ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 01.12.2019
Просмотров: 3411
Скачиваний: 3
вышения содержания и изменения соотношения оксилипи-нов заключается в активации ферментов, в первую очередь катализирующих начальные реакции липоксигеназного метаболизма: фосфолипаз и липоксигеназ [Maccarone et al., 1992; Sembdner, Parthier, 1993; Macri et al., 1994; Rosahl, 1996; Royo et al., 1996]. К сожалению, данных об изменениях активности других ферментов липоксигеназной системы очень мало. Имеются лишь сведения, что элиситоры [Kondo et al., 1995] и метилжасмонат [Adviushko et al., 1995] активируют гидропероксидлиазу, а перекись водорода [Takamura, Gardner, 1996] ингибирует пероксигеназу.
Интенсификация липоксигеназного метаболизма осуществляется не только за счет активации уже имеющихся в клетках ферментов, но и за счет повышения их содержания, вызванного индукцией экспрессии генов (образования соответствующих мРНК и с их помощью белков-ферментов). Было обнаружено повышение содержания мРНК, кодирующих различные формы липоксигеназ, под влиянием механического повреждения растений [Bell, Mullet, 1991; 1993; Geerts et al., 1994; Royo et al., 1996; Heitz et al., 1997; Mauch et al., 1997; McConn et al., 1997], обезвоживания [Bell, Mullet, 1991; Maccarrone et al., 1995], повышенных температур [Maccarrone et al., 1992], патогенов [Melan et al., 1993; Peng et al., 1994; Veronesi et al., 1996; Schweizer et al., 1997], абсцизо-вой кислоты [Maccarrone et al., 1995], жасмоновой кислоты [Veronesi et al., 1996; Schweizer et al., 1997], метилжасмоната [Bell, Mullet, 1991; 1993; Melan et al., 1993], гибберелловой кислоты [Veronesi et al., 1996], ограничения потребления асси-милятов репродуктивными органами [Jensen et al., 1997] и т.д. При этом тот или иной стрессор или сигнал может вызывать неодинаковую интенсивнось и временной ход накопления транскриптов различных форм липоксигеназ [Eiben, Slusarenko, 1994; Royo et al., 1996; Saravitz, Siedow, 1996].
Активация процессов транскрипции генов, кодирующих липоксигеназы, приводит к повышению интенсивности ок-сигенирования свободных и эстерифицированных (находящихся в составе галактолипидов и фосфолипидов) ненасыщенных жирных кислот, а также дальнейших превращений их оксигенированных форм.
Многие исследователи нашли, что гидроперокси- и гид-роксипроизводные линолевой и линоленовой кислот, обра-
зующиеся в инфицированных растениях, обладают антимикробным действием [Kato et al., 1992; Namai et al., 1993]. Среди них самая высокая фунгицидная активность у гидроперокси- и гидроксикислот [Kato et al., 1983; 1986]. Антимикробные свойства обнаружены также у эпокси- и эпоксигидрок-сипроизводных линолевой и линоленовой кислот [Kato et al., 1986; и др.]. Гексенали и гексенолы являются одними из наиболее важных антимикробных [Croft et al., 1993; Deng et al., 1993] и антигрибных [Hamilton-Kemp et al., 1992; Vaughn, Gardner, 1993] агентов, обеспечивающих первичную химическую защиту раневой поверхности растения от атаки патогенов [Croft et al., 1993]. Примечательно, что транс-2-гек-сеналь обладает большей бактерицидной активностью, чем цмс-3-гексеналь. Нонадиенали также обладают бактерицидными и фунгицидными свойствами [Hamilton-Kemp et al., 1992; Vaughn, Gardner, 1993]. Фунгицидную активность проявляет 13-оксо-тридека-9,11 -диеновая кислота, образующаяся в растениях под влиянием элиситоров [Kondo et al., 1995].
Оксилипины участвуют в механизмах защиты не только против инфекции, но и листогрызущих насекомых [Doss et al., 1989; Farmer, Ryan, 1990; Howe et al., 1996]. Имеются сведения о том, что у некоторых видов растений сигналом, вызывающим защитную реакцию в ответ на атаку насекомых, является жасмонат [Farmer, Ryan, 1990; Howe et al., 1996]. В растениях люцерны был обнаружен макролактон [Doss et al., 1989] упоминавшейся ранее 12-гидрокси-9^)-додецено-вой кислоты, определяющий устойчивость люцерны по отношению к насекомому-вредителю Medicago rugosa Desr.
