Задачи 3 Обзор литературы Эукариоты 1 Животные и грибы 1 Виды пгк 3 1 Механизмы апоптоза (стр. 5 из 7)

Возможно также участие и хлоропластов в ПГК у растений. Хлоропласты имеют собственный геном, кодирующий ~ 100 белков (в основном белки фотосинтетического аппарата, систем транскрипции и трансляции). Другие белки

-21-

хлоропластов (всего их около 3000) кодируются ядерным геномом. По структуре и функциям хлоропласты достаточно близки к митохондриям. Логично предположить, что они, по аналогии с митохондриями, могут играть важную роль в ПГК. Хлоропласты являются источниками активных форм кислорода, причем образование АФК в них значительно выше, чем в митохондриях. Синглетный кислород 1О2 образуется в хлоропластах на свету — возбужденный хлорофилл, переходя в триплетное состояние, может взаимодействовать с кислородом, образуя 1О2. Порфириновые интермедиаты, образующиеся при биосинтезе хлорофилла, и продукты распада хлорофилла обладают свойствами фотосенсибилизаторов, способных генерировать АФК в клетках. O2-* образуется при одноэлектронном восстановлении кислорода компонентами ЭТЦ хлоропластов, преимущественно ФС I (Fe-S-центрами Fx,a,b) - кроме того, образование O2-* может идти при участии ферредоксина и ферредоксин-NADP+ редуктазы. На восстановление 02 до O2-* может быть мобилизовано до 30% электронного потока в ЭТЦ хлоропластов. АФК, генерируемые в хлоропластах на свету, активируют экспрессию генов антиоксидантноЙ защиты клеток. Также показано, что редокс-состояние пластохинона ЭТЦ хлоропластов регулирует экспрессию генов путем активации протеинкиназ. Структурное и функциональное сходство хлоропластов с митохондриями, высокая способность к образованию АФК и светозависимая регуляция экспрессии ядерных генов — предпосылки значимой роли хлоропластов в ПГК. Хотя в настоящее время нет прямых доказательств, имеются некоторые косвенные подтверждения того, что хлоропласты участвуют в ПГК. Мутация (делеция) в гене шаперонина 60β белка хлоропластов, вызывала программируемую гибель клеток в листьях A. thaliana. Снижение уровня хлоропластного белка DS9, гомолога бактериальной металлопротеазы FtsH, приводило к ускорению ГО и ассоциированной с ним программируемой гибели клеток листьев табака, инфицированного вирусом табачной мозаики. Мутации по копропорфириноген-III-оксидазе и редуктазе "красного" катаболита хлорофилла, ведущие к нарушению биосинтеза гема и хлорофилла, деградации хлорофилла и накоплению соединений порфириновой природы, инициируют ПГК в листьях растений, предположительно опосредованную генерацией АФК при окислении фотовозбужденных порфириновых соединений кислородом. В некоторых работах отмечено, что освещение усиливает ПГК у растений. Очевидно, светозависимость ПГК обусловлена участием хлоропластов. Свет усиливал CN--индуцированную гибель устьичных клеток гороха, но не эпидермальных клеток, не имеющих хлоропластов. Ингибиторы фотосинтеза подавляли световую стимуляцию ПГК, опосредованную, вероятно, ФС II. Предположительно, участие хлоропластов в ПГК было опосредовано АФК и редокс-сострянием пластохинона. УФ-облучение вызывало гибель клеток растений, усиливавшуюся при экспозиции на видимом свету. Гибель протопластов A. thaliana, вызванная токсином фумонизином В1, усиливалась при освещении. Свет индуцировал спонтанную гибель протопластов мутанта acd2. Предполагается, что освещение активировало светозависимую

-22-

фенилаланин-аммиаклиазу — фермент системы синтеза салициловой кислоты, индуцирующей ПГК. Биосинтез салициловой кислоты осуществляется в хлоропластах. Мутация гена lls1, экспрессируемого в фотосинтезирующих тканях, вызывала светозависимую гибель клеток мезофилла в листьях кукурузы. Предполагается, что ПГК была опосредована АФК, образующимися в хлоропластах. Белок LLS1, продукт гена lls1, подавлял гибель клеток, индуцированную биотическими и абиотическими факторами. Так, предполагаемый вклад хлоропластов в ПГК заключается в генерации ими АФК, регуляции синтеза салициловой кислоты, участии некоторых хлоропластных белков (шаперонин 60β, DS9 и LLS1) и, возможно, регуляции ПГК редокс-состоянием пластохинона.

