Фитогормоны старожилы и неофиты Old timers

Фитогормоны, – старожилы и неофиты. . Old timers and Newcomers. . Cytokinins Gibberellins Auxin Abscisic Acid Ethylene Brassinosteroids Strigolactones Salicylates Jasmonates

Взаимодействие гормонов Историческая картинка Фольке Скуга…

Схема гормонального регулирования онтогенеза клетки

Взаимодействие гормонов А. Флуоресценция репортерного гена DR 5: GFP (DR 5 -искусственно синтезированный элемент, чувствительный к ауксину) до- и после обработки предшественником этилена - ACC В, С - взаимодействие этилена, брассинстероидов и ауксинов (АСС, EBR, PIN)

Схема гормональной регуляции клеточного цикла. .

Сигнальные пептидны (гормоны? ) растений 1. Системины: олигопептиды из 18 аминокислот, центральная роль в системной устойчивости. Образуются из просистемина ~ 200 а-к. «Табачные» системины содержат гидроксипролин и гликозилированы. Tom Sys: + AVQSKPPSKRDPPKMQTD – Tob Sys I : + RGANLPOOSOASSOOSKE Tob Sys II: + NRKPLSOOSOKPADGQRP 2. RALF (RAPID ALKALINIZATION FACTOR) – белок из 49 а-к, запускает МАР-киназный каскад. 3. ФИТОСУЛЬФОКИНЫ (Phytosulfokines). Регулируют пролиферацию. Синтез из пропептида в 89 а-к с лидером. PSK-α: Tyr(SO 3 H)-Ile-Tyr(SO 3 H)-Thr-Gln. PSK-β: Tyr(SO 3 H)-Ile-Tyr(SO 3 H)-Thr 4. CLAVATA 3. Экстрацеллюлярный сигнальный пептид, 79 а-к. Регулирует размер апикальной меристемы (вместе с КАРР). 5. S-LOCUS PROTEINS 11 (SP 11) Семейство белков от 47 до 60 а-к. Центральная роль в само-несовместимости пыльцы у Brassicaceae

Гормоны растений и животных - ? ?

И на все это надо как то реагировать: принципы и реальная схема

Схема восприятия и трансдукции сигнала в изображении Бидструпа. . . Элементы: 1. Сигнал ( «Сердитый босс» ) 2. Рецептор 3. Система передачи и усиления сигнала ( «вторичные мессенджеры» ) 4. Исполнительный механизм - ответ на сигнал ( «Сердитая собачка» )

Три группы рецепторов сигналов в животной клетке

Основные типы рецепторов растений – как всегда, похоже, но не очень… 1. Рецепторные протеинкиназы Рецепторы брассиностероидов, коротких пептидов Рецепторы этилена, цитокининов 2. Рецепторы, ассоциированные с гетеротримерными и мономерными G-белками Рецепторы цитокининов. АБК 3. Рецепторы, взаимодействующие с системой убиквитинирования Рецепторы ауксинов, гиббереллинов, жасмоната Ub bg a Ser киназный домен гистидинаспарагиновые протеинкиназы (РК) P ГДФ F-box SKP E 2 RBX Cullin серинтреониовые РК P Thr Ub Ub Thr Мишени: МАР-киназный каскад, Мишени: Фосфолипазы, Фосфопереносящие белки, Малые ГТФазы Са 2+ каналы, МАР-киназный каскад Мишени Репрессоры транскрипции

Вторичные мессенджеры сигналинга растительной клетки

Аденилат-циклазная (ц-АМФ-ная) сигнальная система

Работа каждой из фосфолипаз может приводить к образованию вторичных мессенджеров Лизофософолипид

Фосфолипаза С обеспечивает работу фосфоинозитольной (кальциевой) сигнальной системы Кальмодулин

«Депо» кальция в растительной клетке

Диацилглицерин также работает в качестве вторичного месенджера

Работа фосфолипазы D приводит к образованию фосфатидной кислоты – вторичного мессенджера фосфатидной сигальной системы. Фосфатидная кислота (Ptd. OH, PA) играет ключевую роль в работе абсцизовой кислоты по закрыванию устьиц

Работа фосфолипазы А 2 проводит к образованию жасмонатов Возможно, по этой причине ряд авторов относят жасмонаты не к фитогормонам, а ко вторичным мессенджерам…

МАР-киназная сигнальная система и взаимодействие систем. МАР-киназы – серин-треониновые киназы В геноме Arabidopsis обнаружено 60 MAPKKK 10 MAPKK 23 MAPK. Получается своеобразная «сигнальная воронка» …

