Растительный иммунный рецептор: для танго нужны четверо
Совместное исследование внутриклеточного иммунного рецептора растений, проведенное учеными из Института селекции растений Общества Макса Планка (MPIPZ), показало не только то, как активируется важный белок устойчивости при патогенной инфекции, но и выявило общие операционные принципы с иммунными белками человека.
Несмотря на миллионы лет эволюционного разделения, растения и животные независимо друг от друга выработали схожие стратегии врожденного иммунитета для защиты от микробных инфекций. В обоих царствах жизни иммунные рецепторы, называемые NLR-белками (nucleotide-binding/leucine-rich-repeat), образуют важный внутриклеточный уровень защиты от патогенов. NLR — это сложные устройства из нескольких модулей, которые распознают молекулы (эффекторы) вторгающихся микробов, а затем локально активируют пути устойчивости и гибели клеток, чтобы ограничить инфекцию.
Растительные NLR делятся на два основных класса:
- CNL-белки — содержат coiled-coiled (CC) модули.
- TNL-белки — содержат Toll/interleukin-1 receptor/resistance (TIR) модули.
Исследователям MPIPZ и команде профессора Цзицзе Чая впервые удалось собрать воедино последовательность молекулярных событий, которые превращают неактивный TNL-рецептор в активный «рестосомный» комплекс, опосредующий гибель клетки-хозяина.
Цзицзе Чай (также сотрудник Кёльнского университета) объединил усилия с руководителем исследовательской группы Джейн Паркер и директором MPIPZ Паулем Шульце-Лефертом, чтобы изучить структурные и биохимические основы активации TNL-рецептора RPP1 (Recognition of Peronospora parasitica 1). Этот рецептор защищает модельное растение Arabidopsis thaliana от инфекции оомицетом Hyaloperonospora arabidopsidis (Hpa).
Для понимания молекулярного механизма защиты ученые экспрессировали белок RPP1 вместе с распознаваемым эффектором Hpa, белком ATR1, в клетках насекомых. Активированный ATR1 рецептор RPP1 проявляет ферментативную активность, расщепляя NAD+ (никотинамидадениндинуклеотид), что важно для сигналинга защиты.
С помощью криоэлектронной микроскопии олигомерных комплексов RPP1-ATR1 были получены ответы на два ключевых вопроса в биологии NLR:
- Как прямое связывание эффектора индуцирует конформационную активацию NLR-рецептора.
- Как организация олигомера TNL-рецептора (в данном случае тетрамера из четырех плотно упакованных молекул) создает уникальную поверхность в части рецептора, необходимую для расщепления NAD+.
Ключевой механизм: Индуцированная ATR1 тетрамеризация RPP1 на одном конце комплекса заставляет четыре TIR-модуля на противоположном конце сформировать две асимметричные пары TIR. Эти пары и являются сайтами расщепления NAD+. Таким образом, рестосома RPP1 функционирует как «голофермент» — активная форма фермента для расщепления NAD+.
Примечательно, что исследования другой TNL-системы (рецептор Roq1 у Nicotiana benthamiana), проведенные в Калифорнийском университете в Беркли, также показали, что активация TNL включает прямое распознавание эффектора и образование сходной тетрамерной структуры. Эффектор, распознаваемый Roq1, продуцируется бактериальным патогеном.
Открытия исследователей MPIPZ, по-видимому, имеют широкое значение для понимания того, как эти ключевые иммунные молекулы растений защищают своих хозяев. Более того, олигомерные конфигурации активных RPP1 и Roq1 напоминают индуцированные олигомерные структуры других растительных и млекопитающих NLR-белков, включая рецепторы врожденной иммунной системы человека. Это позволяет предположить, что данные рецепторы полагаются на общий структурный принцип для инициации внутриклеточного иммунного сигналинга и гибели клеток в разных царствах жизни.
Исследование опубликовано в журнале Science.