Антивирусные белки
Белки — ингибиторы вирусов представляют собой особую группу растительных антибиотических веществ. Описание этих ингибиторов и механизмов их действия заслуживает специального раздела.
Процесс инфицирования растения вирусом может быть разделен на две фазы — на стационарную фазу и фазу репликации.
Фаза репликации характеризуется: синтезом вирусных нуклеиновых кислот и белков; сборкой вириона; транспортом вновь синтезированных вирусных частиц в другие клетки, в другие части растения.
Понятия «ингибитор стационарной фазы в жизненном цикле вируса» и «ингибитор репликации вируса» не имеют четко обозначенных различий из-за того, что депротеинизация инокулюма перекрывается во времени с началом синтеза вирусного белка и нуклеиновых кислот.
Принято считать, что вещество является ингибитором репликации, если оно способно блокировать инфекцию при обработке растений спустя 5-8 часов после заражения вирусом. Будем использовать это, в некоторой степени, искусственное определение при обсуждении механизмов действия антивирусных белков — AVP (antiviral proteins).
Обычно при анализе антивирусной активности того или иного ингибитора его смешивают с вирусной суспензией, инокулируют такой смесью листья сверхчувствительного растения-хозяина и, в дальнейшем, подсчитывают количество возникших инфекционных пятен. Уменьшение количества инфекционных пятен означает, что имеет место блокирование стационарной фазы развития вирусной инфекции. Однако, количество инфекционных пятен может также снижаться, если репликация вируса ингибируется до такой степени, что видимые пятна не образуются, поэтому данный тест не позволяет достаточно точно отделить воздействие ингибитора на стационарную фазу вирусной инфекции от его воздействия на фазу репликации.
Наиболее репрезентативными тестами, дающими возможность судить о воздействии ингибитора на репликацию вируса являются следующие: определение средних размеров инфекционных пятен; тестирование действия ингибиторов на протопластах; анализ накопления вирусов в системно инфицируемых тканях; обработка растений ингибитором спустя несколько часов после инокуляции вирусом.
Все известные в настоящее время антивирусные белки можно разделить на эндогенные (синтезируемые конститутивно) растительные антиви-
154 русные белки — EAVP (endogenous antiviral proteins) и белки-ингибиторы, синтез которых индуцируется в ответ на инфекцию — IAVP (/nduced antiviral proteins). Оба типа белков-ингибиторов имеют много сходных физикохимических и биологических характеристик, таких как: устойчивость к изменениям pH и термостабильность; способность осаждаться высокими концентрациями сульфата аммония; активность при очень низких концентрациях; широкий спектр антивирусного действия; влияние содержания аминогрупп на биологическую активность. Эндогенные противовирусные белки (EAVP) — это постоянно продуцируемые растением, а не индуцируемые в нем стрессом ингибиторные белки, которые, будучи экстрагированными из ткани растений-хозя- ев, могут блокировать развитие вирусной инфекции в обработанных ими растениях.
Некоторые растения могут содержать более одного EAVP. Так, экстракты из листьев перца, герани и дурмана содержат высокомолекулярные и низкомолекулярные компоненты, обладающие антивирусной активностью.
Известно, по крайней мере, 4 различных, механизма защитного действия EAVP: агрегация ингибитора с вирионом; ингибирование стационарной фазы вирусной инфекции; индукция системной устойчивости к вирусу; ингибирование репликации путем блокирования белкового синтеза. Некоторые EAVP полифункциональны, т. е. обладают более чем одним типом биологической активности, что, в некоторых случаях осложняет изучение механизмов их антивирусного действия.
Разберем каждый из вышеперечисленных типов антивирусной активности.
Агрегация. Это — чисто физическое явление, зависящее от ионной силы внутри инфицированной клетки, концентрации ингибитора и вирио- нов. EAVP из Phytolacca esculenta и Р. americana, PAP-I и РАР-Н, могут агрегировать с вирусными частицами, образовывая нерастворимый осадок. Однако, агрегация вирионов, по-видимому, — не единственный механизм противовирусного действия этих ингибиторов; возможно, они также индуцируют устойчивость растения-хозяина.
