Ученые нашли у растений медный сенсор стресса
Ученые выяснили, как растения распознают перекись водорода — одну из главных молекул сигнала при стрессе и атаке патогенов. Оказалось, ключевую роль играет не аминокислота цистеин, как считалось раньше, а ион меди в составе рецептора CARD1.
Источник: Issey Takahashi. Исследователи раскрыли ранее неизвестный механизм, с помощью которого растения обнаруживают перекись водорода (h₂o₂), ключевую сигнальную молекулу, участвующую в реакции на стресс и укрепляющую иммунитет.
МОСКВА, 18 мая. /Новости науки/. Растения используют медьсодержащий механизм, чтобы распознавать перекись водорода и запускать защитные реакции при стрессе и заражении. К такому выводу пришли ученые из Нагойского университета, Центра устойчивых ресурсов RIKEN и Университета Осаки. Работа опубликована в журнале Nature Communications.
Перекись водорода, или H₂O₂, у растений служит не только опасной активной формой кислорода. В малых количествах она работает как сигнальная молекула. С ее помощью клетки «сообщают» друг другу о повреждении, засухе, жаре, инфекции и других угрозах.
Растения не могут уйти от неблагоприятных условий, поэтому им нужны точные системы раннего предупреждения. Такие системы находятся на поверхности клеток. Они распознают внешние сигналы и запускают цепь защитных реакций.
Один из таких рецепторов называется CARD1, или HPCA1. Ранее ученые знали, что он реагирует на перекись водорода и хиноны — молекулы, которые тоже участвуют в ответе растения на стресс. Но оставалось неясно, как один рецептор различает такие разные химические сигналы.
Авторы новой работы установили, что в структуре CARD1 есть участок, где ион меди связан с группой остатков гистидина. Именно этот медный центр оказался важен для распознавания перекиси водорода.
Раньше считалось, что главную роль в этом процессе играют остатки цистеина. Цистеин часто участвует в окислительно-восстановительных реакциях в белках, поэтому такая версия выглядела логичной. Однако эксперимент показал другое.
«Когда участок связывания меди нарушался, растения теряли способность отвечать на сигналы H₂O₂. При этом мутации в остатках цистеина почти не влияли на передачу сигнала. Это говорит о том, что их основная роль структурная, а не сигнальная», — сказал ведущий автор работы, доцент WPI-ITbM Анупхон Лаохависит.
По расчетам исследователей, CARD1 может распознавать активные формы кислорода через изменение состояния меди. Ион меди на поверхности рецептора, вероятно, переходит из формы Cu⁺ в Cu²⁺. Такое окисление может прямо запускать сигнал или приводить к образованию вторичных молекул, которые включают дальнейший ответ клетки.
Ученые считают, что восприятие хинонов, скорее всего, идет по другому пути. Этот механизм еще предстоит найти.
Работа впервые дала структурные данные о том, что мембранные рецепторы растений могут использовать ион металла как чувствительный элемент для распознавания активных форм кислорода. Это меняет представления о растительном иммунитете и может помочь в создании культур, которые лучше переносят стресс и сопротивляются болезням.
Исследование провели экспериментальным методом.
Перекись водорода, или H₂O₂, у растений служит не только опасной активной формой кислорода. В малых количествах она работает как сигнальная молекула. С ее помощью клетки «сообщают» друг другу о повреждении, засухе, жаре, инфекции и других угрозах.
Растения не могут уйти от неблагоприятных условий, поэтому им нужны точные системы раннего предупреждения. Такие системы находятся на поверхности клеток. Они распознают внешние сигналы и запускают цепь защитных реакций.
Один из таких рецепторов называется CARD1, или HPCA1. Ранее ученые знали, что он реагирует на перекись водорода и хиноны — молекулы, которые тоже участвуют в ответе растения на стресс. Но оставалось неясно, как один рецептор различает такие разные химические сигналы.
Авторы новой работы установили, что в структуре CARD1 есть участок, где ион меди связан с группой остатков гистидина. Именно этот медный центр оказался важен для распознавания перекиси водорода.
Раньше считалось, что главную роль в этом процессе играют остатки цистеина. Цистеин часто участвует в окислительно-восстановительных реакциях в белках, поэтому такая версия выглядела логичной. Однако эксперимент показал другое.
«Когда участок связывания меди нарушался, растения теряли способность отвечать на сигналы H₂O₂. При этом мутации в остатках цистеина почти не влияли на передачу сигнала. Это говорит о том, что их основная роль структурная, а не сигнальная», — сказал ведущий автор работы, доцент WPI-ITbM Анупхон Лаохависит.
По расчетам исследователей, CARD1 может распознавать активные формы кислорода через изменение состояния меди. Ион меди на поверхности рецептора, вероятно, переходит из формы Cu⁺ в Cu²⁺. Такое окисление может прямо запускать сигнал или приводить к образованию вторичных молекул, которые включают дальнейший ответ клетки.
Ученые считают, что восприятие хинонов, скорее всего, идет по другому пути. Этот механизм еще предстоит найти.
Работа впервые дала структурные данные о том, что мембранные рецепторы растений могут использовать ион металла как чувствительный элемент для распознавания активных форм кислорода. Это меняет представления о растительном иммунитете и может помочь в создании культур, которые лучше переносят стресс и сопротивляются болезням.
Исследование провели экспериментальным методом.