сигнал фосфолипаза D фосфолипаза С аденилат-циклаза ККМАРК ИФ 3 ФК ц. АМФ КМАРК ПК ПК ПК ФРТ ФРТ ФРТ Са 2+ ДАГ м. РНК ответ клетки м. РНК ФРТ ФРТ ПК ЛОГ ЛФЛ СОД ПК СК ПК ПК ФДК, JA ЖК ФРТ Са 2+ Н 2 О 2 - О- 2 сигнал ПК ПК СК ? ц. АДФриб фосфолипаза А 2 НАДФН-оксидаза сигнал ПК ФРТ ФРТ ц. ГМФ ФЛД МАРК NO NO-синтаза Н+ сигнал ответ клетки

Убиквитины – метки смерти…. Убиквитин – небольшой белок, 76 аминокислот. Убиквитин (желтый) активизируется убиквитин-активирующим ферментом. E 1 (красный). Терминальный Gly на Сконце убиквитина формирует тиоэфир с цистеиновым остатком E 1. Активированный убиквитин перемещается на один из нескольких убиквитин-связывающих ферментов, E 2 (зеленый), снова формируя тиоэфир. После этого убиквитин перемещается на субстрат (белок-мишень, голубой), связываясь с внутренним Lys остатком этого белка. Эта реакция обычно требует еще одного фактора – убиквитин-белок-лигазы E 3 (синяя), который связывает E 2 с белкоммишенью. Обычно на белок-мишень «навешивается» несколько убиквитинов. Убиквитированные белки направляются в протеасому для развала до аминокислот…

Разрушение белков - один из основных механизмов регуляции жизнедеятельности растений. . Этилен Жасмонаты Гиббереллины Старение листьев АБК, JA, этилен Ауксины Развитие цветка SCF (Skp 1, Cul 1, F-box) Фоторецепция через фитохром А

Малые РНК растений Открытие целого мира малых РНК (small RNAs, s. RNAs), регулирующих экспрессию генов, - конец 1990 х годов, в 2006 г. авторам этого открытия Andrew Fire (Фаер) и Кraig Mello (Мелло) была присуждена Нобелевская премия. Малые РНК делятся на: малые интерферирующие РНК (si. RNA) - small (short) interfering RNA и микро. РНК (mi. RNA). Малые интерферирующие РНК растений (si. RNA) РНК-интерференция – процесс подавления экспрессии гена на стадии транскрипции, трансляции, дезаденилирования или деградации м. РНК при помощи малых молекул РНК. Малые интерферирующие РНК способны осуществлять направленную деградацию или блокировать трансляцию РНК определенной последовательности и участвовать, таким образом, в защите клетки от вирусов, репрессии трансгенов и подавлении экспрессии мобильных генетических элементов. Непосредственными предшественниками si. RNAs (в отличие от mi. РНК) являются двухцепочечные молекулы РНК, которые образуются в результате активности РНКзависимых РНК-полимераз, собирающих вторую цепь на одноцепочечной вирусной РНК и на продуктах транскрипции ДНК транспозонов и трансгенов.

si. RNA растений и низших животных организмов является важным звеном внутриклеточного иммунитета, позволяющего распознавать и быстро расщепить чужую РНК. Если в клетку проникает РНК– содержащий вирус, такая система защиты осуществляет направленную деградацию вирусной РНК. Если же вирус содержит ДНК, система si. RNA будет мешать ему производить вирусные белки (так как необходимая для этого м. РНК будет распознаваться и разрезаться). si. RNA из транспозонов или трансгенных промоторов – контролируют сайленсинг транспозонов или трансгенов путем модификации хроматина.

Микро РНК - посттранскрипционные репрессоры экспрессии генов. Фактически - антисенс-регуляторы других РНК Могут быть страшными ядами… Микро РНК (mi. RNA) - 21 -23 нуклеотида формируются из первичного транскрипта (pri-m. RNA, 70 нуклеотидов), который находится в виде «шпильки» . В геноме арабидопсса около 100 локусов pri-m. RNA. Процессинг у растений отличается от животных, у которых в цитозоле работает фермент Dicer ( «шинкующий, нарезающий кубиками» ). У растений - Dicer like proteins, DLPs, расположенные в ядре. RISC – РНКнндуцируемый «молчащий» комплекс.

Микро-РНК , чуть подробнее… 1 DROSHA 2 DICER 3 1). закодированы на собственных генах и синтезируются с помощью РНК-полимеразы II в первичные транскрипты длиной около 1000 нуклеотидов - pri-mi. РНК). 2). В дальнейшем созревании миро. РНК участвует комплекс DROSHA, состоящий из белка PASHA (связывает микро. РНК) и эндонуклезы DICER или DLPs (вырезает из первичного транскрипта pre-mi. РНК длиной около 100 нуклеотидов). 3). Из pre-mi. РНК вырезается двухцепочечный фрагмент (дуплекс mi. РНК) длиной 20 -24 нуклеотида. RISC 4 5 4). Дуплекс mi. РНК переносится в цитоплазму и вступает во взаимодействие с белком AGO 1 (Argonaut), обладающим активностью РНКазы Н. AGO являются каталитическим центром комплекса белков RISC (RNA-induced silencing complex), с которым происходит связывание mi. РНК 5). Белок AGO гидролизует одну из цепей дуплекса и соединяется с другой. Комплекс mi. РНК с AGO 1 вызывает избирательный гидролиз м. РНК, а комплекс mi. РНК с AGO 4 влияет на метилирование хроматина.