Ингибирование стационарной фазы инфекционного процесса.
Как было сказано выше, особенностью воздействия ингибиторных белков на стационарную стадию развития вирусной инфекции является снижение количества инфекционных пятен на обработанных этими ингибиторами листьях. Типичными представителями ингибиторов стационарной стадии являются EAVP, выделенные из Datura stramonium и Dianthus caryophyllus. Обработка растений этими ингибиторами приводит к уменьшению количества инфекционных пятен, размер же инфекционных пятен при этом не
изменяется. EAVP из D. stramonium и D. caryophyllus не влияют также на 155 титр вируса в системно инфицированном растении.
Экспериментально установленные в ряде опытов соотношения между логарифмом количества инфекционных пятен на листьях и логарифмом концентрации вируса в листовой ткани свидетельствуют о том, что на поверхности листа имеется определенное число сайтов, потенциально способных развиваться в инфекционное пятно. Другими словами, число рецепторов, способных взаимодействовать с вирусными частицами, ограничено, и они расположены в определенных точках листа. Предварительная обработка поверхности листа гомологичным белком вирусной оболочки приводит к снижению числа инфекционных пятен при заражении. Это можно объяснить конкуренцией между белком оболочки вируса и интактными вирусными частицами за взаимодействие с рецепторами. Причем взаимодействие это носит высоко специфический характер, так как при обработке гетерологичным вирусным белком,такого рода конкуренция не наблюдается.
Вполне возможно, что гипотетические рецепторы могут являться точками приложения эндогенных антивирусных белков-ингибиторов. По- видимому, разные рецепторы имеют разную степень сродства к EAVP, так как обработка листьев одного и того же растения-хозяина индуцирует разную степень устойчивости по отношению к разным вирусам. Аналогично этому разная степень устойчивости наблюдается и при обработке ингибитором разных видов растений-хозяев.
Важную роль в связывании EAVP с рецепторами растения-хозяина, вероятно, играют аминогруппы. Наличие этих радикалов, по-видимому, позволяет ингибитору связываться с рецептором и блокировать, таким образом, вирус-специфические сайты на поверхности листа. Снижение химическим путем содержания аминогрупп в молекулах ингибитора приводит к снижению его антивирусной активности. С другой стороны, показано, что аминогруппы необходимы для успешного заражения растений табака вирусом табачной мозаики. Таким образом, есть основания предполагать, что именно аминогруппы в молекулах антивирусных белков являются детерминантами, ответственными за конкурентное связывание с растительными рецепторами.
Для некоторых растений (таких, например, как Chenopodium ата- raun-ticolor или Physalis floridana) характерна восприимчивость ко многим вирусам, различающимся по структуре и биологии. По-видимому, у этих растений имеются различные рецепторы, специфичные для каждого из вирусов.
Индукция системной устойчивости. Процесс возникновения индуцированной устойчивости в растительных системах может быть разбит на три последовательные стадии: восприятие растением, биотического или абиотического стресса; возникновение системного сигнала, как одна из реакций на стресс на
клеточном уровне;
156 3) индуцирование этим сигналом в тканях нового физиологического со
стояния, которое защищает ткани от последующего воздействия того же самого или, иногда, других стрессов.
Было обнаружено, что некоторые растительные экстракты при испытании на тестерных растениях индуцируют системную устойчивость к вирусам и показано, что индуктор устойчивости имеет белковую природу. Из растительной ткани, ставшей устойчивой в результате стрессовых воздействий и реализации системного сигнала, вызванного данным индуктором, могут быть выделены белки, обладающие свойством подавлять развитие вирусной инфекции. Белковые ингибиторы вируса — VIA (virus mhi-bitory agents). VIA ингибируют вирусную инфекцию при инокуляции в смеси с вирусом. Они также могут индуцировать системную устойчивость при обработке растений перед инокуляцией вирусом. Молекулярные веса VIA колеблются от 13,5 до 15 кДа.
