., 1997; 
Keller et al., 

1998], что свидетельствует о влиянии кальцие-

вой системы. Кальмодулинзависимая НАД-киназа стимули-

ровала превращение цитозольного НАД в НАДФ, обеспе-

чивая  достаточную  интенсивность  функционирования 

НАДФН-оксидазной системы. Полиеновые жирные кисло-

ты  и  лизофосфатиды  активировали  НАДФН-оксидазу 
[Brightman  et  al., 

1990],  а  цГМФ  ингибировал  ее  [Ванин, 

1998]. Возрастание концентрации оксида азота может при-

вести к повышению интенсивности его связывания с супер-

оксидным радикалом с образованием пероксинитрита [Волин 

и др., 1998]. В результате этого снижаются концентрация 

О

2

и скорость образования из него перекиси водорода в ходе 

реакции,  катализируемой  супероксиддисмутазой.  В  то  же 

время  N0  ингибирует  каталазу  [Волин  и  др.,  1998],  что 

должно привести к повышению содержания перекиси водо-

рода. По всей вероятности, итог этого противоположного 

влияния  на  содержание  Н

2

О

2

зависит  от  концентрации 

оксида азота.

В  настоящее  время  интенсивно  исследуется 

регуляция ферментов NO-синтазной системы (рис. 49). Са

2+

активиро-

Рис. 48. Регуляция функционирования НАФН-оксидазной сиг-

нальной системы интермедиатами других сигнальных систем

Кат  -  каталаза;  ЛФС  -  лизофосфатиды;  НАДФН-О  -  оксидаза 

НАДФН; ПЛ - плазмалемма; ФЛС - фосфолипаза С. Остальные обо-

значения - см. рис. 42

Рис. 49. Регуляция функционирования NO-синтазной сигнальной 

системы интермедиатами других сигнальных систем 

ГЦ - гуанилатциклаза; КМ - кальмодулин; ПЛ - плазмалемма; NO-S - NO-

синтаза. Остальные обозначения - см. рис. 42 
 
 

вал NO-синтазу [Малышев, Манухина, 1998; Cho et al., 1998], 

так  же  как  полиеновые  жирные  кислоты  и  их  гидроперок-

сиформы  [Ванин,  1998].  Перекись  водорода  активировала 

гуанилатциклазу [Волин и др., 1998]. 

Несмотря на то что вопрос о существовании самостоятельной 

протонной 

сигнальной 

системы 

может 

считаться 

дискуссионным,  необходимо  рассмотреть  возможности  ее 

регуляции интермедиатами других систем. Эти возможности 

сводятся  к  изменению  активности  ионных  каналов  и 

мембранных АТФаз (в том числе протонных помп), что было 

проанализировано в предыдущем разделе. 

ПАТОГЕНИНДУЦИРУЕМЫЕ БЕЛКИ

При изучении особенностей влияния патогенов на рас-

тения (с использованием методов хроматографии и элек-

трофореза)  было  обнаружено  интенсивное  накопление  в 

инфицированных  тканях  нескольких  так  называемых  па-

тогениндуцируемых  полипептидов  (PR) [Neumann  et 
al.,1989]. 

В дальнейшем в результате применения все боль-

шего  арсенала  методов  удалось  значительно  расширить 

круг патогениндуцируемых полипептидов, в том числе за 

счет минорных полипептидов, содержание которых может 

быть  невысоким.  Назрел  вопрос  о  классификации  патоген-

индуцируемых  и  элиситориндуцируемых  белков  по  их 

функциональной принадлежности, по роли в формирова-

нии иммунитета у растения-хозяина и в подавлении разви-

тия патогена.

При  инфицировании  патогенами  в  клетках  растений 

происходит  репрограммирование  экспрессии  генов,  прояв-

ляющееся  в  замедлении  синтеза  одних белков и  усилении 

образования  или  появлении  других,  отсутствующих  в  тка-

нях неинфицированных растений. Было выявлено, что это 

происходит с помощью сигнальных соединений - элисито-

ров. Некоторые из них продуцируются микроорганизмами 

(например,  белок  криптогеин  -  фитопатогенным  грибом 
Phytophthora cryptogea  [Ricci et  al., 

1989]), другие образуют-

ся в клетках растений.

Можно  подразделить  все  патоген(элиситор)индуцируе-

мые белки на несколько групп по тем функциям, которые 

они  выполняют.  Одни  являются  участниками  сигнальных 

систем растений, и их интенсивное образование обеспечива-

ет усиление восприятия, преобразования и передачи в гене-

тический аппарат элиситорного сигнала, другие ограничи-

вают питание  патогенов.  Третьи  патогениндуцируемые

белки катализируют  образование  низкомолекулярных рас-

тительных антибиотиков - фенилпропаноидных или терпе-

ноидных  фитоалексинов.  Четвертые  катализируют  реак-

ции укрепления клеточных стенок растений, пятые вызыва-

ют  самоубийство  инфицированных  и  соседних  клеток. 

Функционирование  всех  этих  патогениндуцированных  бел-

ков может существенно ограничивать распространение ин-

фекции  по  растению.  Наконец,  шестая  группа  белков  мо-

жет  непосредственно действовать на  структуры  и  функции 

патогенов,  прекращая  или  подавляя  их  развитие.  Некото-

рые из этих белков вызывают деградацию клеточной стен-

ки грибов и бактерий, другие дезорганизуют функциониро-

вание  их  клеточной  мембраны, изменяя  ее проницаемость 

для  ионов,  третьи  подавляют  работу  белоксинтезирующей 

машины, блокируя синтез белков на рибосомах грибов и бак-

терий или действуя на вирусную РНК.

Патогениндуцируемые  белки  -  участники  сигнальных 

систем  клеток. 

Результаты  многочисленных  исследований 

убеждают  в  возможности  элиситориндуцируемого  образо-

вания как начальных белковых участников сигнальных сис-

тем - рецепторов [Warren et al., 1998], и функционально свя-

занных  с  ними  G-белков  [Terryn  et  al.,  1993;  Ichinose  et 
al.,1999], 

а также ингибиторов диссоциации G-белков [Kim 

et  al.,  1999], 

так и конечных - факторов регуляции транс-

крипции  [Da  Costa  de  Silva  et  al.,1993;  Rushton,  Somssich, 
1998; Eulgem et al., 1999; Lee et al., 

2001] (рис. 50 ).

Имеются  данные  и  об  элиситориндуцируемой  актива-

ции  синтеза  белковых  промежуточных  продуктов  раз-

личных  сигнальных  систем,  в  частности  об  экспрессии  ге-

нов  фосфолипазы  Д  [Young  et  al.,  1996],  МАР-киназы 
[Takezawa,1999], 

экспрессии генов кальмодулина, участвую-

щего в функционировании кальциевой сигнальной системы 
[Bergey,  Ryan,1999;  Heo  et  al.,1999], 

генов ретикулоплазми-

нов (белков эндоплазматической сети) - BIP и кальретику-

лина,  играющего  определенную  роль  в  связывании  ионов 

кальция и в связи с этим способного участвовать в регуля-

ции  функционирования  кальциевой  сигнальной  системы 
[Denecke  et  al.,1995]. 

При грибной инфекции индуцируется 

мессенджерный  белок  29,2  кДа,  аналогичный  многофунк-

циональным  кальцийзависимым  протеинкиназам  [Brandt  et 
al.. 1992].

Рис. 50. Схема патогениндуцируемого образования интермедиа-

тов сигнальных систем

1 — 

рецепторный белок; 2 - стартовый фермент сигнальной систе-

мы; 

3 

- 

протеинкиназы (ПК); 

4 

- 

фосфопротеинфосфатазы (ФПФ); 5 -

факторы регуляции транскрипции (ФРТ); 

6 

- 

протеиназы, разрушаю-

щие рецептор. (+) - активация, (-) - ингибирование сигнальных систем. 

