Файл: tarchevskiy_i_a_signal_nye_sistemy_kletok_rasteniy.doc

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 01.12.2019

Просмотров: 3459

Скачиваний: 3

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Очень важным этапом апоптоза является активация цис-теиновых протеиназ - каспаз (сокращение от кальцийзави-симых протеиназ). С помощью ингибиторного анализа по­казано, что сериновые протеиназы не отвечают за развитие этих событий [Green,1998]. Гибель клеток затормаживалась под влиянием экзогенного ингибитора цистеиновых проте­иназ [Vardi et al., 1999] и при активации экспрессии гена эн­догенного белкового ингибитора цистеиновых протеиназ ISolomon et al., 1999]. Еще один существенный этап апопто­за - активация эндонуклеаз.

Растения имеют два основных класса ДНКаз: Zn2+- и Са2+-зависимые, и оба принимают участие в процессе апоп­тоза [Sugiyama et al., 2000]. Их активация приводит к фраг­ментации ядерной ДНК [Mittler et al., 1997; Gao, Showalter, 1999; Vardi et al., 1999; De Jong et al., 2000; Pedroso et al., 2000; Xu, Roossinck, 2000]. Исследование апаптоза животных кле­ток позволило установить, что существуют программы апоптоза и их начальными звеньями можно считать лиган-ды (первичные сигналы) апоптоза - своеобразную "черную метку" и семейство рецепторов этих лигандов.

Эти события проявляются достаточно быстро, напри­мер, фрагментация ДНК обнаруживалась через 12 ч после


Рис. 35. Схема участия кальциевой, липоксигеназной, НАДФН-оксидазной и NO-синтазной сигнальных систем в процессе апоп­тоза клеток

ГПО-ПЖК - гидропероксипроизводные полиеновых жирных кис­лот; НАДФН-О - НАДФН-оксидаза; ФЛА2 - фосфолипаза А2;

ФЛС - фосфолипаза С; NO-S - NO-синтаза; Of - супероксиданион-радикал; OONO" - пероксинитрит

воздействия перекиси водорода на протопласты из корней чечевицы, достигая максимальной величины еще через 12 ч [Maccarrone et al., 2000].

Имеются доказательства, что начальные этапы процес­са апоптоза осуществляются с помощью сигнальных систем клеток растений, "включаемых" элиситорами или(и) токси­нами патогенов. Об этом свидетельстуют, например, дан­ные, что малые G-белки могут регулировать интенсивность процесса апоптоза [Kawasaki et al., 1999], так же как проте-инкиназы и протеинфосфатазы.

Доказано, что основное участие в инициировании апоп­тоза принимают такие сигнальные системы клеток, как кальциевая [Mittler et al., 1995; и др.], НАДФН-оксидазная [Mittler et al., 1998; 1999], NO-синтазная [Pedroso et al., 2000; и др.] и липоксигеназная [Rusterucci et al., 1999; Maccarrone et

al., 2000] (рис. 35). О последнем свидетельствует предотвра­щение фрагментации ДНК при действии ингибиторов липо-ксигеназ на клетки, осуществляющие Н2О2-индуцируемый апоптоз [Maccarrone et al., 2000].

Имеются немногочисленные свидетельства участия в апоптозе МАР-киназной сигнальной системы [Suzuki et al., 1999]. МАРК-каскад регулирует апоптоз. МАРКК располо­жена выше SIPK и WIPK. У мутанта табака конститутивно экспрессируемая МАРКК индуцировала апоптоз [Yang et al., 2001].

NO независимо от АФК вызывал апоптоз у суспензии клеток арабидопсиса со всеми его атрибутами: конденсаци­ей хроматина, каспазной активностью, а ингибитор каспаз блокировал апоптоз [Clarke et al., 2000].

Предполагается, что в апоптозе животных клеток мо­жет принимать участие и аденилатциклазная сигнальная си­стема [Северин и др., 2001].

Сигнальные интермедиаты перечисленных выше систем могут активировать предсуществующие в клетках фермен­ты, а также инициировать экспрессию главных генов апоп­тоза, кодирующих эндонуклеазы [Mittler, Lam, 1995; 1997; Aoyagi et al.,1998; Tada et al., 2001] и протеиназы [De Silva et al., 1998; Solomon et al., 1999; De Jong et al., 2000; Tada et al., 2001], в том числе представителей семейства каспаз, не только специфичных для животных объектов [De Jong et al., 2000], но обнаруживаемых и у растений. Получены данные об элиситориндуцируемой экспресии генов белков, осуще­ствляющих тонкую регуляцию процесса апоптоза [Polyak et al., 1997; Pontier et al., 1998].

Патогены или элиситоры могут не только активиро­вать, но и затормаживать экспрессию некоторых генов, на­пример, катал азы и аскорбатпероксидазы [Mittler et al., 1998; 1999] - ферментов, принимающих участие в снижении уровня перекиси водорода в цитоплазме, что повышает со­держание этого сигнального соединения и, возможно, явля­ется определяющим в индукции экспрессии генов апопто­за - эндонуклеаз и протеиназ. Кстати, накапливается все больше фактов экспрессии генов, вызывающих торможе­ние развития апоптоза [Gallois et al., 1997; Gray et al., 1997; Tanaka et al., 1997; Mayda et al., 1999; Mitsuhara et al., 1999].