Синтез VIA в растительных тканях и связанная с этим системная устойчивость полностью блокируются, если в эти ткани сразу после обработки индуктором вводится актиномицин D. Как известно, антибиотик ак- тиномицин D является ингибитором белкового синтеза. Индукция VIA частично блокируется актиномицином D при использовании его в течение 8 часов после обработки листьев индуцирующим экстрактом. Однако снижения концентрации VIA или понижения уровня системной устойчивости не происходит если актиномицин D применяется через 24 часа после обработки индуктором. Эти экспериментальные данные свидетельствует о том, что: уровень накопления VIA в растениях коррелирует с развитием системной устойчивости; белковый синтез, связанный с обоими процессами, завершается через 24 часа после индукции.
Примерами VIA могут быть эндогенные белковые ингибиторы из вытяжек Capsicum frutescens и Chenopodium ambrosoides, которые индуцируют системную устойчивость к вирусу верхних листьев растений при обработке ими нижних листьев до инокуляции вирусом.
Инактивация рибосом. Белки, ингибирующие рибосомы (RIP — ribosome inhibitory proteins), являются антивирусными, так как они ингибируют белковый синтез, блокируя реализацию последних стадий внутриклеточного развития вируса. RIP специфически инактивируют рибосомы, в результате чего синтез белка блокируется на стадии элонгации. Имеется значительная гомология первичной структуры у RIP, выделенных из разных источников. Это позволяет сделать вывод о том, что ингибирующая активность данных пептидов в определенной степени коррелирует с первичной структурой их активных сайтов, ответственных за связывание с рибосомой.
Первоначально предполагалось, что RIP неактивны на гомологичных рибосомах. Однако низкая активность рибосом фитолакки американской в
экспериментах по внеклеточной трансляции привела к открытию того, что 157 рибосомы фитолакки фактически инактивируются RIP фитолакки (РАР-1) в процессе их выделения. Другие растительные рибосомы также блокируются под действием своих собственных RIP в аналогичных условиях. Следует, однако, заметить, что рибосомы фитолакки все-таки достаточно устойчивы к добавлению собственного RIP (РАР-1) и гораздо более чувствительны к действию RIP, выделенных из других растений. В то же время тритин, пшеничный RIP, не инактивируют рибосомы из пшеницы, так что выделенные пшеничные рибосомы сохраняют высокую активность.
Накопившиеся к настоящему времени экспериментальные данные позволяют сделать вывод о том, что RIP имеют специфическую активность по отношению к рибосомам, выделенным из разных видов растений. По- видимому, рибосомы имеют некие структурные особенности, которые могут узнаваться или не узнаваться различными RIP. Механизмы функционирования этих белков, однако, не так просты: имеются данные о том, что PAP-S (RIP из семян фитолакки американской) ингибирует рост клеток моркови в жидкой культуре, в то же время он в тех же концентрациях стимулирует рост клеток риса.
Временной интервал антивирусной активности довольно узок, поэтому антивирусная активность большинства RIP тестируется путем инокуляции растений смесью этих белков с вирусным препаратом или препаратом вирусных РНК. Обработка растений RIP через некоторое время после инокуляции не предотвращает развитие вирусной инфекции. Так, защитный эффект не обнаруживается если RIP фитолакки американской (РАР-1) применяют через 30-50 минут после инокуляции протопластов табака ВТМ. Следовательно, RIP активны только на очень ранних стадиях жизненного цикла вируса. Известно, что рибосомы хозяина могут связывать вирусную РНК почти сразу после того, как РНК-вирус теряет оболочку. Возможно, что трансляционный комплекс «вирусная РНК — рибосома» уже невосприимчив к действию RIP, и в течение того времени, пока этот комплекс существует, RIP являются неактивными.