Микро. РНК комплементарно связывается с м. РНК генов-мишеней, что приводит к разрушению этой м. РНК (полная комплементарность), или к ингибированию трансляции (частичная комплементарность). Таким способом микро. РНК могут контролировать уровень экспрессии почти половины известных генов, кодирующих синтез факторов транскрипции. Микро. РНК могут являться своеобразными «переключателями» программы развития клетки. Микро. РНК могут регулировать: • Эмбриогенез, • Цветение, • Морфогенез листа, • Развитие семени, • Формирование боковых корней • Пролиферацию клеток, • Трансдукцию ИУК-сигнала , . Обнаружены микро-РНК, нацеленные на м. РНК ферментов. Содержание микро. РНК резко возрастает в условиях стресса.

Мишени некоторых микро-РНК у арабидопсиса Семейство микро-РНК mi. R 159/JAW Мишени микро-РНК Семейство белков Конкретные гены MYB факторы MYB 33, MYB 65, TCP 2, транскрипции TCP 3, TCP 4, TCP 10, TCP 23 TCP факторы транскрипции Функции генов Эмбриогенез Развитие листа mi. R 160 ARF факторы транскрипции ARF 10, ARF 16, ARF 17 Ауксиновая сигнализация, развитие корня mi. R 162 Dicer-подобные DCL 1 Процессинг малых РНК Определение границ органов в меристеме, разделение органов, определение числа лепестков mi. R 164 NAC факторы транскрипции CUC 1, CUC 2, NAC 1 mi. R 165/166 HD-ZIP факторы транскрипции PHB, PHV, REV mi. R 168 ARGONAUTE AGO 1 mi. R 172 Факторы транскрипции, подобные APETALA 2 AP 2, TOE 1, TOE 2, TOE 3 mi. R 173 mi. R 390 Ta-si. RNAs TAS 1, TAS 2, TAS 3 mi. R 395 АТФ-сульфурилаза APS 3 mi. R 398 Медь-содержащая супероксиддисмутаза, Субъединица V цитохром-соксидазы CSD 1, CSD 2, At 3 g 15640 Регуляция окислительного стресса mi. R 399 Убиквитинконъюгирующие E 2 -UBC Регуляция избирательного гидролиза белков в условиях стресса Дорзовентральная симметрия листа Процессинг и активность малых РНК Идентификация органов цветка, время цветения Избирательное «глушение» генов Регуляция усвоения сульфатов

Рецепторы ауксинов – экстра- или внутриклеточные? 1. ABP 1? Белок семейства GPCR (G-Proteins Coupled Receptors) Около 22 к. Da. У кукурузы – 5 генов. На N-конце - сигнал для транспорта в ЭР (38 а-к), на С-конце – КDEL, на N- конце – сайт связывания с ИУК: His-Arg-His-Ser-Cys-Glu. Сайт гликозилирования (Asp 33 -Thr), До 90% белка - в ЭР. 2. Транспортеры ИУК? Транспортеры ИУК в клетку (4 гена - AUX 1 и др. ) из клетки (8 генов – PIN 1, PIN 2 и др). 3. ABP 60 k. Da ? Гликозидаза цитокининовых конъюгатов. Взаимодействие фитогормонов? 4. ABP 24 -25 k. Da? Глютатион-5 -трансфераза (GST). GST контролирует уровень глютатиона, влияет на уровень жасмонатов, перекиси водорода. Множественность рецепторов? ИУК – особый гормон: специфичный полярный транспорт (от клетки к клетке), эндогенный ритм образования и транспорта.

Система трансдукции ауксинового сигнала: AUX/IAA - ARF. Aux/IAA – смейство (более 25) короткоживущих ядерных ауксин-индуцируемых белков. ARFs - Auxin-respons factor (ауксиновые факторы транскрипции). Более 20 белков. Aux/IAA – белки образуют разнообразные димеры как между собой, так и с ARF. Разные димеры регулируют транскрипцию генов с Aux. RE (Auxin-respons element - TGTCNC). Димеры ARF – активируют, Aux/IAA+ARF – тормозят. Ауксин одновременно активирует транскрипцию Aux/IAA и их распад путем убиквитирования и деградации в 26 S протеосоме.

Существует как минимум два рецептора ауксинов. Один из них активирует убиквитинирование Рецептор ауксина TIR 1 (transport inhibitor response 1) имеет F-box мотив (около 50 аминокислот для белокбелковых взаимодействий) и LRR участок. Он является компонентом специфичного E 3 -убиквитинлигазного комплекса SCFTIR 1. Когда ауксин связывается с SCFTIR 1, то он активирует его, в результате происходит убиквитинирование и протеолитическая деградация AUX/IAA репрессорных белков.