В активации предсуществующих ферментов на первом


этапе апоптоза (после рецепции клеткой элиситора - сигна­ла смерти) важную роль играет кальциевая сигнальная сис­тема в связи с тем, что основные ферменты, отвечающие за программируемую смерть клеток протеазы семейств каспаз и эндонуклеаз, - это кальцийактивируемые ферменты.

У животных одной из мишеней сигнального Са2+, инду­цирующего апоптогенный сигнал, являются митохондрии. Обнаружено, что сигналы, приводящие к апоптозу, вызыва­ют раннее, еще до появления первых ультраструктурных симптомов гибели клетки, повышение проницаемости внут­ренней митохондриальной мембраны, одним из последст­вий которого может считаться потеря митохондриями ци-тохрома с [Северин и др., 2001]. В цитозоле он вызывает "включение" каскада каспаз, разрушающих топоизомеразу и гистон HI, который защищает ДНК от действия эндону­клеаз на межнуклеосомальном уровне. Повышение кон­центрации ионов кальция в цитозоле может привести так­же к непосредственной активации Са2+, Mg^-зависимых эндонуклеаз.

У растений освобождение цитохрома с тоже предшест­вует морфологическим изменениям, связанным с апопто-зом [Balk, Leaver, 2001]. Оказалось, что цитохром с индуци­рует апоптоз только в окисленном состоянии. Высокий уровень цитоплазматического восстановленного глутатио-на (GSH) поддерживает его в неактивном состоянии, а Н2О2, снижая содержание GSH, вызывает апоптоз [Hancock et al., 2001].

В целом ряде работ были получены свидетельства уча­стия стрессовых фитогормонов салициловой кислоты, жас-моновой кислоты и этилена в развитии процесса апоптоза. В опытах с использованием трансгенных растений арабидоп-сиса с чужеродным геном NahG (что приводило к деградации салициловой кислоты), а также с мутантами, нечувствитель­ными к жасмоновой кислоте или этилену, было обнаружено, что апоптоз медиируется сигнальными путями, включающи­ми салицилат, жасмонат и этилен [Asai et al., 2000].

Этилен вызывал апоптоз [Mergemann, Sauter, 2000] -фрагментацию ДНК, съеживание ядра [Herbert et al., 2001], у клеток табака в культуре. Тот же эффект вызывала обра­ботка перекисью водорода [Houot et al., 2001]. Салицилат и этилен вовлечены в регуляцию апоптоза у арабидопсиса


[Greenberg et al., 2000]. В отношении салицилата это было подтверждено в опытах и других исследователей [Heath, 2000; Ludwig, Tenhaken, 2000].

Салицилат-опосредованная активация апоптоза у топо­ля ингибировалась жасмоновой кислотой [Koch et al., 2000]. Существует большая литература о взаимодействии этих двух сигнальных метаболитов. Экзогенный салицилат, в за­висимости от концентрации, может приводить как к апоп­тозу, так и к антиоксидантным защитным путям. Озон вызывал апоптозный ответ через салицилатзависимый и независимый (жасмонатный и этиленовый) пути. Если ли­стья тополя перед действием озона подвергались раневому воздействию или действию жасмоната, то уровень повреж­дений был меньше. Озониндуцированное образование по­вреждений (lesion) происходит двумя отдельными путями у двух клонов тополя. У устойчивого клона - это апоптоз, связанный со сверхчувствительностью, а у чувствительно­го - некроз, вызванный потерей антиоксидантной защиты от активных форм кислорода.


На листьях трансгенного арабидопсиса с привнесенным геном NahG (салицилатгидроксилазы) было показано [Rao, Davis, 1999], что смерть клеток наступает из-за неспособно­сти поддерживать достаточный уровень антиоксидантной защиты.

Участие топоизомеразы в качестве одного из критиче­ских звеньев осуществления апоптоза подтверждено с по­мощью ингибиторного анализа. В суспензии клеток томата ингибитор топоизомеразы I камптотецин вызывал апоптоз. Каспазный ингибитор уменьшал эффект, а этилен - усили­вал его [Orzaez et al., 2001]. Камптотецин вызывал также межнуклеосомальную деградацию ДНК у клеток культуры томата [Hoeberichts et al., 2001].

Использование трансгенных растений табака с привне­сенными антиапоптозными генами человека Вс1-2 и Bcl-xl, а также нематодным геном ced-9 [Dickman et al., 2001] пока­зало, что у них грибная инфекция не приводила к фрагмен­тации ДНК, в отличие от контрольных растений.

В последнее время предпринимаются усилия для рас­шифровки механизмов регуляции апоптоза, что может иметь и большое практическое значение для изменения ус­тойчивости растений к патогенам.