Индуцируемые антивирусные белки
Кроме конституционных метаболитов растений, — эндогенных антивирусных белков (EAVP), в инфицированных растениях обнаруживаются антивирусные белки, синтез которых индуцируется в ответ на инфекцию, и которые отсутствуют в тканях здоровых растений до заражения. Их называют индуцированными антивирусными белками (IAVP). В отличие от EAVP, которые оказывают влияние на ранние фазы жизненного цикла вируса, и с которыми индуцированные белки-ингибиторы имеют много общих характеристик, IAVP являются ингибиторами поздних стадий вирусной инфекции. Это следует из того факта, что обработка растений IAVP вызывает значительное снижение вирусного титра в растении. Кроме того, эффективность IAVP сохраняется даже при их применении спустя много часов после инокуляции вирусом.
158 Поскольку IAVP в растениях присутствуют в тканях, обладающих
системной устойчивостью, они рассматриваются многими исследователями как возможные кандидаты на роль сигнальных молекул при развитии системной приобретенной устойчивости растений к вирусам. Однако низкий уровень экспрессии генов, кодирующих эти белки, значительно затрудняет выделение последних из растительных тканей в виде очищенных препаратов с целью дальнейшего изучения. Тем не менее, к настоящему времени проведены довольно подробные исследования нескольких IAVP.
Ингибитор вирусной репликации (IVR — /nhibitor of viral replication) из растений табака состоит из двух биологически активных белков — 26 кДа и 57 кДа, которые являются, соответственно, мономером и димером. 1VR может быть выделен из инфицированных ВТМ протопластов и тканевых экстрактов сверхчувствительных сортов табака. Этот высокоактивный 1VR накапливается в тканях в очень низких концентрациях, 10 нг/г ткани. Столь низкое содержание IVR в растениях, по-видимому, является причиной того, что транскрипты 1VR не обнаруживаются в соответствующих тканевых экстрактах.
1VR неспецифичен в смысле своей антивирусной активности, потому что он ингибирует репликацию нескольких различных вирусов, кроме индуцирующего его ВТМ. IVR может подавлять размножение вирусов в протопластах при применении не позже, чем через 18 часов, а в листовых дисках — не позже, чем через 5 часов после инокуляции. В неинокулиро- ванной дистальной листовой ткани 1VR обнаруживают уже через 30-36 часов после инокуляции вирусом, хотя в верхних листьях он обнаруживается на 7-14 день после инокуляции.
IVR может быть выделен как из инфицированных вирусом так и из неинокулированных тканей пораженного растения и, по-видимому, его образование является одной из защитных реакций растения-хозяина, направленных на локализацию вирусной инфекции.
IVR — типичный ингибитор вирусной репликации, потому что: он может понижать концентрацию вирусных частиц в тканях системно-инфицированных растений-хозяев; он эффективен при применении от 5 и более часов после инокуляции вирусом и даже может быть эффективен спустя 18 часов после инокуляции.
Ингибиторы из «зеленых островков». На листьях, инфицированных некоторыми вирусами, развиваются светлые и темно-зеленые участки — классический симптом вирусной мозаики. Клетки «зеленых островков» обычно содержат меньше вируса по сравнению со светло-зелеными участками листа и выглядят неинфицированными цитологически или физиологически. «Зеленые островки» проявляют системную устойчивость к последующей реинфекции тем же самым или близкородственными системными вирусами.
Причины безвирусной природы «зеленых островков» пока не найдено.
IGI, выделенные из «зеленых островков» разных растений, отличаются серологически.
Интересно, что IGI табака может ингибировать размножение ВТМ в протопластах *и листовых дисках, обработанных этим ингибитором после их инокуляции вирусом, но ткани «зеленых островков», из которых IGI был выделен, остаются восприимчивыми к некрозообразующему штамму ВТМ.
Антивирусные факторы. Термином антивирусные факторы — AVF (antiviral factors) обозначают антивирусные белки, активность которых связана с наличием в растениях табака N-гена сверхчувствительности.
