O-glicozilarea este importantă pentru creșterea părului rădăcinii • Vera Bashmakova • Stiri științifice despre "Elemente" • Biologie moleculară

O-glicozilare importantă pentru creșterea părului rădăcinii

Fig. 1. Prolyl hidroxilaza (Prolyl hidroxilaza) convertește o prolină (prolină) în lanțul proteic în hidroxiprolină (hidroxiprolină). Imagine de la www.ncbi.nlm.nih.gov

După cum știți, celulele de plante sunt înconjurate de un perete celular solid. Deoarece celulele sunt în continuă creștere (în unele cazuri, ele sunt de 200 de ori mai lungi decât dimensiunea originală), peretele celular trebuie să fie în permanență "completat" pentru a-și menține grosimea neschimbată. Ce oferă această abilitate? Un mare grup internațional (cercetători din Argentina, Brazilia, Danemarca, America și Australia) a constatat că unul dintre tipurile rare de glicozilare joacă un rol important aici.

Glicozilarea este adăugarea enzimatică a unui lanț carbohidrat la o moleculă organică (de obicei o proteină sau lipidă). Unele proteine ​​pot funcționa corect numai după glicozilare, deoarece lanțurile carbohidraților atașate își schimbă proprietățile, îi ajută să adopte conformația corectă și așa mai departe. Glicozilarea poate fi de mai multe tipuri, în funcție de atomul particular (azot, oxigen, carbon, fosfor) din care aminteste lanțul carbohidrat. Proteinele glicozilate se numesc glicoproteine.Sunt glicoproteine ​​care sunt principalele proteine ​​ale peretelui celular. Și multe dintre aceste proteine ​​conțin hidroxiprolină.

Hidroxiprolina este un aminoacid nestandard care este obținut prin hidroxilarea (gruparea -OH-grupări, vezi hidroxilarea) prolinei pe un lanț de proteine ​​nou sintetizat cu enzime speciale. Hidroxiprolina este destul de rară; de exemplu, la mamifere, se găsește doar în câteva proteine. Există un subtip specific de glicozilare în care lanțul carbohidrat este atașat oxigenului în gruparea hidroxil a hidroxiprolinei. S-a știut că acest tip de glicozilare se găsește în celulele de plante și se presupune că este de o mare importanță pentru buna funcționare a peretelui celular, însă rolul pe care îl joacă în acest domeniu a fost slab cunoscut.

Pentru a determina acest rol, cercetătorii au efectuat o serie de experimente privind părul rădăcinii (vezi părul rădăcinii) al organismului principal al modelului plantei, Tal Rezuhovidka. Fețele radiculare sunt celule singulare care cresc de la suprafața rădăcinii într-o zonă specială de lângă vârful acesteia.Ele sunt angajate în absorbția de nutrienți din sol și, prin urmare, au o mare importanță pentru viața plantei. Și deoarece ele cresc rapid și pot fi ușor de discernut, măsurate și numărate folosind un microscop luminos, este foarte convenabil pentru ei să investigheze influența anumitor factori asupra creșterii și dezvoltării celulelor din plante.

În primul rând, oamenii de știință au încercat să înțeleagă care dintre enzimele prolyl-4-hidroxilaze (P4H) – care hidroxilizează prolină cu hidroxiprolina – sunt importante pentru creșterea normală a firelor de păr. Există o întreagă familie a acestor enzime, dar numai trei dintre ele – P4H2, P4H5 și P4H13 – sunt exprimate în zona părului rădăcinii. Toate cele trei enzime sunt localizate în reticulul endoplasmic, într-un fel de "fabrica" ​​pentru producerea de proteine. Din aceasta rezultă că își fac treaba – coase o grupă hidroxil la prolină – exact acolo, și că proteina prelucrată în acest moment, cel mai probabil, tocmai a părăsit ribozomul.

Fig. 2. Prolyl-4-hidroxilaza P4H2, P4H5 și P4H13 sunt localizate în zona părului radicular. Locurile în care se găsesc aceste enzime sunt pictate verde, zonele în care nu există nici unul sunt marcate asteriscuri. T – trichoblasts, celule de păr rădăcină, AT – atriboblaste, celule fără păr.Se poate observa că P4H5 se găsește predominant la baza firelor de păr, iar P4H13 se găsește nu numai în celulele părului, ci și în celulele fără păr. Imagine din articol în discuțieștiință

Pentru a determina exact ce sunt importante aceste enzime, cercetătorii au folosit trei linii de plante, fiecare dintre ele având una dintre enzimele oprite și apoi s-au uitat la modul în care lipsa enzimelor afectează părul rădăcinii.

