_{ЭКСПРЕССИЯ ГЕНОВ}

мента находился в области рН 4,8-5,2 [Carricarte et al., 1988]. Получены данные об изоформе аденилатциклазы с оптиму­мом рН, равным 8,8 [Simonin et al., 1988].

Аденилатциклаза может модифицироваться с внешней стороны мембраны гликозилированием, а с внутренней -фосфорилированием А-киназой [Северин, 1991]. Актив­ность мембранной аденилатциклазы зависит от фосфоли-пидного окружения - соотношения фосфатидилхолина, фо-сфатидил-этаноламина, сфингомиелина, фосфатидилс'ери-на и фосфатидилинозитола.

Содержание цАМФ в клетках определяется соотноше­нием активности двух ферментов - аденилатциклазы и фосфодиэстеразы 3',5'-цАМФ (ФДЭ). При действии послед­ней фосфодиэфирная связь цАМФ подвергается гидролизу, что приводит к появлению неактивного нециклического 5'-АМФ.

Элиситориндуцируемое повышение содержания цАМФ в клетках имеет преходящий характер, что объясняется ак­тивацией ФДЭ и, возможно, связыванием цАМФ-зависимы-ми протеинкиназами. Действительно, повышение концент­рации цАМФ в клетках активирует различные цАМФ-зави-симые протеинкиназы, которые могут фосфорилировать различные белки, в том числе факторы регуляции транс­крипции, что приводит к экспрессии различных генов и от­вету клетки на внешнее воздействие.

Коэффициент умножения сигнала, достигаемый при его передаче в геном и экспрессии генов, составляет многие ты­сячи. Схема умножения сигнала при функционировании аденилатциклазной сигнальной системы часто используется в учебниках биохимии [Lehninger et al., 1993]. Эта сигналь­ная система продолжает интенсивно исследоваться на раз­личных объектах, пополняя представления об информаци­онном поле клеток и его связи с внешними информацион­ными 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* - неактив­ная и активная формы протеинкиназы А; ПЛ - плазмалемма; ФДЭ -фосфодиэстераза; ФРТ* - активная форма фактора регуляции транс­крипции

---

сторонников [Доман, Феденко, 1976; Королев, Выскребен-цева, 1978; Franco, 1983; Яворская, Калинин, 1984; Newton, Brown, 1986; Каримова, 1994, Assman, 1995; Trewavas, Malho, 1997; Trewavas, 1999; и др.] и противников [Keates, 1973; Varner, 1975; Amrhein, 1977; Letham, 1987; Hahn, Grisebach,1983; Spiteri et al., 1989; и др.]. Первые опирались на данные о повышении активности аденилатциклазы и со­держания цАМФ под действием фитогормонов и патогенов, об имитации экзогенным цАМФ действия различных фито­гормонов, вторые - на факты, свидетельствовавшие о не­значительном содержании цАМФ в растениях, об отсутст­вии в целом ряде опытов влияния фитогормонов на актив­ность аденилатциклазы и т.д.

Успехи в области молекулярной генетики, сопоставле­ние структуры генов белков-участников аденилатциклаз-ной сигнальной системы у животных и растений склонили чашу весов в пользу сторонников ее функционирования у растений [Trewavas, Malho, 1997; Trewavas, 1999]. Результа­ты использования экзогенного цАМФ [Килев, Чекуров, 1977] или форсколина (активатора аденилатциклазы) [Ichikawa et al., 1997] свидетельствовали об участии цАМФ в сигналиндуцированнои цепи передачи сигнала. Применение теофиллина - ингибитора фосфодиэстеразы цАМФ, кото­рая в растениях оказалась достаточно активной, показало, что приходная часть баланса цАМФ осуществляется доста­точно интенсивно [Яворская, 1990; Каримова и др., 1990]. Были получены данные об изменении содержания цАМФ в растениях под влиянием патогенов [Tu, Malhotra, 1977], его необходимости для формирования ответа на действие пато­генов [Зарубина и др., 1979; Очеретина и др., 1990].

Обращает на себя внимание факт АТФ-зависимого вы­деления во внеклеточную среду значительной части цАМФ, образованного в клетках животных [Makman, Sutherland,1965; Федоров и др., 1990; Fehr et al., 1990; Орлов, Максимова, 1999], прокариот [Goldenbaum, Hall, 1979; Ши-ян, Лазарева, 1988], водорослей [Franco, 1983] и высших рас­тений [Ashton, Polya, 1977; 1978; Каримова и др., 1993]. По­казательно, что у растений, так же как у животных, можно было снизить накопление цАМФ в клетках и выход его во внеклеточную среду с помощью простагландина [Ehsan et al., 1998; 1999], не обнаруживаемого в растениях. Возмож-

но, что эту роль выполняет аналогичный простагландину оксилипин - жасмонат. Предполагается возможность уча­стия в выносе цАМФ из клетки специальных АТФ-связыва-ющих белков [Fehr et al., 1990].

Целесообразность секреции цАМФ из клеток растений в среду объясняют, в первую очередь, необходимостью до­статочно быстрого снижения концентрации этого вторич­ного посредника для того, чтобы не происходило перевоз­буждения клеток [Franco, 1983; Каримова и др., 1993]. Отно­сительно быстрое снижение концентраций вторичных по­средников после достижения максимального уровня являет­ся непременнной неспецифической чертой функционирова­ния всех сигнальных систем.

Вероятно, выводимый за пределы плазмалеммы цАМФ принимает участие в регуляции внеклеточных процессов [Шиян, Лазарева, 1988]. Это мнение может основываться на обнаружении экто-цАМФ-зависимых протеинкиназ [Kang et al., 1979], использующих секрецию цАМФ из клеток для активирования фосфорилирования белков за пределами плазмалеммы. Полагают также, что цАМФ вне клетки мо­жет выполнять роль первого посредника [Федоров и др., 1990], индуцируя запуск каскада реакций сигнальных сис­тем в соседних клетках, что было показано на примере мно­гоклеточных слизевых грибов [Sucgang et al., 1997].