Один из таких AVF представляет собой фосфорилированный гликопротеин с молекулярной массой 22 кДа, который существует в растении в форме предшественника, pre-AVF. Его процессинг индуцируется вирусной инфекцией, возможно, в ответ на появление в клетках двуцепочечной РНК (dsPHK) — репликативной формы вирусной РНК.
Подобно IVR табака, AVF индуцируются только вирусной инфекцией, ингибируют репликацию вирусов и могут играть роль в развитии системной приобретенной устойчивости. AVF обнаруживается после системной инфекции, даже при очень низкой степени заражения. По-видимому, уровень накопления AVF может определять, будет ли вирусная инфекция локализованной или станет системной.
AVF, подобно 1VR, являются мощными ингибиторами и экспрессируются в очень малых количествах, что затрудняет выделение и дальнейший анализ этих белков. Так же как в случае 1VR, m-РНК, соответствующую AVF- транскриптам, не удается обнаружить в инфицированных вирусом растениях.
Интересно, что AVF имеют много общих характеристик с интерферона- ми, включая температурную и кислотную стабильность, гликозилирование, широкий антивирусный спектр, стимулирование синтеза олигоаденилатов.
В частности, AVF из растений табака стимулирует олигоаденилатсинтазу, а олигонуклеотиды могут активировать AVF. Показано, что в некоторых случаях человеческие интерфероны способны ингибировать размножение растительных вирусов. Кроме того установлено, что индуцированные человеческими интерферонами олигоаденилаты, также как и синтетические 2 -5 '-олигоаденилаты, ингибируют размножение ВТМ в растениях табака.
Ингибиторы протеиназ
Ингибиторы протеиназ представляют особую группу белков растений, объединяемую общей способностью образовывать с протеиназами стехиометрические комплексы, что приводит к конкурентному ингибированию каталитической активности (Мосолов, Валуева, 1993). Ингибиторы протеиназ присутствуют в растениях различных таксономических групп. Их особенно много в семенах и других запасающих органах растений, где их содержание может составлять до 5-10 % водорастворимых белков.
Почти все ингибиторы протеиназ из растений представляют собой пептиды или небольшие белки, совсем не содержащие углеводов. Предполагается, что ингибиторы протеиназ устойчивы к действию самих протеиназ, хотя имеются и исключения из этого правила.
Наиболее хорошо исследованы ингибиторы протеиназ злаковых и пасленовых. Из представителей семейства пасленовых наибольшее многообразие форм ингибиторов описано у картофеля. В клубнях этого растения обнаружены ингибиторы, подавляющие активность сериновых, цистеиновых, аспартильных протеиназ и карбопептидаз. Ингибиторы сериновых протеназ на основе общности свойств принято делить на следующие группы родственных белков: семейство ингибитора картофеля 1, семейство ингибитора картофеля И, ингибиторы протеназ семейства Куница (первый кристаллический ингибитор трипсина, выделенный из сои М. Куницем в 1945-1946 гг.).
Наибольшее число работ посвящено изучению сериновых протеиназ семейства картофельных ингибиторов I и И, для которых характерно наличие олигомерной структуры (ингибитор картофеля I состоит из 4-5 субъединиц, ингибитор II является гетеродимером).
Подавляющее большинство белковых ингибиторов сериновых протеиназ действуют по, так называемому, субстратноподобному механизму, суть которого состоит в том, что ингибитор выступает как высокоспецифический субстрат фермента, подвергающийся медленному ограниченному протеолизу.
Первичная структура ингибитора I из картофеля сходна с игибиторами из ряда других растений. Поэтому всех их относят к одному семейству картофельного ингибитора хемотрипсина I, хотя и не все они выделены из картофеля. Представители этого семейства ингибиторов широко распространены в растениях различных таксономических групп.
