Расшифрован молекулярный механизм клеточной утилизации у растений

Растения, в отличие от животных, не могут переместиться в более благоприятные условия при стрессе, поэтому критически важны механизмы нейтрализации негативных последствий вредных воздействий. Один из таких механизмов — расщепление повреждённых стрессом клеточных компонентов и белков с последующей рециркуляцией их ценных частей.

Этот процесс происходит в специальных пищеварительных органеллах, но для этого материал, предназначенный для утилизации, сначала должен быть упакован и доставлен к ним.

Междисциплинарная команда биологов и химиков из Констанцского университета расшифровала молекулярный механизм этого процесса упаковки. Результаты опубликованы в Nature Communications.

Ключевая роль в ответе на стресс

Яркий пример стресса для растений — засоление почвы. Около 20% мировых сельхозугодий сегодня непригодны из-за засоления. У растений в таких условиях повреждаются клеточные компоненты и накапливаются токсичные агрегаты.

Переваривание этих компонентов даёт двойную пользу: удаляется вредный материал и возвращаются ценные молекулярные ресурсы.

«Когда растения испытывают стресс, особенно важно, чтобы у них хорошо работала система клеточной переработки. Им нужно производить много новых белков и молекул, а процесс рециркуляции обеспечивает их важным сырьём», — поясняет биохимик Эрика Изоно, чья группа сыграла ведущую роль в исследовании.

Как работает упаковка

Процесс начинается с того, что материал окружается транспортным везикулом с двойной мембраной — аутофагосомой. Позже везикул доставляет содержимое к пищеварительной органелле. Но как везикул герметично закрывается перед транспортом?

В процессе закрытия участвует молекулярная машина с несколькими субъединицами — ESCRT-комплекс. Этот филаментозный белковый комплекс прикрепляется к мембранам, например, аутофагосом. Когда это происходит у отверстия, комплекс вызывает его сужение и герметичное закрытие.

До сих пор было плохо понятно, как ESCRT-машина находит аутофагосомы в растительных клетках.

«ESCRT-машина работает на многих разных органеллах и мембранах очень похожим образом. Нас интересовало, как она специфично рекрутируется к аутофагосомам, когда это требуется», — говорит ведущий автор исследования, докторант Никколо Мозессо.

Исследователям удалось идентифицировать и охарактеризовать ключевого участника этого процесса — белок CaLB1.

Временное решение и постоянная герметизация

«Идентифицированный нами белок взаимодействует с компонентами мембраны аутофагосомы во время солевого стресса. Он накапливается там и формирует крупные белковые структуры, которые, предположительно, располагаются на отверстии транспортных везикулов и могут временно запечатывать их, как пробка», — объясняет Мозессо.

Исследователи предполагают, что одновременно конденсаты CaLB1 вызывают прикрепление ESCRT-машины в области отверстия аутофагосомы, которая затем герметично его закрывает.

Это открытие — результат тесного междисциплинарного сотрудничества биологов и химиков. Результаты фундаментального исследования закладывают основу для возможных будущих применений.

«Точное молекулярное знание о том, как растения реагируют на солевой стресс, в долгосрочной перспективе может помочь повысить устойчивость растений, чтобы противодействовать растущей проблеме засоления почв», — заключает Изоно.