Работа рецептора ауксина ядерной локализации. А. При отсутствии (низких концентрациях) ауксина, транскрипция аусинрегулируемых генов, активирующихся ARF-белками, блокирована репрессорами транскрипции Aux/IAA. В. При наличии (высоких концентрациях) ауксин связывается с белком TIR 1, или с другими AFB белками, которые входят в SCFTIR 1 комплекс (RBX 1 -Cullin-ASK 1 TIR 1) убиквитирования. Связывание ауксина стимулирует взаимодействие Aux/IAAs с SCFTIR 1 что ведет к убиквитированию Aux/IAAs белков, и их разрушению в 26 S протеасоме. Это снимает ингибирование ARFs и запускает транскрипцию. С. Димеризация ARF усиливает транскрипцию.

Принципиальная схема работы двух рецепторов ауксинов – «быстрого» (АВР 1) и «глобального» (TIR 1) 1. Активация гена: В норме промотор гена Н+ -АТФ-зы «закрыт» репрессорным комплексом, который является и рецептором ауксина. Ауксин вызывает протеолитическую деградацию репрессора. Активация транскрипции ведет к увеличению Н+АТФ-зы на плазменной мембране. Degradation 2. Перемещение и встраивание белка: Ауксин-связывающий белок (рецептор ауксина ) ABP 1 может увеличивать перемещение H +-ATФзы к плазмалемме. 3. Стабилизация H +ATФзы: Обработка ауксином вызывает сохранение Н+АТФ-зы в плазмалемме. Это тоже может быть обусловлено ABP 1

Рецепция ауксинов белком ABP 1 и начальные этапы передачи сигнала ? ? ?

Система трасдукции гиббереллинового сигнала очень похожа на ауксиновую… В генах-мишениях: в промторной области (-289) - GARE или GARC • GARE: часто UTAACAUANTCYGG (N – A/G, Y – C/T) • GARC: три участка: пиримидиновый (-171), TAACAAA- и TATCCAC (-115) Транскрипция гиббереллинзависимых генов регулируется GA зависимой деградацией DELLA репрессоров. Гиббереллин связывается с GID 1 белком, что ведет к его взаимодействию с SLR 1. SCFGID 2 комплекс осуществляет убиквитинирование SLR 1 и его деградацию. Структура белков-репрессоров гиббереллинового сигналинга. DELLA – 5 аминокислот (аспарагиновая кислота D, глутамновая кислота E, лейцин L, аланин A)

Сигнальная система гиббереллинов 1. GA 1 из эмбриоида связывается с гипотетическим мембранным рецептором на поверхности клетки алейронового слоя. 2. Комплекс GA-рецептор взаимодействует с гетеротримерным G-белком и запускает две независимых цепи трансдукции сигнала - Са 2+ -независимую и Са 2+ зависимую 3. Ca 2+-независимый путь, вовлекающий c. GMP и ряд других компонентов, завершается активацией F-белка компонента SCF-убиквитин-лигазного комплекса. 4. GA 1 может также войти в клетку непосредственно и связаться с альтернативным рецепторным белком, который расположен преимущественно в ядре. 5. Активизированный F-белок связывается DELLAдоменом белка репрессора, который блокирует транскрипцию GAMYB генов или других активаторов транскрипции. 6. Репрессор убиквитинируется через SCF-убиквитинлигазный комплекс и разрушается в протеасоме. 7. Деградация репрессора приводит к транскрипции GAMYB и других генов раннего ответа. 8. Вновь синтезируемый GAMYB белок перемещается в ядро и связывается с промотороами генов α-амилазы и других гидролитических ферментов, запуская их транскрипцию (9). 10. Амилаза и другие гидролазы синтезируются на шероховатом ER, затем перемещаются в AG (11). 12. Для активации секреторного пути транспорта этих белков необходима стимуляция гиббереллином кальциевой сигнальной системы - Са 2+-зависимый путь

Ингибиоторы «жасмонатных» факторов транскрипции JAZ - JA - ZIM-domain containing proteins (ZIM: Zinc-finger protein) NINJA - Novel Interactor of JAZ TPL - TOPLESS (Groucho/Tup 1 -type co-repressor) COI 1 - по названию мутанта coronatine insensitive 1 (coi 1) Коронатин – токсин, продуцируемый бактерией Pseudomonas syringae. Он запускает открытие устьиц после их закрытия в ответ на патогенез. . - «аналог» жасмонатов, вырабатываемый патогеном

Система сигналинга жасмонатов – «калька» работы ауксинов и гиббереллинов… С SCF связывается не сам жасмонат, а его конъюгат с изолейцином (iso-Jasmonoyl-(S)-isoleucine) Коронатин – токсин Pseudomonas syringae