Ингибиторы сериновых протеиназ сосредоточены в центральной вакуоли. Предполагается, что при перемещении ингибиторов из цитоплазмы в центральную вакуоль происходит их превращения в активные формы в результате ограниченного протеолиза. Так, ингибиторы I и II образуются в результате пост-трансляционного ограниченного протеолиза, который осуществляется соответствующими протеиназами.
В клубнях картофеля присутствуют и низкомолекулярные ингибиторы протеиназ. Возможно, что некоторые из них являются продуктами ог-
раниченного протеолиза высокомолекулярных ингибиторов, тогда как дру- 161 гие могут быть непосредственным результатом трансляции.
Многие ингибиторы протеиназ из растений характеризуются «двугла- востью», т. е. каждая молекула такого ингибитора может одновременно связывать две молекулы одной и той же или различных протеиназ по двум реактивным центрам.
В растениях существует большое число ингибиторов протеиназ, что дает дополнительные возможности для их регулирования: ингибиторы протеиназ могут различаться по субстратной специфичности; ингибиторы существуют в различных изоформах; олигомеры ингибиторов протеиназ могут диссоциировать и объединяться в различных комбинациях, причем свойства ингибитора будут зависеть от того, какие олигомеры и в каком сочетании объединяются. Обычно рассматриваются три главные функции ингибиторов протеиназ: ингибиторы протеиназ как запасные белки растений; ингибиторы протеиназ как регуляторы белков или ферментов самого растения; ингибиторы протеиназ как составная часть защитной системы растений.
Естественно, что для нас наибольший интерес представляет защитная функция ингибиторов протеиназ, поэтому остальные функции будут рассмотрены кратко. Выше уже упоминалось, что особенно высокое содержание ингибиторов протеиназ находится в запасающих органах растений — семенах и клубнях, при этом ингибиторы синтезируются на той же стадии развития, что и запасные белки. При прорастании зерна активность ингибиторов снижается и постепенно исчезает. При прорастании клубней картофеля содержание ингибиторов уменьшается до того времени, пока растение не начнет образовывать новые клубни, в которых вновь накапливается ингибитор. Возможно, что главной функцией ингибиторов протеолитических ферментов, является их участие в регуляции собственных протеиназ растений. В большинстве случаев на эндогенные протеиназы растений действуют ингибиторы цистеиновых протеиназ, а не ингибиторы трипсина и хемотрипсина, влияющие на протеиназы микроорганизмов. Имеются указания, что цистеиновая протеиназа, содержащаяся в прорастающих семенах, не только деградирует их белок зеин, но и разрушает ингибитор эндогенной сериновой протеиназы. В белковых телах семян гречихи одновременно присутствуют все элементы протеолиза, т. е. ингибитор и субстрат. Ингибиторы протеаз могут предохранять растения от неконтролируемого протеолиза. Находясь в цитоплазме, они способны защищать белки растительных клеток в случае повреждения внутриклеточных структур и освобождения протеиназ.
162 3. Ингибиторы протеиназ могут выполнять важную защитную роль в
растениях, пораженных микроорганизмами. Так, многие белки-ингибиторы трипсина и хемотрипсина способны подавлять сериновые про- теиназы микроорганизмов. Например, в клубнях картофеля присутствует ингибитор I, способный подавлять хемотрипсиновую протеиназу, а ингибитор II (двуглавый) подавляет как трипсин, так и хемотрипсин. Оба ингибитора активно подавляют субтилизин и протеиназы грибов рода Aspergillus.
Показано действие ингибиторов I и II из картофеля на протеиназы, секретируемые в культуральную жидкость Fusarium solani и F. sambucinum. Подавление протеолитической активности может приводить к нарушению способности патогенов поглощать растительные белки, и, соответственно, к подавлению их роста и развития. Ингибиторы трипсина и хемотрипсина непосредственно подавляли рост в культуре некоторых фитопатогенных грибов.
В ряде случаев установлена взаимосвязь между устойчивостью растений к болезням и содержанием у них ингибиторов протеиназ. Такая корреляция имела место между устойчивостью пшеницы к твердой головне и люпина и сои к фузариозу.
