Клеточный сенсор уровня фосфатов
Неорганический фосфат — важный строительный блок клеточных мембран, ДНК и белков, а также основной компонент АТФ, «клеточной валюты» для передачи энергии. Клеткам необходимо поддерживать достаточную концентрацию фосфата в цитоплазме, но как они определяют, сколько его нужно?
Исследователи из Женевского (UNIGE) и Лозаннского (UNIL) университетов (Швейцария) сообщают, что о фосфатном статусе клеткам грибов, растений и человека сигнализирует область специфических белков — так называемый SPX-домен. Этот домен предоставляет поверхность для связывания малых молекул, регулирующих поглощение питательного вещества клеткой. Результаты, опубликованные в Science, могут помочь в создании культур, эффективнее использующих фосфат.
Эукариотические клетки (высших организмов) для правильной работы должны поддерживать достаточный уровень фосфата. Как клетки определяют его количество, оставалось неясным. Группа профессора Михаэля Хоторна (UNIGE) определила кристаллическую структуру нового белкового домена SPX, участвующего во многих путях передачи сигнала о фосфате. Они обнаружили, что SPX предоставляет поверхность для связывания малых сигнальных молекул — инозитолпирофосфатов (InsP). Эти молекулы могут взаимодействовать с другими белками только будучи связанными с SPX-доменом. Поскольку SPX-домены могут присоединяться к разным белкам (ферментам, транспортерам, сигнальным белкам), биологи предположили, что InsP регулируют различные клеточные процессы, связанные с фосфатным гомеостазом — от дрожжей до клеток человека.
Универсальный сигнал фосфатного статуса клетки
«Мы выяснили, что концентрация InsP меняется в зависимости от доступности фосфата. Уровень InsP высок в клетках с достаточным фосфатом и падает при его нехватке», — объясняет Рута Герасимайте (UNIL), один из первых соавторов исследования. «У растений, испытывающих дефицит фосфата, специфические факторы транскрипции включают экспрессию генов транспортеров фосфата. Когда растение насыщается, SPX-домены, заполненные InsP, связывают и инактивируют эти факторы транскрипции, и поглощение фосфата из почвы в клетку прекращается», — говорит Ребекка Уайлд (UNIGE), также первый соавтор.
Ив Пуарье (UNIL) и его коллега Чжи-Юль Джун показали это на модели растения Arabidopsis thaliana: когда в SPX-доменах фосфатных транспортеров мутирует участок, обычно связывающий InsP, транспорт фосфата нарушается.
Роль InsP была первоначально выяснена в дрожжевых клетках: «Мы столкнулись с InsP, изучая механизм полимеризации фосфата для его хранения, и наши данные показывают, что SPX-домен является рецептором для InsP», — заявляет Андреас Майер (UNIL). Когда SPX-домен заполнен, он активирует фермент, участвующий в запасании фосфата.
Лучшее понимание фосфатного гомеостаза
Это исследование открывает новые пути для изучения фосфатного гомеостаза и может привести к более эффективному использованию фосфата в сельскохозяйственных культурах. «Посевы на полях часто испытывают недостаток фосфата и требуют удобрений. Однако мировые запасы фосфатных удобрений сокращаются. Наше открытие может открыть путь к созданию культур, способных эффективно расти с меньшим количеством фосфата», — говорит Михаэль Хоторн.
Статья была опубликована в журнале Science онлайн 14 апреля 2016 года.