Итак, рецепторы трех фтогормонов работают по одному принципу. . Рецепторы, работающие на основе убиквитинлигазы (A) При низких концентрациях ауксина, гены ответа на ауксин ингибируются Aux/IAA белками, которые образуют гетеродимеры с ARF факторами транскрипции. В присутствии ауксина TIR 1 субединица F-бокс белка SCFTIR 1 убиквитинлигазы связывается с ауксином, и в таком виде способна присоединять Aux/IAA белки к SCF комплексу для убиквитинирования. Деградация Aux/IAA белков в 26 S протеасоме дерепрессирует ARF факторы транскрипции. (B) JAZ белки негативно регулируют ответ на воздействие жасмоната, подавляя MYC 2 транскрипционные факторы. После связывания с жасмонатом, SCFCOI 1 убиквитин-лигаза убиквитинирует JAZ белки и отправляет их на протеолиз, дерепрессируя тем самым MYC 2. (C) DELLA белки подавляют GA ответ, негативно регулируя PIF 3, PIF 4, и возможно другие факторы транскрипции, которые контроллируют экспрессию GA-индуцибельных генов. DELLA белки также являются активаторами нескольких GA-реперссируемых генов, некоторые из которых кодируют ферменты синтез гиббереллинов и компоненты сигнальных путей ответа на GA, включая GID 1 рецепторы. После связывания с GA, GID 1 рецептор взаимодействует с DELLA. GID 1 -GA-DELLA комплекс узнается SCFGID 2 убиквитин-лигазой, которая направляет DELLAбелки на убиквитинирование и соответствующую деградацию.

Как нашли еtr 1 –мутант у арабидопсиса - C 2 H 4 + C 2 H 4

Двухкомпонентные рецепторные системы: гистидинкиназы микроорганизмов (A) и растений (B) У животных гистидинкиназы не обнаружены. Консервативный участок H (гистидин), N (аспарагин), G (глицин), F (фенилаланин) HPt (histidine phosphotransfer protein) – гистидинфосфотрансфкрный белок - «дополнительный» переносчик. . Введение дополнительных переносчиков обусловлено, скорее всего, размерами эукариотической клетки и необходимостью передавать сигнал в ядро…

Гистидинкиназы, схема трансдукции сигнала Нpt – гистидин-фосфотрансферный белок, для арабидопсиса – АНР. ARRs – регуляторы ответа (Arabidopsis response regulators) – около 20 штук. . Два типа ARR. Тип А содержит только ресиверный домен, содержащий аспартат. Тип В содержит дополнительный «выходной» домен – трансфактор. H – гистидин, D – аспартат.

Рецепторы цтокинина и этилена – гистидинкиназы. Схемы строения рецепторов цитокининов и этилена В геноме арабидопсиса 16 генов гистидинкиназ. Из них 3 – рецепторы цитокининов, 5 – рецепторы этилена, 5 – фитохромы - но это «бывщие» гистидинкиназы. . .

Сигнальная система цитокининов 1. Цитокинин связывается с CRE 1, который, вероятно, существует как димер на мембране ЭР. Цитокинин связывается с CHASE-доменом рецептора Две других гибридных сенсорных киназы (AHK 2 и AHK 3) содержащие CHASE-домены, также вероятно, являются рецепторами цитокининов в Arabidopsis. 2. Связывание цитокинина с рецепторами активизирует деятельность рецепторов в качестве гистидинкиназ. Фосфат перемещается на аспартат (D) в слитый ресиверный домен. 3. Фосфат перемещается на консервативный гистидин в AHP белке. 4. Фосфорилирование «заставляет» AHP белок перемещаться в ядро, где он передает фосфат на остаток аспартата, находящийся в ресивером домене ARR типа В 5. Фосфорилирование ARR типа В активизирует его output домен и взывает транскрипцию генов ARR типа А, . 6. ARR типа А, вероятно, также могут быть фосфорилированы и AHP белками. 7. Фосфорилированые ARR типа А взаимодействуют с различными эффекторами и вызывают «цитокининовыйе» ответы клетки ЭР

Этилен работает «наоборот» - его присутствие инактивирует рецепторы… Пять рецепторов этилена у арабидопсиса. У трех их них отсутствует «главный» гистидин… GAF – консервативный c. GMP-связывающий домен. Найденный у различных белков. Обычно его функции – небольшой регуляторный участок, связывающий молекулы.

