Раскрыт механизм входа ауксина в клетки растений

Ауксин — первый открытый фитогормон (конец XIX — начало XX века). Он регулирует рост, развитие корней, направленный рост (например, к свету) и другие процессы, перемещаясь в тканях и создавая градиенты концентрации. Этот транспорт обеспечивают три семейства белков: PIN (экспорт), ABCB и AUX1/LAX (импорт). Механизм работы AUX1/LAX оставался неясным.

Группа учёных из USTC определила структуру белка Arabidopsis AUXIN RESISTANT 1 (AUX1) и выяснила, как он импортирует ауксин в клетку, используя градиент концентрации протонов. Исследование опубликовано в Cell.

Методы и ключевые результаты:

• Биохимические анализы (микрошкальная термофорезис, изотермическая титрационная калориметрия) подтвердили, что связывание и транспорт ауксина AUX1 зависят от протонов и ингибируются малыми молекулами 1-NOA и CHPAA.
• Криоэлектронная микроскопия позволила получить высокоразрешающие структуры AUX1 в трёх состояниях: без субстрата (apo), связанном с ауксином (IAA) и связанном с ингибитором (CHPAA).
• Структуры показали, что AUX1/LAX белки имеют конформацию, обращённую внутрь клетки, с 11 трансмембранными спиралями (классическая складка LeuT).
• В структуре с IAA выявлены ключевые остатки для распознавания ауксина, особенно His249 (H249), который меняет ориентацию при связывании субстрата.
• Мутагенез, биохимические и физиологические опыты подтвердили функциональную важность этих остатков.
• Молекулярно-динамическое моделирование (совместно с группой проф. Zhu Lizhe) раскрыло роль H249 в распознавании субстрата и сопряжении с протонами.
• Сравнение структур с IAA и CHPAA показало, что оба лиганда связываются в одном кармане, но по-разному, что объясняет механизм ингибирования CHPAA.

Значение: Впервые раскрыта молекулярная основа импорта ауксина белками семейства AUX1/LAX, что является важным прорывом в понимании роста и развития растений.