Выделение гена - рецептора этилена

Исследования, проведенные М. Холлом (Вели­кобритания) и Э. Сислером США), показали, что: 1) клеткам растений присуща способность обрати­мо связывать этилен, 2) ингибирование этого про­цесса приводит к подавлению типичных реакций растений на этилен, 3) этиленсвязывающий белок находится в клеточной мембране. Исследование не­чувствительных к этилену мутантов арабидопсиса подтвердило, что у них резко снижено связывание этилена. Это позволяло ожидать, что у мутантов по­врежден ген рецептора этого гормона. Большой прогресс был достигнут в результате работ несколь­ких групп американских исследователей, включая А. Бликера, Дж. Еккера, Х. Клея.

Один из генов, вызывающих нечувствительность к этилену (etr 1), выделен и клонирован А. Бликером. Затем ген был введен в клетки дрожжей, в которых и осуществлен синтез кодируемого геном etr 1 белка. Этот белок ETR1 придавал клеткам дрожжей спо­собность связывать этилен, которая отсутствовала у контрольных дрожжей. Связывание происходило с той же кинетикой, что в клетках растений, и подав­лялось теми же ингибиторами. Все это позволяло заключить, что в дрожжах синтезирован рецептор этилена. Он представляет собой белок 79 kD, кото­рый образует димер (147 kD), две субъединицы ко­торого соединены дисульфидным мостиком. Уста­новление нуклеотидной последовательности гена etr 1 позволило вывести из нее аминокислотную по­следовательность кодируемого им белка ETR1. Бе­лок проявил высокую гомологию с бактериальной гистидиновой протеинкиназой, входящей в состав бикомпонентной сигнальной системы бактерий. Она называется бикомпонентной потому, что действует в два этапа и включает в себя два белка: сен­сор и эффектор (рис. 3).

Рис. 3. а - бикомпонентная сигнальная система бактерий. Звездочкой помечены фосфорилиро­вание гистидина в составе гистидиновой проте­инкинаэы и пере нос фосфатной группы на остаток аспарагиновой кислоты в молекуле эффектора. Римскими цифрами помечены два этапа переноса сигнала. б - схематическое изображение структу­ры этиленового рецептора ЕТА1 у арабидопсиса: 1 - гидрофобный, этиленсвязывающий домен на N-конце белка; 2 - домен, соответствующий гисти­диновой протеинкиназе, автофосфорилирующей 353 гистидиновый остаток в молекуле; 3 - домен, содержащий остаток аспарагиновой кислоты, на который должен переносится фосфат с гистидина

На первом этапе принятый сенсорной гистидиновой протеинкиназой сигнал возбуждает актив­ность фермента и приводит к фосфорилированию в его молекуле всего одного гистидинового остатка, расположенного в строго определенном участке мо­лекулы, высоко консервативном у всех гистиди­новых протеинкиназ. На втором этапе функцио­нирования бикомпонентной сигнальной системы фосфатная группа передается с гистидинового ос­татка на остаток аспарагиновой кислоты, располо­женной у бактерий обычно в другом белке. В ре­зультате фосфорилирования он активируется и приобретает способность регулировать активность генов, включая одни из них и выключая другие. Таким путем осуществляется ответ клетки на принятый сигнал. Гистидиновые протеинкиназы, входящие в состав бикомпонентной сигнальной системы, широко распространены у бактерий и участвуют в их реакциях на изменение осмотических условий среды, концентрации в ней необходимых метаболитов, в явлениях хемотаксиса и взаимодействии с хозяином. В эукариотических клетках широко распространены сериновые и треониновые протеинкиназы, которые фосфорилируют у белков определенные сериновые и треониновые остатки, и тирозиновые протеинкиназы, фосфорилирующие тирозиновый остаток. Гистидиновая протеинкиназа считалась специфичной для бактерий, однако она обнаружена также у дрожжей, где участвует в ответе на солевой стресс, и у млекопитающих. Установленная А. Бликером принадлежность ETR1 арабидопсиса к гистидиновым протеинкиназам является первым сообщением об их присутствии у растений. Анализ аминокислотной последовательности ETR1, выведенной из нуклеотидной последовательности его гена, обнаруживает в белке три различные части (см. рис. 3). Одна из них (расположена на N-конце молекулы) отличается высокой гидрофобностью. Она уникальна по своей структуре, не имеет в банке данных аналогов с другими белками. Эта часть молекулы локализована в мембране и ответственна за связывание этилена. Далее в молекуле расположена гистидиновая протеинкиназа, которая должна фосфорилировать 353-й гистидин и далее передавать фосфатную группу на 659-й остаток аспарагиновой кислоты, расположенной ближе к С-концу молекулы. Судя по аминокислотной последовательности, в молекуле этиленового рецептора содержатся и сенсорная и эффекторная части бикомпонентной сигнальной системы бактерий. Кстати, такая ситуация встречается и у бактерий.