Как построить лучшие "автострады" в растениях
При росте растения перемещают клеточный материал от своих "производственных участков" к зоне строительства клеточной стенки. Считается, что транспортные белки, называемые моторными белками, перемещают этот "груз" по сложной системе "магистралей", состоящей из микротрубочек. Положение этих путей должно быть стабилизировано, чтобы доставка осуществлялась в правильные места.
Эта система микротрубочек под плазматической мембраной растений стала объектом пристального изучения лаборатории биологии Вашингтонского университета в Сент-Луисе. Лаборатория Диксита, которая в исследовании 2018 года обнаружила молекулярные "тормоза", сдерживающие моторный белок Arabidopsis Fragile Fiber 1 (FRA1), в ходе дальнейших исследований выяснила, что FRA1 закрепляет свой путь на месте с помощью белков разобщения целлюлазного синтаза и микротрубочек (CMU). Новое исследование было опубликовано 2 июня в журнале The Plant Cell.
Стабилизация путей
"Если белок FRA1 отсутствует, пути из микротрубочек становятся гибкими и отсоединяются от плазматической мембраны, — сказал Рам Диксит, — и упорядоченная система "автострад" и навигации нарушается".
В поисках грузовых белков, взаимодействующих с хвостовой (грузосвязывающей) областью моторного белка FRA1, исследователи обнаружили, что CMU-белки напрямую взаимодействуют с этой областью FRA1. Было известно, что CMU связываются с микротрубочками и направляют движение трансмембранных комплексов целлюлазного синтаза, которые производят один из основных компонентов клеточной стенки — целлюлозу. В отсутствие CMU подвижные комплексы целлюлазного синтаза заставляют обычно прямые пути из микротрубочек изгибаться и колебаться, нарушая строительство клеточной стенки.
Механизм взаимодействия
Команда обнаружила, что взаимодействие с FRA1 влияет на позиционную стабильность путей, регулируя уровни CMU-белков: FRA1 предотвращает их деградацию и поддерживает их присутствие на микротрубочках. Исследователи выяснили, что фосфорилирование хвостовой области FRA1 ингибирует его взаимодействие с CMU, что дает растительным клеткам способ контролировать уровни CMU и, следовательно, стабильность путей.
Биологическая значимость
Генетические эксперименты продемонстрировали значимость этого взаимодействия для размножения и роста растений Arabidopsis. Старшим автором исследования был Диксит, соавторами — Анджия Гангули, Чуаньмэй Чжу и Вейзу Чен.
"Мы обнаружили, что CMU1 и CMU2 имеют различные функции, — объяснил Гангули, — где CMU1 является основным фактором роста проростков, а CMU2 важен для роста цветоносных стеблей у взрослых растений".
Смена парадигмы
"Наша работа меняет парадигму, согласно которой белки, ассоциированные с микротрубочками, регулируют активность моторных белков", — сказал Диксит. В клетке пути из микротрубочек усеяны множеством различных белков. Некоторые из них рекрутируют моторные белки для содействия транспорту, а другие действуют как препятствия, мешающие транспорту. Хотя CMU напрямую связываются с микротрубочками, исследователи обнаружили, что их отсутствие не изменяет количество или транспортную активность FRA1. Вместо этого моторный белок FRA1 контролирует, сколько CMU доступно для связывания и стабилизации микротрубочек.
"Иногда блуждающий путь — это нехорошо, — сказал Диксит, — и наша работа показывает, как моторный белок помогает удерживать свой собственный путь на месте".