Обнаружена причина первоначального всплеска иммунного ответа у растений при атаке патогенов
Когда патогены атакуют растения, клетки почти мгновенно реагируют, начиная производить различные малые молекулы — вторичные мессенджеры. Эти мессенджеры перемещаются по клеточной мембране, запуская процесс активации иммунной системы. Эти базовые молекулярные пути одинаковы для растений, животных и даже человека.
Малая молекула фосфатидная кислота (PA) является самой первой молекулой, активирующей иммунную систему. Сразу после атаки уровень PA резко возрастает, а затем так же быстро падает. Долгое время причина этого всплеска оставалась неизвестной.
Исследователи из Мичиганского университета обнаружили, что причиной служит крошечный фермент — липидная киназа DGK5. Исследование опубликовано в журнале Cell.
«Мы не только заполнили пробел, идентифицировав фермент, запускающий производство PA, но и обнаружили два "переключателя", которые контролируют, когда это производство включается и выключается», — сказала ведущий автор Либо Шан, профессор молекулярной, клеточной биологии и биологии развития.
Поскольку PA является ключевым вторичным мессенджером при различных заболеваниях человека, понимание тонкой регуляции её производства считается важным для поддержания клеточного гомеостаза и борьбы с болезнями.
Исследователи выяснили, что два разных фермента — протеинкиназы — взаимодействуют с DGK5, чтобы соответственно запустить и снизить иммунный ответ. Первый фермент присоединяется к DGK5 и вызывает всплеск PA. Затем второй фермент подавляет производство PA.
Почти 30 лет назад учёные впервые наблюдали быстрое производство PA после вторжения патогена, но лежащие в основе механизмы не были понятны.
В 2012 году Либо Шан выступила с докладом о малой протеинкиназе, связывающей иммунные рецепторы на поверхности клетки с клеточными ответами. Её заметил член аудитории Тэун Мунник, профессор Амстердамского университета, который также изучал быстрое производство PA. Он предположил, что один из генов, упомянутых в докладе Шан, может кодировать фермент, ответственный за всплеск PA.
Для изучения пути лаборатория Шан использует Arabidopsis — небольшое растение семейства капустных. Эти растения самоопыляются, поэтому каждое из их 10 000–30 000 семян содержит точные генетические копии родительского растения. Это позволяет исследователям изучать различные молекулярные пути на мутантных линиях.
Мунник использовал коллекцию мутантных линий Arabidopsis для скрининга на восприимчивость к болезням и выделения DGK5. Параллельно, используя молекулярно-биохимический генетический подход, лаборатория Шан идентифицировала DGK5 как основной драйвер производства PA.
Затем исследователи создали мутанты Arabidopsis с "выключенным" ферментом DGK5. Они использовали эти мутанты, чтобы выяснить, как DGK5 регулируется вышестоящими протеинкиназами и фактически запускает производство PA, помогая растению бороться с патогеном.
Работа также пролила свет на роль PA в отношении другого типа молекул — активных форм кислорода (ROS). ROS необходимы для биологических процессов, но их перепроизводство может привести к окислительному стрессу. Однако во время иммунного ответа растений ROS играют ключевую роль: они считаются первым слоем защиты от патогенов из-за их сигнальной роли и способности напрямую убивать патогены.
Команда обнаружила, что PA также регулирует ROS, связываясь со стабилизирующим ферментом, который производит ROS.
«Наши результаты показывают, как этот процесс модулирует сигнализацию активных форм кислорода, оркеструя два ключевых направления иммунитета растений», — сказала Шан.
Эта работа открывает путь для будущих исследований, направленных на изучение липидов, участвующих в передаче иммунных сигналов и процессе иммунорегуляции, а также на то, как липиды вовлечены в другие процессы стресса, вызванного окружающей средой.