Е - стартовый фермент сигнальной системы; К - кутикула; КС - кле-

точные стенки

В  липоксигеназной  сигнальной  системе  было  обнару-

жено  патоген-  и  элиситориндуцируемое  повышение  содер-

жания  мРНК,  кодирующих  различные  формы  липоксиге-

наз  [Melan  et  al.,1993;  Peng  et  al.,1994;  Veronesi  et  al.,1996; 
Schweizer  et  al.,1997; 

Гречкин,  Тарчевский,  1999].  Анало-

гичный эффект обнаруживался при действии экзогенных 

абсцизовой [Melan et al., 1993] и салициловой [Feussner et 
al., 1997b] 

кислот,  а  также  метилжасмоната  [Bell,  Mullet, 

1993;  Bergey,  Ryan, 

1999].  Показано  патогениндуцирован-

ное накопление в растениях циклооксигеназы, гомологич-

ной  простагландиновому  ферменту  у  животных  [Sanz  et 
al.,1998], 

а  также  представителей  семейства  цитохромов 

Р-450, к которым относят и некоторые ферменты липок-

сигеназной сигнальной системы [Song, Brash, 1991]. Необ-

ходимо  отметить,  что  тот  или  иной  стрессор  или  сигнал 

может вызывать неодинаковую интенсивнось и временной 

ход накопления транскриптов различных форм липоксиге-

наз [Saravitz, Siedow,1996]. Патогены [Kirsch et al., 1997],

так же как метилжасмонат [Nishiuchi et al., 1997], вызыва-

ли  экспрессию генов десатураз,  обеспечивая  образование 

полиеновых  жирных  кислот  из  насыщенных,  необходи-

мых  для  осуществления  начальных  реакций  липоксигеназ-

ной  сигнальной  системы.  Еще  один  автокаталитический 

цикл  -  это  индукция  метилжасмонатом  экспрессии  генов 

десатуразы,  катализирующей  превращение  линолевой 

кислоты  в  линоленовую.  По  всей  вероятности,  это  самый 

протяженный  автокаталитический  оксилипиновый  цикл 

(см. рис. 21). Недавно [Seo et al., 2001] был обнаружен еще 

один  автокаталитический цикл, заключающийся  в индук-

ции  метилжасмонатом  экспрессии  гена  метилтрансферазы 
(S-

аденозил-метионин:  жасмоновая  кислота  -  карбоксил 

метилтрансферазы),  катализирующей  реакцию  метилиро-

вания жасмоновой кислоты.

В супероксидсинтазной системе патогены индуцировали 

экспрессию  генов  супероксиддисмутазы,  глутутион-S-

трансферазы,  глутатион-пероксидазы  [Levine,  1994; 
Vanacker et al., 

1998], но подавляли экспрессию генов аскор-

бат-пероксидазы и каталазы (т.е. антиокислительные меха-

низмы),  вызывая  повышение  содержания  активных  форм 

кислорода, что, в свою очередь, приводило к образованию 

патогениндуцированных белков [Mittler et al., 1999]. Однако 

имеются сведения о том, что содержание транскриптов ци-

топлазматической аскорбат-пероксидазы, с помощью кото-

рой происходит в значительной степени детоксикация пере-

киси  водорода,  повышается  при  инфицировании  патогена-

ми, в то время как синтез фермента подавляется посттранс-

крипционно [Mittler et al., 1998].

В NO-синтазной сигнальной системе возможна не толь-

ко активация предсуществующей NO-синтазы элиситором -

протеогликаном из крокуса [Escribano et al., 1999], но и эли-

ситориндуцированная  экспрессия  этого  фермента.  Имеют-

ся  также  факты  противоположного  влияния.  Сесквитерпе-

новые  лактоны  из  некоторых  мексиканских  и  индийских 

лекарственных  растений  подавляли  экспрессию  NO-синта-

зы в животных клетках [Wong, Menendez, 1999]. Таким же 

действием  обладало  и  кумариновое  соединение  скополетин 
[Kang  et  al., 1999]. 

Триптохинон растений подавлял липопо-

лисахарид-индуцированную  экспрессию  индуцибельной 
NO-

синтазы в животных тканях [Niwa et al,, 1996].