Главным орудием ПГК у животных являются цистеиновые протеазы, называемые каспазами (Самуилов, 2001). Применительно к растениям нет прямых данных об участии каспаз в ПГК, но имеются косвенные указания, полученные со специфическими тетрапептидными ингибиторами каспаз. Добавление таких ингибиторов вызывает подавление ПГК у растений. Экспрессия цистатина, гена эндогенного ингибитора цистеиновых протеаз, подавляет апоптоз у клеток сои. Подобные эффекты не наблюдаются при синтезе белковых ингибиторов сериновых протеаз. ПГК не является единственной сферой действия цистеиновых протеаз у растений. Они участвуют в катаболизме запасных белков эндосперма в зерне у злаков. Так, в проростках ячменя цистеиновые протеазы ответственны за гидролиз запасных белков гордеинов до пептидов. С участием цистеиновых протеаз происходит заселение бобовых растений клубеньковыми бактериями.

Большую роль в реализации апоптоза у растений играет вакуоль. Вакуоль претерпевает значительные изменения при старении листьев и ГО, в процессе дифференцировки элементов ксилемы и образования аэренхимы. При этом происходят поглощение Ca2+, разрыв тонопласта и разрушение вакуоли с одновременной остановкой движения цитоплазмы. Судьба погибшей клетки зависит от природы вакуолярных гидролаз (рис. 9). Этими гидролазами, предварительно синтезированными на рибосомах цитоплазмы, вакуоли загружаются после поступления в клетку соответствующего апоптозного сигнала. Содержимое вакуоли определяет картину дезинтеграции погибшей клетки и функциональную предназначенность ПГК.

Рассмотрим теперь значение апоптоза для растений. Апоптоз задействован при индивидуальном развитии растений. Прорастание пыльцевой трубки осуществляется в результате гибели клеток на пути ее прорастания, зависит от видовой принадлежности пыльцы и не включается при действии чужеродной пыльцы. При прорастании семян алейроновые клетки секретируют ферменты, катализирующие гидролиз запасных полимеров эндосперма, и обеспечивают тем самым питание проростка. Будучи ненужными для последующего развития, алейроновые клетки погибают по завершении прорастания. Клетки корневого чехлика защищают меристему корня при его росте. Программа гибели этих клеток включается даже при выращивании растений гидропонным способом. Очертания

-23-

листьев у многих растений, по-видимому, формируются через механизм ПГК. Так, места перфораций, наличие лопастей у листьев растений из сем. Аронниковые определяются зонами гибели клеток на ранних стадиях развития. Элементы сосудов ксилемы — это останки специализированных клеток, дифференцировка которых может быть вызвана фитогормонами (комбинацией ауксина и цитокинина) или механическим травмированием растения. Дифференцировка состоит в удлинении клеток, значительном (вторичном) утолщении клеточных стенок и их лигнификации для придания прочности и жесткости. Конечный этап дифференцировки — клеточная смерть. Вначале разрывается тонопласт — мембрана вакуоли, содержащей гидролитические ферменты. Вслед за этим подвергаются автолизу ядро и клеточные органоиды. Исчезают также торцевые части клеточных стенок, и из отдельных оставшихся цилиндрических элементов

-24-

клеточных стенок, расположенных последовательно, у интактных растений формируются длинные трубки проводящей системы. Опадание листьев и созревших плодов сопровождаются избирательной гибелью клеток отделительной зоны, расположенной между основанием черешка листа или плода и стеблем, которая активируется благодаря экспрессии sag-генов. Клетки в отделительном слое секретируют ферменты, разрушающие клеточные стенки (пектиназы и целлюлазы). Локально действуя на определенный участок, ферменты частично растворяют клеточные стенки в отделительном слое, а сами клетки отделительного слоя подвергаются автолизу, клеточные полимеры распадаются, и черешок отваливается от стебля.