Схема трансдукции этиленового сигнала 1. RAN 1 белок с кофактором, содержащим медь включается в рецептор этилена, ETR 1, ETR 2, ERS 1, ERS 2 (ethylene resistant), EIN 4 (ethylene insensitive) находящийся на мембране ЭР или АГ. Белок RTE активирует процесс. 2. В отсутствии этилена его рецепторы связываются с киназой CTR 1 (constitutive triple response 1) и активизируют ее работу, что приводит к репрессии ответа на этилен – выключает работу белка EIN 2, факторов транскрипции EIN 3/EIL 1 и компонентов МАРкиназного каскада МКК 9 и МРК 3/6. 3. Связывание этилена с рецептором (в виде димера) приводит к инактивации рецептора, к диссоциации и инактивация CTR 1 за счет связывания с фосфатидными кислотами. Рецепторы этилена разваливаются в протеасоме. . 4. Инактивация CTR 1 «снимает запрет» с работы сигнального каскада. 5. Активация EIN 2 включает семейство факторов транскрипции EIN 3/EIL 1 (или предотвращает их распад через убиквитинирование? ), которые в свою очередь вызывают экспрессию трансфакторов ERF 1. Активация этого транскрипционного каскада ведет к крупномасштабным изменениям в экспрессии генов «этиленового ответа» . 6. Белки EBF запускают убиквитирование и протеолиз трансфакторов EIN 3/EIL 1. Эндоррибонуклеаза EIN 5/XRN негативно регулирует экспрессию генов EBF

Схема трансдукции этиленового сигнала CTR 1 - SerThr протеинкиназа, негативный регулятор этиленового сигналлинга Протеинкиназа, MAPKKK, гомолог Raf протеинкиназ млекопитающих. «Анитпод» обычных MAPKKK – киназы «нижних» уровней она не активирует, а ингибирует и фосфатидные кислоты ее не стимулируют, а выключают. В отсутствии этилена связана с его рецепторами, активна и ответа на этилен нет. При связывании этилена CTR 1 «уходит» из комплекса с рецепторами, связывается с фостфатидными кислотами, деградирует - происходит запуск ответа на этилен EIN 2 - позитивный регулятор этиленового сигналлинга, Белок с неизвестной функцией, у арабидопсиса кодируется одним геном. N-концевой трансмембранный домен гомологичен металлотранспортерам Nramp, но ничего не транспортирует. . С-концевой цитоплазматический домен – важен для функции, но неясно как… EIN 3, EIL 1 и EIL 2 - этилен-зависимые транскрипционные факторы Позитивные регуляторы этиленового сигналинга, локализуются в ядре, короткоживущие белки (время полужизни – 30 мин), ответ на этилен регулируется стабильностью EIN 3 белков, но не уровнем их экспрессии. Индуцируют экспрессию гена ERF 1 (Ethylene Response Factor) EIN 5/XRN 4 – рибонуклеаза, регулирует уровень транскриптов EBF 1/2 - компонентов убиквитин-лигазного комплекса EIN 5/XRN 4 ETR CTR 1 EIN 2 MAPK EBF 1, 2 EIN 3, EIL 1, 2 Контроль развития ERF 1 Ответ на стресс

Сигнальные системы цитокинина и этилена взаимодействуют. A. При низких концентрациях лиганда, ? этиленовые рецепторы активны и стимулируют негативный регулятор CTR 1, который вызывает деградацию EIN 3 B. Связывание этилена инактивирует рецепторы, они перестают стимулировать CTR 1 -зависимое ингибирование EIN 2. Это предотвращает деградацию EIN 3, который запускает транскрипцию этилен-зависимых генов. C. Связывание цтокинина с рецептором вызывает его автофосфорилирование, сопровождаемое переносом фосфата (P) на гистидин фосфат-переносящего белка (AHP), и далее на регулятор ответа (ARR), что приводит к транскрипции цитокинин-зависимых генов. Возможно взаимодействие между этиленоым и цитокининовым сигналом через перекрестное фосфорилирование.

BRI 1: LRR-RLK - рецептор брассиностероидов. LRR рецепторы. LRR-RLK: leucine rich repeat receptor-like kinase - группа RLK, у Arabidopsis более 170 генов. LRR участок - из повторяющихся лейцин-обогащенных фрагментов из 24 а-к. На N-конце – «лейциновая молния» BRI 1 - в плазмалемме, экстрацеллюлярный домен из 25 неполных RLL. Между 21 и 22 повторами - «остров» из 70 а-к, связывание брассиностероидов. На С-конце – киназный домен, серинтреониновая киназа. Автофосфорилирование происходит после связывания с BL. А. Сравнение четырех типов LRR рецепторов, найденных в растениях и животных: BRI 1 - Arabidopsis рецептор брассиностероидов (BR) CLV 1 - рецептор участвующий в связвании маленького пептида CLV 3, который определяет размер меристемы у Arabidopsis; Cf-9, рецептор участвующий в ответе растения на атаку патогенна у томатов Toll - рецептор разметки эмбриона и врожденного иммунитета у дрозофилы. B. Механизм восприятия BR сигнала. В норме BRI 1 и BAK 1 LRR киназы – неактивные гомодмеры. После связывания с брассиностероидом BRI 1 и BAK 1 агрегируются, в результате чего автофосфориллируются. Это ведет к репрессии ингибитора BIN 2, и индукции BR-ответа

Сигнальная система брассиностероидов: принцип. A. При отсутствии брассиностероидов (BL), BIN 2 -киназа быстро фосфорилирует брассиностероидзависимые регуляторы транскрипции, BES 1 и BZR 1, что приводит к их убиквитированию и деградации в 26 Sпротеасоме B. При связывании BR c мембранным гетеродимером BRI 1 -BAK 1, что ингибирует BIN 2. Это ведет к накоплению дефосфориллированных BES 1 и BZR 1 в ядре, где они регулируют транскрипцию BRрегулируемых генов, активируя, либо запрещая транскрипцию.

Рецептор брассиностероидов одновременно является и рецептором системина В. У дрозофилы, протеаза (изогнутая стрелка) расщепляет пропетид, Образуется полипептид Spatzle, который затем связывается с Toll -рецептором. «Выбор» между регулированием развития эмбриона или врожденным иммунным определяется регулируемым стадией развития расщеплением pre-Spatzle белка. А. У томатов, BRI 1 рецептор (t. BRI 1) может связаться как с BR, так и с неболишим пептидом системином. Системин образуется в результате процессинга из большего полипептида за счет работы неохарактеризованной протеазы (изогнутая стрелка). Связывание системина c t. BRI 1, приводит к гетеродимеризации t. BRI 1 с неохарактеризованным LRR белоком (? ), вызывая защитный ответ. Напротив, если t. BRI 1 связывается с BR, это ведет к BRI-BAK 1 димеризациии и BR-зависимому росту.

Рецепция и передача сигнала АБК. Тяжелый случай… ядро репрессия цветения FLC FCA ? ? ? хлоропласты CHLH АБК ? ? ? плазмалемма GPCR PLD ABI 3 (GCR 2, GTG 1/2) ? ? ? созревание зародыша, период покоя цитозоль RCAR PP 2 C Sn. RK 2 ABI 5 защита от высыхания Четыре независимых рецептора запускают независимые пути передачи сигнала для реализации разных программ развития. Похоже на ауксины… При помощи к. ДНК-микрочипов в надземных органах Arabidopsis thaliana обнаружено, что АБК и ее гомологи регулируют экспрессию 14% всех генов

FCA – ядерный рецептор АБК Сигнальная система АБК, регулирующая время цветения – внутриклеточный рецептор - ? ? FCA (Flowering time Control protein A) – РНК-связывающий ядерный белок, который запускает цветение, снимая действие FLC (Flowering Locus C) мощного ингибитора цветения. FCA афинно и специфично связывется с АБК. Без АБК, FCA образует совместно с фактором полиаденилирования РНК FY (Flowering Locus Y) комплекс процессинга РНК, который предотвращает образование m. РНК ингибитора FLC. Растение цветет. При наличии АБК она связывается c Сконцевым участком FCA, рядом с местом взаимодействия с FY. Это разрушает их взаимодействие, что ведет к накоплению FLC и задержке цветения. Транскрипция SOC 1 происходит только в растениях с низкими уровнями FLC

Субъединица Н Mg-протопорфирин IX-хелатазы (CHLH) – хлоропластный рецептор АБК - ? CHLH+CHLD+CHLI Mg-протопорфиринхелатаза Каталитический домен N АБК-связывающий домен CHLH gun (genome uncoupled) C abar 1 (ABA-resistant) Протопорфирин IX – предшественник хлорофилла Mg-PP IX – регулятор пластидноядерных коммуникаций

GPCR (G-Protein Coupled Receptors) – плазмалемные рецепторы АБК Киназа фосфатидных кислот и липидфосфатаза mi. RNA Фосфолипаза Da 1, синтезирует фосфатидные кислоты (РА) ГТФ Липидные сигнальные молекулы ГДФ ТФ с В 3 доменом: ABI 3 (а также LEC 2, FUS 3) Рецептор, связанный с комплексом G белков гистондеацетилаза HDAC Репрессор транскрипции: ТФ с В 3 доменом Гены запасных белков

GTG 1/2 (GPCR-Type G-proteins 1 и 2) – новый тип GPCR-рецепторов АБК Роль GCR 2 как рецептора АБК. В настоящее время под сомнением… GTG 1, GTG 2 АБК «классические» GPCR GDP GTP Подавляет ГТФсвязывающую активность G GTP GDP ? ? ? GTP эффектор 9 ТМ доменов собственная ГДФ/ГТФсвязывающая и ГТФазная активности эффекторы неизвестны

RCAR/PYL – цитозольные рецепторы АБК Regulatory Components of ABA Receptor/ Pyrobactin Resistant-Like Рецептор – белок семейства START протеинфос фатазы 2 С Образуют сигналосомный комплекс ABI 1, 2 Мономерная убиквитинлигаза Ser/Thr протеинкиназы ABAResponsive Elements ABI 5 Трансфакторы семейства b. ZIP SUMO Гены ответа на стресс (LEA, PR, etc. )