Важен вопрос о внутриклеточной локализации различных реакций липоксигеназного метаболизма. В большинстве клеток растений эта сигнальная цепь начинается в плаз-малемме и продолжается в цитоплазме. Однако в клетках, содержащих хлоропласты, ситуация сильно осложняется. Дело в том, что хлоропласты являются основным вместилищем полиеновых жирных кислот (входящих главным образом в состав галактолипидов), которые освобождаются при повышении активности липазных реакций, вызванном, например, атакой патогенов [Marechal et al.,1997]. В хлоропла-стах имеется набор ферментов, участвующих в образовании интермедиатов липоксигеназной сигнальной системы: деса-
туразы жирных кислот [Nishiuchi et al.,1997], липоксигена-зы, алленоксидсинтазы [Song et al., 1993; Laudert et al., 1996; Maucher et al., 2000; Froehlich et al., 2001], алленоксидцикла-зы [Ziegler et al., 2000], лиазы гидропероксипроизводных по-лиеновых жирных кислот fBlee, Joyard, 1996; Zhuang et al., 1996; Froehlich et al., 2001]. Все перечисленные ферменты имеют ядерное происхождение, и при транспорте в хлоро-пласты от первых трех отщепляется сравнительно небольшой "транзитный" полипептид [Ziegler et al., 2000; Froehlich et al., 2001]. Четвертые не имеют транзитного фрагмента и поэтому не могут проходить внутрь хлоропласта через внешнюю мембрану оболочки [Froehlich et al., 2001]. Место локализации первых двух - мембраны тилакоидов, третьих - внутренняя мембрана оболочки хлоропластов, четвертых - цитоплазматическая поверхность внешней мембраны оболочки. Давно установлено, что индукция синтеза некоторых ферментов липоксигеназного метаболизма биотическими и абиотическими стрессорами в большей степени характерна для хлоропластных изоформ (например, липокси-геназ [Bell, Mullet, 1993; Maccarrone et al., 1994; Bell et al., 1995; Heitz et al., 1997; Voros et al., 1998]). Все это позволяет считать, что хлоропласты могут вносить существенный вклад в функционирование липоксигеназной сигнальной системы и в формирование адаптационного синдрома в фото-синтезирующих клетках. Имеются основания полагать, что алленоксидциклазное и гидропероксидлиазное направления липоксигеназного метаболизма обеспечиваются в хлоро-филлсодержащих клетках главным образом хлоропластами. До сих пор не решено, каким образом "включается" ли-поксигеназный метаболизм хлоропластов, особенно в тех случаях, когда рецептор внешнего химического сигнала локализован в плазмалемме. Неясно, какова природа сигналов, участвующих в быстрой передаче информационного импульса от плазмалеммы к хлоропластам. Относительно недавно обнаружено, что при действии патогенов, элисито-ров и механического повреждения тканей листьев происходит быстрое освобождение фосфатидной кислоты вследствие активации фосфолипазы Д (см. раздел Фосфотидатная сигнальная система) и только после этого - появление лизо-фосфатидов благодаря активации фосфолипазы А2. Интересно, что ингибирование фосфолипазы Д приводило к тор-
можению индукции синтеза хлоропластной липоксигеназы (ЛОГ2), алленоксидсинтазы и интенсивности образования жасмоната [Wang, 2000]. Эти данные позволяют выстроить следующую вероятную сигнальную цепь: элиситор —> рецептор плазмалеммы —> активация ассоциированной с плаз-малеммой фосфолипазы Д —> фосфатидная кислота —> транспорт фосфатидата в хлоропласты —> активация хлоропластных фосфолипазы А2 и ацилгидролаз —> освобождение линоленовой и линолевой кислот —> липоксигеназный метаболизм. Передача информации по этому сигнальному пути должна осуществляться достаточно быстро, так как появление значительных количеств гексеналей регистрируется через десятки секунд после механического воздействия на листья (запах свежескошенной травы).