При прорастании семян бобовых ингибиторы протеиназ быстро диффундируют в окружающий раствор и, по-видимому, принимают участие в предохранении семян от инфекции на ранних стадиях прорастания.
В клубнях картофеля существуют два главных запасных белка. Это — пататин, составляющий около 40 % всех водорастворимых белков клубней и ингибитор протеиназ II (около 10 %). Пататин обладает липидацил- гидролазной активностью, которая может быть связана с защитой картофеля от фитопатогенов. При поранении клубней картофеля образование патотина в листьях и стеблях прекращается, а системная индукция ингибитора II начинается.
Из семян ячменя был выделен «двуглавый» ингибитор, который содержал независимо действующие центры связывания субтилизина и а-амилазы. Позднее аналогичные бифункциональные ингибиторы были выделены из семян пшеницы, ржи и тритикале. Установлена аминокислотная последовательность для двух ингибиторов эндогенной а-амилазы и субтилизина из пшеницы и ячменя. Молекула бифункционального ингибитора содержит два остатка метионина. Для того чтобы оценить положение остатка, входящего в состав реакционного центра, ингибитор был подвергнут ограниченному протеолизу стафилококковой протеиназой. В результате полностью исчезала активность ингибитора а-амилазы, тогда как активность по отношению к субтилизину сохранялась.
Предполагается, что бифункциональные ингибиторы могут играть существенную роль, как в предотвращении прорастания зерна, так и в защите растений от фитопатогенов. В покоящемся зерне ячменя бифункциональный ингибитор локализован в эндосперме. В процессе прорастания зерна
происходит транспорт ингибитора из эндосперема в проросток. По-видимому, бифункциональный ингибитор а-амилазы и субтилизина, с одной стороны, тормозит прорастание зерна при неблагоприятных условиях, а с другой — подавляет активность протеиназ патогенных микроорганизмов.
Существенный вклад в исследование роли ингибиторов протеиназ был внесен работами американского биохимика К. Райан. Было установлено, что простое механическое поранение картофеля или томатов вызывает быстрое накопление ингибиторов протеиназ по всему растению. Накопление ингибиторов протеиназ наблюдалось в томатах после инфицирования Phytophthora infestans . Синтез ингибиторов протеназ происходил после обработки табака препаратом клеточных стенок R parasitica. Ответная реакция растений объяснялась образованием в месте повреждения специфического раневого гормона, обозначавшегося как PIIF (proteinase inhibitor — /nducing factor). PIIF был идентифицирован как растворимый, обогащенный остатками уроновой кислоты пектиновый полисахарид с молекулярной массой около 5 KDa. Минимальным фрагментом, который требовался для активности PIIF, оказалась 4-а-0-галактуронозил-0-галакуроновая кислота. Для проявления активности ингибиторов требуется интактное геми- ацетальное кольцо и свободная карбоксильная группа при С-6.
PIIF образуется в результате ферментативной деградации клеточной стенки и относится к числу «эндогенных элиситоров». Под воздействием PIIF содержание ингибиторов I и II в листьях пасленовых могло достигать до 2 % от общего количества вновь синтезированных белков. Образовавшиеся ингибиторы были локализованы в вакуолях.
Способность к образованию PIIF под влиянием повреждения была обнаружена у 10 из 23 исследованных видов растений. Больше всего PIIF накапливалось в люцерне, затем — в табаке, томатах, картофеле, землянике, огурцах, тыкве, клевере, конских бобах и винограде. Обнаруженное сходство в индукции PIIF у представителей разных семейств указывает на единые принципы механизмов защиты у растений.
Кроме PIIF образование ингибиторов протеиназ могло быть вызвано пектином цитрусовых, олигоуронидами со степенью полимеризации от 2 до 20, а также растворимыми производными хитина и хитозана. Ингибиторы протеиназ в ряде случаев могут индуцироваться под воздействием абсцизовой кислоты.
