Исследование раскрывает секрет скрытного захватчика, вызывающего губительную болезнь риса

Вирулентность грибка, разрушающего рис, и использование им «ниндзя-подобных» белков, которые помогают ему избегать обнаружения, подавляя сигналы тревоги иммунной системы, зависят от особенностей генетического кодирования. Это открытие может стать ключевым для борьбы с ним, как показало исследование Университета Небраски-Линкольна.

Команда под руководством Ричарда Уилсона надеется, что выявление ранее неизвестного, но важного этапа захвата грибком клеток риса ускорит лечение или предотвращение пирикуляриоза риса, который ежегодно уничтожает до 30% мирового урожая.

Большинство клеточных машин, или белков, секретируются одинаково: после сборки и сворачивания в эндоплазматическом ретикулуме они перемещаются в аппарат Гольджи, который упаковывает и направляет их к конечным пунктам. Однако некоторые белки обходят аппарат Гольджи, используя нетрадиционные, плохо изученные пути. Команда Уилсона показала, что один из таких путей включает модификацию не самого секретируемого белка, а генетического кода молекулы, помогающей в его построении.

Эта молекула — транспортная РНК (тРНК) — переносит аминокислоты, строительные блоки белков, в поисках шаблона, который требует её конкретный груз. Эти шаблоны существуют в виде трёхбуквенных кодов (кодонов) в матричной РНК (мРНК). Когда тРНК находит и декодирует мРНК с подходящим кодоном, она высвобождает свою аминокислоту, добавляя её к цепочке, которая в итоге образует готовый белок.

Перед тем как отдать свой груз, некоторые тРНК подвергаются химическим изменениям. Одна особенно важная модификация — добавление серы к третьей букве (нуклеотиду) тРНК, когда этой буквой является уридин (U). Хотя эта модификация сохраняется у многих организмов — от дрожжей до мышей и людей — её функции до конца не изучены.

Уилсон и его коллеги проверили гипотезу, что модификация уридина в тРНК может быть важна для роста грибка Magnaporthe oryzae, вызывающего пирикуляриоз риса. Чтобы проверить её важность, исследователи удалили гены, ответственные за модификацию, и сравнили мутантный грибок с исходным.

Команда обнаружила, что у мутанта исчезли некоторые «ниндзя-подобные» белки (эффекторы), которые секретируются нетрадиционным путём и проникают в цитоплазму клеток риса, подавляя их врождённый иммунный ответ. Когда споры мутантного M. oryzae поместили на ростки риса, грибок без эффекторов вызвал лишь крошечные поражения на листьях — гораздо меньшие, чем у исходного вирулентного грибка.

Оказалось, что тРНК с модифицированной серой последовательно связывались с кодонами мРНК, оканчивающимися на AA (аденин во второй и третьей позициях кодона). При этом другие тРНК могли связываться с синонимичными кодонами, оканчивающимися на AG, доставляя ту же аминокислоту без необходимости модификации серой. Возник вопрос: почему M. oryzae предпочитает кодоны с окончанием AA?

Последующий эксперимент показал, что замена кодонов AA на AG действительно заставляла M. oryzae возобновлять производство вирулентных эффекторных белков. Однако грибок начинал производить так много эффекторов, что они нарушали собственную скрытность и в итоге не могли обеспечить заражение — ситуация «слишком много поваров на кухне».

Кодоны с окончанием AA не только обеспечивали, но и регулировали производство эффекторов. Стало ясно: скрытные белки зависели как от серной модификации, так и от одного конкретного типа кодона, на который она нацелена. Отсутствие любого из этих элементов разрушало всю стратегию.

Поскольку мРНК получает свои шаблоны непосредственно из ДНК, анализ ДНК позволяет исследователям определить наличие и распространённость определённых кодонов. Зная, насколько сильно M. oryzae зависит от кодонов с окончанием AA для производства эффекторов, команда нашла их признаки в соответствующих генах. В одном случае более 90% кодонов AG и AA для цитоплазматического эффектора относились к категории AA.

Этот метод можно использовать для поиска новых эффекторов у грибков или других патогенных организмов, которые осуществляют скрытые атаки.

«Одна из целей фитопатологии — идентифицировать новые эффекторы и выяснить их функции, которые часто заключаются в подавлении работы какого-либо белка растения или уклонении от обнаружения. А затем, если вы найдёте эту мишень в растении, можно внести изменения, чтобы сделать растение более устойчивым. Таким образом, поиск эффекторов — это поиск устойчивой устойчивости растений к болезням».

Изучаемый нетрадиционный путь секреции эффекторов охватывает не только царства грибов и растений. Паразитические протисты, вызывающие многие болезни человека, включая малярию, секретируют белки, подавляющие иммунитет, почти так же, как M. oryzae. Некоторые раковые клетки также используют этот путь. Исследование может помочь в идентификации новых эффекторов и понимании того, почему они стали оружием против человеческих клеток.

Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Microbiology.