Не исключено, что в сигнальную цепь между плазма-леммой и хлоропластами входит повышение концентрации ионов кальция в цитозоле (кальциевая волна от плазмалеммы к хлоропластам), но этот механизм вызывает определенные сомнения, если принять во внимание относительную автономность ионного режима хлоропластов. С другой стороны, наличие в оболочке хлоропластов кальциевых каналов и помп заставляет с вниманием отнестись к этой гипотезе. Поддерживают необходимость поисков в этом направлении результаты специальных опытов по изучению возможности передачи воспринимаемого плазмалеммой сигнала в другие клеточные органеллы - митохондрии. Оказалось, что сигналиндуцированное преходящее повышение содержания ионов кальция в цитозоле приводит к быстрому и также временному возрастанию их концентрации в митохондриях [Rizzuto et al., 1992].
Нельзя исключить не опосредованного плазмалеммой включения липоксигеназного метаболизма в хлоропластах. Известно, что различные стрессоры вызывают нарушения В функционировании системы фотосинтетического электронного транспорта и это приводит к существенным нарушениям структуры тилакоидных мембран, проявляющимся В распаде белка Д1 фотосистемы II. Возможно, что конфор-мационные изменения мемран тилакоидов при фотострессе и являются первичным сигналом, способным активировать гидролазы и, вследствие этого, освобождать полиеновые жирные кислоты из галактолипидов и фосфолипидов и
"включать"
липоксигеназный каскад в хлоропластах.
Эти вопросы
составляют лишь часть проблемы участия
хлоро-пластов
в функционировании липоксигеназнои
сигнальной системы
и общей сигнальной сети клеток растений.
В настоящее время имеется достаточно убедительная информация, чтобы считать липоксигеназный путь превращения мембранных липидов самостоятельной сигнальной системой. Одним из признаков сигнальных систем является не только передача сигнала в генетический аппарат клеток, но и его значительное усиление (принцип фотоумножителя). Взаимодействие одной исходной сигнальной молекулы с рецептором может привести к появлению миллионов молекул, определяющих ответную реакцию клетки. Так же как в других сигнальных системах, в липоксигеназнои взаимодействие первичного сигнала с рецептором плазмалеммы активирует фермент (фосфолипазу А2), обеспечивающий передачу информации по сигнальной цепи. Накопление свободных линолеата или линолената (субстратов липоксигеназ), вызванное активацией фосфолипазы А, приводит к экспрессии генов липоксигеназ [Veronesi et al., 1996], активируя тем самым липоксигеназную сигнальную систему.
Одной из особенностей усиления сигналов в липоксигеназнои системе является использование нескольких видов автокаталитических процессов (циклов). В частности, это -автокаталитическое усиление сигнала с участием ионов кальция и кальмодулина (рис. 21) [Leshem, 1987]. Образующиеся в плазмалемме из линолената или линолеата гидро-пероксиформы этих кислот могут выступать в роли ионо-форов, переносящих ионы кальция снаружи внутрь клетки по градиенту концентрации (известно, что концентрация ионов кальция за пределами плазмалеммы на 2-3 порядка выше, чем в цитозоле). Повышение концентрации ионов кальция в цитозоле приводит к активации фосфолипаз А при участии кальмодулина и вследствие этого - к еще большему освобождению полиеновых жирных кислот из фос-фолипидов. Второй механизм усиления липоксигеназного метаболизма - это опосредованная жасмонатом [Jensen et al., 1997] или метилжасмонатом [Bell, Mullet, 1991; 1993; Melan et al., 1993; Geerts et al., 1994; Eiben, Slusarenko, 1994; Avdiushko et al., 1995; Veronesi et al., 1996] индукция экспрессии генов липоксигеназ (см. рис. 21), приводящая к
Рис. 21. Автокаталитические реакции в липоксигеназнои сигнальной системе [Гречкин, Тарчевский, 1999]
ДСТ - десатураза; ЖК - жасмоновая кислота; КМ - кальмодулин; | КМ-Са] - комплекс кальмодулин-Са; ЛОГ - липоксигеназа; МеЖК -метилжасмонат; ФДК - фитодиеновая кислота; ФЛА2 - фосфолипаза А2
повышению скорости оксигенирования линолеата и линолената. Третий автокаталитический цикл - индукция метилжасмонатом экспрессии генов десатуразы, катализирующей превращение линолевой кислоты в линоленовую [ Nishiuchi et al., 1997]. По всей вероятности, это самый протяженный автокаталитический оксилипиновый цикл (см.