Райан предложила гипотетическую схему распространения сигнала индукции биосинтеза ингибитора протеиназ в ответ на поранение насекомыми и заражение фитопатогенами (рис. 5.19). Первый путь, связанный с механическими поранениями, наносимыми насекомыми, индуцируется по- липептдом системином, который быстро транспортируется по всему растению, взаимодействуя со специфическими рецепторами. Второй путь связан с заражением патогенами и предполагает индукцию олигоуронидами, которые освобождаются из клеточных стенок растений и взаимодействуют с другими специфическими рецепторами. Излишне говорить, что предложенная схема двух путей индукции ингибиторов протеиназ является гипо-
тетической. Однако в ее пользу свидетельствует тот факт, что специфический ингибитор липоксигеназы подавляет синтез ингибиторов протеиназ, образующихся в ответ на поранение, но не оказывает влияния на накопление ингибиторов под действием олигоуронидов.
Роль ингибиторов протеиназ в процессах патогенеза следует рассматривать очень широко, поскольку они могут регулировать активность ферментов, участвующих в защите: как ингибировать ненужные протеиназы, так и активизировать протеиназы, которые до этого были связаны и, наоборот, связывать протеиназы, которые могли разложить вновь синтезируемые белки.
Ингибиторы ксиланаз
В пшеничной муке были изолированы два типа белков — ингибиторов ксиланаз — XIP-1 (xylanase inhibitor protein 1) и TAXI (Triticum aesti- vum endoxylanase inhibitor protein), представленный четырьмя изоформами (TAXI-I, TAXI-II, TAXI-III, TAXI-IV). XIP-I полностью ингибирует ксила- назы, принадлежащие семействам 10 (GH10) и 11 (GH11) микробных глю- козид гидролаз. TAXI-1 и TAXI-II различаются по специфичности к G11
микробным ксиланазам. Поскольку ни один из этих белков не ингибирует 165 собственные ксиланазы пшеницы, было предположено, что они участвует в защиты от грибных патогенов пшеницы. Однако регуляция экспрессии кодирующих генов оказалась различной. Taxi-I не экспрессировался в цветущих колосьях и листьях, зараженных Fusarium graminearum и Blumeria graminis соответственно; транскрипция Xip-I индуцировалась в листьях, зараженных мучнистой росой, но не в колосьях, зараженных возбудителем фузариоза, а экспрессия генов Taxi-III и Taxi-IV усиливалась и в обеих тканях, зараженных разными патогенами. Различная экспрессия генов семейств XIP и TAXI свидетельствует об их различном участии в системе защиты пшеницы от болезней.
Еще по теме Антивирусные белки:
- РОД БЕЛКИ GENUS SCIURUS
- РОД АФРИКАНСКИЕ БЕЛКИ GENUS EPIXERUS
- РОД МАЛАЙСКИЕ БЕЛКИ GENUS LARISCUS
- Семейство беличьи Familia Sciuridae
- ПРОТИВОВИРУСНЫЕ ПРЕПАРАТЫ
- 3.5.2. Физико-химическая организация хромосом эукариотической клетки 3.5.2.1. Химический состав хромосом
- Связывание токсикантов белками крови.
- ВОЗДУШНОЕ ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ (ФОТОСИНТЕЗ)
- КОРМА, ПЕРЕРАБОТКА КОРМОВ, ПИЩЕВАРЕНИЕ
- Белка
- Белка Вильсона Epixerus wilsoni du Chaillu, 1860 (V, 192)
- ИММУНИТЕТ И СПЕЦИФИЧЕСКАЯ ПРОФИЛАКТИКА
- 11.4. Конвергенция
- ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ СЕМЕЙСТВА REOVIRIDAE
- ЧЕТВЕРОНОГИЕ ЛЮБИТЕЛИ ПОЖИВИТЬСЯ
- Определение белкового и небелкового (остаточного) азота в жидкости рубца.