Обобщенная схема АБК-сигналинга на 2016 год. . Рецепторы АБК: плазмалемный GPCR (GPCRs), цитозольно-ядерный PYR/PYL/RCARs (PYLs), пластидный (CHLH). Активация транскрипции АБК-зависимых генов ( «длинный сигналинг» )- через PYLs, PP 2 Cs, Sn. RK 2 s, (в левом квадрате). Закрытие устьиц ( «короткий сигналинг» ) – через GPCRs и PYLs В отсутствии АБК димерный PYLs не связывается с фосфатазами PP 2 Cs и они ингибируют Sn. RK 2 s. В присутствии АБК мономерные PYLs ингибируют PP 2 Cs, Sn. RK 2 s акитвируется (автофосфорилирование) и активирует трансфакторы ( b. ZIP), SLAC 1 - SLOW ANION CHANNEL-ASSOCIATED 1 KAT 1 - POTASSIUM CHANNEL IN ARABIDOPSIS THALIANA 1

Сигнальные системы АБК ( «короткий сигналинг» ), связанные с закрытием устьиц 1. АБК связывается с ее рецепторами. 2. Связывание АБК вызывает формирование активных форм кислорода (ROS), которые активизируют Ca 2+ каналы на плазмалемме. Фосфатидная кислота (PA), образующаяся за счет работы фосфолипазы D (PLD) увеличивает образование ROS. 3. Открываются Ca 2+ каналы плазмалеммы. 4. АБК стимулирует продукцию NO, который повышает уровень циклической АДФ-рибозы (c. ADPR). 5. АБК увеличивает уровень IP 3 через систему трансдукции сигналов, включающую сфингозин-1 -фосфат (S 1 P), G-белки и фосфолипазы С и D (PLC и PLD). 6. Повышение c. ADPR и IP 3 активизирует дополнительные каналы кальция на тонопласте. 7. Повышение внутриклеточного кальция блокирует K+-in каналы на плазмалемме. 8. Повышение внутриклеточного кальция вызывает открытие хлоридных (анионных) каналов на плазмалемме, вызывая ее деполяризацию 9. Ингибируется Н-АТФ-за плазмалеммы 10. Деполяризация мембраны активирует К+out каналы плазмалеммы ROS NO – IP 3

Стриголактоны работают по понцпу «убиквитинирования» Для риса Oryza sativa - рецептор стриголактона ( SL) - компонент убиквитин лигазы - F-box белок DWARF 14 (D 14). SL связывается с D 14, что вместе с другим F-box белком DWARF 3 (D 3) активирует специфичную убивититн Е 3 -лигазу. Происходит убиквитинирование DWARF 53 (D 53) – реперссора ответа на SL, Сейчас найдены аналоги этой системы и у Arabidopsis thaliana. - D 3 ортолог MORE AXILLARY GROWTH 2 (MAX 2), три D 53 -like proteins - SUPPRESSOR OF MORE AXILLARY GROWTH 2 -LIKE 6 (SMXL 6), SMXL 7 и SMXL 8. Сигналинг стириголактонов у риса …. . и у арабидопсиса

Рецепторы четырех гормонов работают по одному принципу. .

Рецепторы уже четырех гормонов работают по одному принципу. . Рецепторы, работающие на основе убиквитинлигазы (A) При низких концентрациях ауксина, гены ответа на ауксин ингибируются Aux/IAA белками, которые образуют гетеродимеры с ARF факторами транскрипции. В присутствии ауксина TIR 1 субединица F-бокс белка SCFTIR 1 убиквитинлигазы связывается с ауксином, и в таком виде способна присоединять Aux/IAA белки к SCF комплексу для убиквитинирования. Деградация Aux/IAA белков в 26 S протеасоме дерепрессирует ARF факторы транскрипции. (B) JAZ белки негативно регулируют ответ на воздействие жасмоната, подавляя MYC 2 транскрипционные факторы. После связывания с жасмонатом, SCFCOI 1 убиквитин-лигаза убиквитинирует JAZ белки и отправляет их на протеолиз, дерепрессируя тем самым MYC 2. стригол (C) DELLA белки подавляют GA ответ, негативно регулируя PIF 3, PIF 4, и возможно другие факторы транскрипции, которые контроллируют экспрессию GA-индуцибельных генов. DELLA белки также являются активаторами нескольких GA-реперссируемых генов, некоторые из которых кодируют ферменты синтез гиббереллинов и компоненты сигнальных путей ответа на GA, включая GID 1 рецепторы. После связывания с GA, GID 1 рецептор взаимодействует с DELLA. GID 1 -GA-DELLA комплекс узнается SCFGID 2 убиквитин-лигазой, которая направляет DELLAбелки на убиквитинирование и соответствующую деградацию.