---

Привлекают внимание данные, полученные на животных объектах, об ингибировании экзогенным аденозином (кото­рый может рассматриваться в качестве продукта деградации цАМФ) кальциевых каналов клеток [Меерсон, 1986] и акти­вировании - калиевых каналов [Орлов, Максимова, 1999].

Большой интерес вызывает информация о возможности регуляции секретируемым цАМФ развития патогенных гри­бов [Knogge, 1998], в частности ржавчины ячменя [Kinane et al., 2000], Magnaporthe grisea, поражающего растения риса [Xu, Hamer, 1996; Choi, Dean, 1997; Adachi, Hamer, 1998], пыльной головни Ustilago maydis [Gold et al., 1997; Kahmann et al., 1999], Erysiphe graminis [A.A. Hall et al., 1999], Colletotrichum trifolii [Yang, Dickman, 1999], пигментирования Ustilago hordei [Lichter, Mills, 1998]. В зависимости от концентрации цАМФ происходила стимуляция или подавление развития грибов. Полагают, что у них в трансдукции цАМФ-сигнала принима­ют участие гетеротримерные G-белки [Bolker, 1998].

---

Накапливается все больше данных о влиянии различных сигнальных молекул на секрецию цАМФ растительными клетками. Было показано, что роль АБК в адаптации растений к стрессу может заключаться в ее способности ре­гулировать содержание и выход цАМФ из клеток. Предпо­лагается, что уменьшение содержания цАМФ при действии АБК вызвана АБК-индуцированным повышением содер­жания Са²⁺ в цитозоле [Iagoucheva et al., 2000] и ингибирова-нием аденилатциклазы. Известно, что Са²⁺ в высокой кон­центрации ингибирует активность аденилатциклазы у эука-риот [Taussig, Gilman, 1995]. В то же время Са²⁺ может уменьшить содержание цАМФ, индуцируя повышение ак­тивности фосфодиэстеразы, гидролизующей цАМФ. Дейст­вительно, активация фосфодиэстеразы цАМФ комплексом Са²⁺-кальмодулин была обнаружена у растительных объек­тов [Феденко, 1983].

Показана зависимость профиля фосфорилированности полипептидов от экзогенного цАМФ. Число полипептидов, фосфорилирование которых стимулировалось цАМФ, бы­ло наибольшим при микромолярной концентрации цАМФ. Привлекает внимание факт сильного цАМФ-индуцирован-ного повышения фосфорилированности полипептида 10 кДа при низкой температуре (рис. 7) [Каримова, Жуков, 1991; Ягушева, 2000]. Интересно, что полипептид с такой молекулярной массой является белковым регулятором фо­сфодиэстеразы цАМФ, который активируется абсцизовой кислотой и Са²⁺ [Junker, 1977] и снижает содержание цАМФ за счет его гидролиза фосфодиэстеразой.

Изучение особенностей активации цАМФ-зависимых протеинкиназ и фосфорилирования ими различных бел­ков - одно из важнейших направлений исследований аде-нилатциклазной сигнальной системы. цАМФ-зависимые протеинкиназы (ПКА) - это ферменты, активирующиеся при взаимодействии с цАМФ и катализирующие перенос концевого остатка фосфорной кислоты с АТФ на гидро-ксильные группы сериновых или треониновых остатков белков-акцепторов. Ковалентная модификация белков, осуществляемая при фосфорилировании, приводит к из­менению их конформации и каталитической активности, вызывая ассоциацию или диссоциацию их субъединиц и т.д.

Молекулярная масса белков, кДа

Рис. 7. Влияние цАМФ на фосфорилирование белков трехднев­ных проростков гороха [Каримова, Жуков, 1991]

1 - контроль: срезанные побеги переносили на 2 ч черешками в во­ду, затем еще на 2 ч - в раствор меченного по ³²Р ортофосфата; 2 - сре­занные растения переносили на 2 ч в раствор 1 мкМ цАМФ, затем еще на 2 ч - в раствор меченного по ³²Р ортофосфата

Субстратами в протеинкиназной реакции являются Mg-АТФ и фосфорилируемый белок. Белковые субстраты мо­гут быть одновременно субстратами для цГМФ- и цАМФ-зависимых протеинкиназ по одним и тем же остаткам сери-на (треонина), но скорость цАМФ-зависимого фосфорили­рования в 10-15 раз больше, чем у цГМФ-зависимых протеин­киназ [Cohen, 1980]. Субстраты цАМФ-зависимых протеин­киназ располагаются во всех частях клетки: цитозоле, эндо-плазматическом ретикулуме (ЭПР), аппарате Гольджи, сек­реторных гранулах, цитоскелете и ядре.

---

Из клеток растений были выделены протеинкиназы, активируемые экзогенным цАМФ, например, из колеоп-тилей кукурузы - протеинкиназа 36 кДа [Janistyn, 1986; 1988]. Като и соавт. [Kato et al., 1983] выделили из ряски Lemna paucicostata три типа протеинкиназ: 165, 85 и 145 кДа, одна из которых ингибировалась цАМФ, другая ак­тивировалась цАМФ и третья была цАМФ-независимой.

---

Смотрите также файлы

• Элементарная ботаника (ЭБ3) (ПВ+).doc

• Элементарная ботаника (ЭБ1) (ЗО).doc

• Положення+правки-3.doc

• metodichka_z_selektsiyi (1).doc

• moy_otchet.doc