Белки иммунитета растений запускают гибель клеток

Растительные клетки самоуничтожаются, чтобы выжить. Обнаружив патоген, они запускают цепную реакцию, которая в итоге разрушает их, предотвращая распространение болезни.

Учёные раскрыли механизм этого самоуничтожения. Защитные белки растений собираются в кластеры, чтобы пробить клеточную мембрану, открывая канал в заражённую клетку. Затем внутрь устремляется кальций, что в конечном счёте убивает клетку. Об этом сообщила команда исследователя Медицинского института Говарда Хьюза Джеффри Дангла 17 июня 2021 года в журнале Science.

Учёные давно знали, что такая индуцированная патогеном гибель клеток происходит у растений, а защитные белки были впервые идентифицированы в середине 1990-х. «Но никто не знал, как они работают, контролируя гибель клеток и иммунные ответы», — говорит Дангл. — «Теперь мы знаем, что все они работают через канал, подобного которому раньше не видели».

Эти выводы согласуются с недавним исследованием в журнале Cell, которое сообщило о похожем результате для другой категории растительных иммунных белков. Поскольку это семейство белков обнаружено у большинства наземных растений, механизм, вероятно, справедлив для всего царства растений.

Команда Дангла изучала белки NLR, которые распознают специфические молекулы патогенов. Большинство растений имеют гены для сотен NLR. Несколько лет назад Дангл наткнулся на статью, сообщавшую об интересном явлении у одного вида этих белков: они сбивались в комки и двигались к клеточной мембране — поведение, часто наблюдаемое у белков, образующих мембранные каналы.

Исследователи использовали метод рентгеновской кристаллографии, чтобы получить детальные изображения структуры этого белка NLR. Затем они создали целевые мутации в белке, чтобы увидеть, как изменения в разных местах влияют на его функцию.

Тестируя поведение разных версий белка в клетках и in vitro, учёные восстановили картину его действия. Она выглядит так: в присутствии патогена белки NLR сливаются в мега-белок. Затем часть белка формирует воронкообразную структуру, которая проникает в мембрану заражённой клетки. Это создаёт канал, пропускающий кальций в клетку. Поскольку высокие уровни кальция токсичны, его приток может означать гибель для клетки.

В другом эксперименте команда создала человеческие клетки, содержащие белок NLR. У человеческих клеток нет других частей растительной иммунной системы. Однако, как показали исследователи, одного наличия активного белка NLR было достаточно, чтобы впустить кальций и убить клетки. Это говорит о том, что белок является движущей силой кальциевого всплеска.

Далее команда исследует, убивает ли кальций растительные клетки напрямую или же он активирует другие защитные пути, ведущие к гибели клеток. Выяснение этих путей даёт учёным лучшее понимание того, как растения защищаются, и может помочь улучшить создание устойчивых к болезням сельскохозяйственных культур.