Sa dovedit că, așa cum au sugerat cercetătorii, firele de păr din plantele cu enzime "dezactivate" sunt mai scurte decât cele de control (iar când P4H2 este oprit, firele de păr devin mai mici). Aceste efecte dispar dacă numărul normal de enzime studiate este restabilit în celule. Daca crestem expresia lor, firele de radacina devin mult mai lungi si cresc cu o densitate mai mare. O concluzie logică rezultă din aceasta: hidroxilarea prolinei (și "cusătura" ulterioară a lanțului de carbohidrați la hidroxiprolină) este o condiție necesară pentru creșterea corespunzătoare a firelor de păr.

Fig. 3. La plantele cu P4H13 oprită, firele de păr rădăcinoase sunt mult mai scurte decât cele de control (WT col-0). Imagine din articol în discuțieștiință

Pentru a studia în detaliu exact ce substraturi în special "iubesc" enzimele studiate, cercetătorii au efectuat o altă serie de experimente, în care au propus mai multe tipuri de proteine ​​diferite acestor enzime. Sa dovedit că este mai convenabil pentru enzimele noastre să hidroxilizeze un întreg lanț de proline succesive, mai degrabă decât reziduuri unice, prolinice separate unul de celălalt. Și lanțurile de poliprolină sunt caracteristice extensinelor care sunt extrem de importante pentru peretele celular (vezi Extensins), ceea ce sugerează că aceste proteine ​​sunt principalul substrat pentru enzimele studiate.

Extensiile sunt numite astfel, deoarece se presupune că ele formează o rețea extinsă (adică, larg răspândită și cuprinzătoare) în peretele celular. Compoziția acestor proteine ​​include lanțuri repetitive de hidroxiproline și aceste hidroxiproline, de regulă, sunt glicozilate cu lanțuri de arabinoză scurte (aproximativ cinci reziduuri).

Cercetatorii au decis sa afle care enzime glicozilaze (numite glicoziltransferaze) se ocupa de glicozilarea extensinilor dupa ce s-au folosit P4H2, 5 si 13.Dintre toți potențialii candidați, oamenii de știință au reușit să aleagă două, numite RRA3 și XEG113 și care sunt exprimate împreună cu P4H2 și 5. Aceste enzime sunt localizate în principal în complexul Golgi, care se ocupă de creșterea proteinelor sintetizate în reticulul endoplasmatic până la destinație. "Dezactivarea" acestor enzime în plante determină efecte asemănătoare cu "oprirea" P4H2, 5 și 13 – adică o lungime mai mică a părului rădăcinii și, în plus, un număr redus de extenzi în peretele celular. În plus, în absența acestor enzime, extensinii au un defect tipic – lanțurile de arabinoză prea scurte și fără RRA3, aceste lanțuri constau din maximum două reziduuri de arabinoză și fără XEG113, ele constau dintr-un singur. Din aceasta, cercetatorii au ajuns la concluzia ca XEG113 coase un al doilea reziduu de arabinoza in lantul carbohidrat, iar RRA3 – al treilea. Se pare că lanțurile de arabinoză scurtate perturbe stabilitatea conformatională a expandinei, ca urmare a faptului că este "distrusă" comunicarea cu alte proteine ​​și devine imposibilă formarea unei rețele extensionale cu drepturi depline.

Deci, putem descrie următorul "transportor" pentru producerea extensinelor în celulele părului rădăcinii.Mai întâi, proteina este sintetizată în reticulul endoplasmatic brut. De îndată ce a coborât din ribozom, prolyl hidroxilazele P4H2, 5 și 13 îl preiau și convertesc reziduurile de prolină conținute în acesta în reziduuri de hidroxiprolină. După aceea, proteina intră în complexul Golgi (acolo, apropo, se observă și o anumită activitate P4H2 și 5), în care glicoziltransferazele RRA3 și XEG113 (și, eventual, nu numai) se atașează la lanțurile de arabinoză la hidroxiproline. În cele din urmă, o extensină pe deplin matură este trimisă pe peretele celular, unde formează o rețea extinsă, cuprinzătoare, cu propriul său tip.

Pe lângă faptul că datele obținute sunt esențiale pentru înțelegerea activității vitale a plantelor în general, ele au, de asemenea, o anumită semnificație practică. Fețele radiculare sunt extrem de importante pentru funcționarea normală a plantelor, iar capacitatea de a schimba lungimea și densitatea acestora poate face o treabă bună pentru oamenii de știință.

Sursa: Silvia M. Velasquez, Martiniano M. Ricardi, Javier Gloazzo Dorosz, Paula V. Fernandez, Alejandro D. Nadra, Laercio Pol-Fachin, Jack Egelund, Sascha Gille, Jesper Harholt, Marina Ciancia, Hugo Verli, Carl Erik Olsen, Peter Ulvskov, Bent Larsen Petersen, Chris Somerville, Norberto D. Iusem, Jose M. Estevez. Proteinele din peretele celular O-Glicozilat sunt esențiale în creșterea părului rădăcinii // Știință. 2011. V. 332. P. 1401-1403.

Vera Bashmakova


Like this post? Please share to your friends:
Lasă un răspuns

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: