Значення SНЗ-доменів у функціонуванні клітин рослин
SHЗ-домени є важливими модулями білково-білкових взаємодій, що беруть участь у великій кількості різноманітних клітинних процесів. Незважаючи на те, що функції SH3-доменів у клітинах тварин та дріжджів досліджено переважно добре, значення цих доменів у функціонуванні рослинних клітин залишається пра...
Saved in:
| Published in: | Біополімери і клітина |
|---|---|
| Date: | 2004 |
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України
2004
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/157973 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Значення SНЗ-доменів у функціонуванні клітин рослин / Р.Т. Гут // Біополімери і клітина. — 2004. — Т. 20, № 5. — С. 380-387. — Бібліогр.: 26 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-157973 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Гут, Р.Т. 2019-06-22T05:10:58Z 2019-06-22T05:10:58Z 2004 Значення SНЗ-доменів у функціонуванні клітин рослин / Р.Т. Гут // Біополімери і клітина. — 2004. — Т. 20, № 5. — С. 380-387. — Бібліогр.: 26 назв. — укр. 0233-7657 DOI:http://dx.doi.org/10.7124/bc.0006BF https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/157973 577.112 SHЗ-домени є важливими модулями білково-білкових взаємодій, що беруть участь у великій кількості різноманітних клітинних процесів. Незважаючи на те, що функції SH3-доменів у клітинах тварин та дріжджів досліджено переважно добре, значення цих доменів у функціонуванні рослинних клітин залишається практично нез'ясованим. Так, дотепер було клоновано лише одну родину з трьох SH3-вмісних білків Arabidopsis thaliana, залучених до процесів ендоцитозу. Водночас дослідження геному цієї рослини передбачає наявність близько 10 SH3-вмісних білків та значної кількості білків, які містять SH3-зв'язувальні пролін-багаті послідовності. В огляді описано вже відомі процеси, що відбуваються в клітинах рослин за участі SH3-вмісних білків, а також обговорюються можливі мішені SH3-доменів та процеси, регуляція яких, можливо, здійснюється за рахунок опосередкованих цими доменами взаємодій. SH3 domains are the important modules of protein-proteins interactions occurring during many cell processes. The functions of SH3 domains are well investigated in animal and yeast cells, while significance of these domains in functioning of plant cells remains practically unclear. Till now only one family has been cloned which includes three SH3-containing proteins from Arabidopsis thaliana engaged in the endocytosis processes. At the same time, study on genome of this plant presumes about ten SH3-proteins and a lot of proteins containing SH3-binding proline-rich sequences. In this review we describe already known processes which occur in the plant cells with participation of SH3-containing proteins. Probable targets of the SH3 domains action and processes the regulation of which is likely an effect of these domains are also considered. 8НЗ-домены — это важные модули белково-белковых взаимодействий, участвующие в большом количестве различных клеточных процессов. Несмотря на то, что функции SH3-доменов в клетках животных и дрожжей исследованы в основном хорошо, значение этих доменов в функционировании растительных клеток остается практически невыясненным. Так, до сегодняшнего дня клонировано лишь одно семейство из трех SH3-содержащих белков Arabidopsis thaliana, причастных к процессам эндоцитоза. В то же время изучение генома этого семейства растений предполагает наличие около 10 SH3-coдержащих белков и значительного количества белков, включающих SH3-связывающие пролин-богатые последовательности. В представленном обзоре описаны уже известные процессы, происходящие в клетках растений при участии SH3-содержащих белков, а также обсуждаются возможные мишени SH3-доменов и процессы, которые, возможно, регулируются за счет опосредованных этими доменами взаимодействий. uk Інститут молекулярної біології і генетики НАН України Біополімери і клітина Огляди Значення SНЗ-доменів у функціонуванні клітин рослин The significance of SH3 domains in functioning of plant cells Значение SH3-доменов в функционировании клеток растений Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Значення SНЗ-доменів у функціонуванні клітин рослин |
| spellingShingle |
Значення SНЗ-доменів у функціонуванні клітин рослин Гут, Р.Т. Огляди |
| title_short |
Значення SНЗ-доменів у функціонуванні клітин рослин |
| title_full |
Значення SНЗ-доменів у функціонуванні клітин рослин |
| title_fullStr |
Значення SНЗ-доменів у функціонуванні клітин рослин |
| title_full_unstemmed |
Значення SНЗ-доменів у функціонуванні клітин рослин |
| title_sort |
значення sнз-доменів у функціонуванні клітин рослин |
| author |
Гут, Р.Т. |
| author_facet |
Гут, Р.Т. |
| topic |
Огляди |
| topic_facet |
Огляди |
| publishDate |
2004 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Біополімери і клітина |
| publisher |
Інститут молекулярної біології і генетики НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
The significance of SH3 domains in functioning of plant cells Значение SH3-доменов в функционировании клеток растений |
| description |
SHЗ-домени є важливими модулями білково-білкових взаємодій, що беруть участь у великій кількості різноманітних клітинних процесів. Незважаючи на те, що функції SH3-доменів у клітинах тварин та дріжджів досліджено переважно добре, значення цих доменів у функціонуванні рослинних клітин залишається практично нез'ясованим. Так, дотепер було клоновано лише одну родину з трьох SH3-вмісних білків Arabidopsis thaliana, залучених до процесів ендоцитозу. Водночас дослідження геному цієї рослини передбачає наявність близько 10 SH3-вмісних білків та значної кількості білків, які містять SH3-зв'язувальні пролін-багаті послідовності. В огляді описано вже відомі процеси, що відбуваються в клітинах рослин за участі SH3-вмісних білків, а також обговорюються можливі мішені SH3-доменів та процеси, регуляція яких, можливо, здійснюється за рахунок опосередкованих цими доменами взаємодій.
SH3 domains are the important modules of protein-proteins interactions occurring during many cell processes. The functions of SH3 domains are well investigated in animal and yeast cells, while significance of these domains in functioning of plant cells remains practically unclear. Till now only one family has been cloned which includes three SH3-containing proteins from Arabidopsis thaliana engaged in the endocytosis processes. At the same time, study on genome of this plant presumes about ten SH3-proteins and a lot of proteins containing SH3-binding proline-rich sequences. In this review we describe already known processes which occur in the plant cells with participation of SH3-containing proteins. Probable targets of the SH3 domains action and processes the regulation of which is likely an effect of these domains are also considered.
8НЗ-домены — это важные модули белково-белковых взаимодействий, участвующие в большом количестве различных клеточных процессов. Несмотря на то, что функции SH3-доменов в клетках животных и дрожжей исследованы в основном хорошо, значение этих доменов в функционировании растительных клеток остается практически невыясненным. Так, до сегодняшнего дня клонировано лишь одно семейство из трех SH3-содержащих белков Arabidopsis thaliana, причастных к процессам эндоцитоза. В то же время изучение генома этого семейства растений предполагает наличие около 10 SH3-coдержащих белков и значительного количества белков, включающих SH3-связывающие пролин-богатые последовательности. В представленном обзоре описаны уже известные процессы, происходящие в клетках растений при участии SH3-содержащих белков, а также обсуждаются возможные мишени SH3-доменов и процессы, которые, возможно, регулируются за счет опосредованных этими доменами взаимодействий.
|
| issn |
0233-7657 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/157973 |
| citation_txt |
Значення SНЗ-доменів у функціонуванні клітин рослин / Р.Т. Гут // Біополімери і клітина. — 2004. — Т. 20, № 5. — С. 380-387. — Бібліогр.: 26 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT gutrt značennâsnzdomenívufunkcíonuvanníklítinroslin AT gutrt thesignificanceofsh3domainsinfunctioningofplantcells AT gutrt značeniesh3domenovvfunkcionirovaniikletokrastenii |
| first_indexed |
2025-11-25T20:31:30Z |
| last_indexed |
2025-11-25T20:31:30Z |
| _version_ |
1850521840375562240 |
| fulltext |
ISSN 0233-7657. Біополімери і клітина. 2004. Т. 20. № 4
Значення 8НЗ-доменів у функціонуванні
клітин рослин
Р. Т. Гут
Український державний лісотехнічний університет
Вул. Ген. Чупринки, 103, 97057, Львів, Україна
SHЗ-домени є важливими модулями білково-білкових взаємодій, що беруть участь у великій
кількості різноманітних клітинних процесів. Незважаючи на те, що функції SH3-доменів у
клітинах тварин та дріжджів досліджено переважно добре, значення цих доменів у функціонуванні
рослинних клітин залишається практично нез'ясованим. Так, дотепер було клоновано лише одну
родину з трьох SH3-eMicnux білків Arabidopsis thaliana, залучених до процесів ендоцитозу. Водночас
дослідження геному цієї рослини передбачає наявність близько 10 SH3-eMicnux білків та значної
кількості білків, які містять SH3-зв'язувальні пролін-багаті послідовності. В огляді описано вже
відомі процеси, що відбуваються в клітинах рослин за участі SH3-eMicnux білків, а також
обговорюються можливі мішені БНЗ-доменів та процеси, регуляція яких, можливо, здійснюється
за рахунок опосередкованих цими доменами взаємодій.
Вступ. Регуляція різноманітних клітинних про
цесів вимагає утворення комплексів між білками, а
також комплексів білків з іншими молекулами,
зокрема, з ліпідами, малими сполуками, іонами та
нуклеїновими кислотами. Саме тому для більшості
регуляторних білків характерна модульна органі
зація, тобто вони містять у своїй структурі кілька
доменів, які опосередковують міжмолекулярні вза
ємодії, або ж їм притаманна каталітична актив
ність. Домени можуть визначати локалізацію білків
у необхідних клітинних компартментах, забезпечу
вати упізнавання посттрансляційних модифікацій
та вторинних посередників, а також опосередкову
вати збирання надмолекулярних білкових комп
лексів.
8НЗ-домени (Src-гомологічні домени 3-го типу)
є чи не найкраще дослідженими представниками
родини модулів, залучених до білково-білкових
взаємодій. Ці домени здатні впізнавати поширені у
різноманітних білках пролін-багаті послідовності і
відіграють важливу роль у багатьох клітинних
процесах, зокрема, регуляції активності ферментів
за рахунок внутрішньомолекулярних взаємодій,
збільшення локальних концентрацій і зміни вну
трішньоклітинної локалізації сигнальних білків та
збирання великих надмолекулярних комплексів.
© P. Т. ГУТ, 2 0 0 4
Структура вНЗ-доменів. БНЗ-домени утворені
послідовностями, які містять біля 60 амінокис
лотних залишків. Структура цих доменів являє
собою зігнуту поверхню з п'яти антипаралельних
/?-складчастих тяжів, що утворюють два розташо
ваних під прямим кутом один відносно іншого
/^-складчастих шари [1 ]. Два перших та два других
/^-складчастих тяжі сполучені варіабельними пет
лями. Перша з них, RT петля, має відмінний склад
у різних БНЗ-доменах та містить кілька кислих
амінокислотних залишків. Друга, n-Src петля, роз
ташована між другим і третім /^-складчастими ша
рами, може містити від 4 до 15 амінокислотних
залишків [1, 2 ] .
Така тривимірна структура БНЗ-доменів забез
печує якнайближче взаємне розташування консер
вативних залишків, які утворюють на поверхні
білка збагачену ароматичними амінокислотами по
верхню для зв'язування лігандів (рис. 1).
Взаємодія з лігандами. З'ясування структури
лігандів БНЗ-доменів привернуло до себе увагу
великої кількості дослідників. Дослідження селек
тивного зв'язування пептидів in vitro показали, що
переважна більшість БНЗ-доменів для зв'язування
вимагає наявності консервативної послідовності
РххР, у якій залишки проліну (Р) оточують два
будь-яких амінокислотних залишки (х). Слід, про-
380
Ліганди І класу Ліганди II класу
Рис. 1. Схема розташування залишків PxxPxxK/R послідовності
у поліпроліновій спіралі II типу (РРІІ) (а) , взаємодія лігандів І
та II класів з ліганд-зв'язувальною поверхнею 8НЗ-доменів (б)
та схематичне зображення розташування hP дипептидів лігандів
І та II класів у кишенях SI-13-доменів (в)
те, зауважити, що специфічність взаємодії кожного
окремого БНЗ-домену визначається послідовністю,
яка, крім РххР, містить ще кілька прилеглих
амінокислотних залишків, один з яких має основні
властивості — залишок лізину (К) або аргініну (R).
Так, у ході перших досліджень було виявлено два
основних класи таких 5НЗ-взаємодіючих ділянок, а
саме — K/RxxPxxP та xPxxPxK/R. Обидва класи
лігандів упізнаються тією ж самою поверхнею,
оскільки, як з'ясувалося пізніше, зв'язування пеп
тидів може відбуватися в двох протилежних (N-
кінцевій та С-кінцевій) орієнтаціях (рис. 1 , 2 ) .
Дослідження просторової структури комплексів
БИЗ-доменів з пролінвмісними пептидами за допо
могою ЯМР спектроскопії та рентгеноструктурного
аналізу дозволили краще зрозуміти механізм упі
знавання лігандів поверхнею цих доменів [3] . В
усіх випадках під час зв'язування ліганди набува
ють конформації видовженої лівозакрученої полі-
пролінової спіралі другого типу (РРІІ). Як згадува
лося вище, існують два основних класи пролін-
багатих лігандів БНЗ-доменів: пептидні послідов
ності K/RxxPxxP, віднесені до першого класу, та
послідовності xPxxPxK/R, які належать до другого
класу. Клас ліганду, таким чином, визначається
розташуванням основного амінокислотного залиш
ку (R або К) відносно консервативної РххР послі
довності. Класи І і II лігандів взаємодіють з SH3-
доменами у протилежних орієнтаціях. Ліганди кла
су І взаємодіють з RT петлею домену за участі
З Н А Ч Е Н Н Я Я Н З - Д О М Е Н І В У Ф У Н К Ц І О Н У В А Н Н І КЛІТИН Р О С Л И Н
N-кінцевої частини, а ліганди класу II — за участі
С-кінцевої.
Гідрофобна ліганд-зв'язу вальна поверхня SH3-
доменів є відносно плоскою і утворена трьома
неглибокими кишенями, у яких зібрані залишки
ароматичних амінокислот [4 ] . Відомо, що на один
виток поліпролінової спіралі другого типу припадає
три амінокислотних залишки, кажучи іншими сло
вами, на поперечному перерізі ця спіраль має
форму, наближену до трикутної. Така «трикутна»
спіраль однією зі своїх сторін взаємодіє з гідрофоб
ною поверхнею БНЗ-домену (рис. 1). При цьому
дві з трьох ліганд-зв 'язувальних кишень домену
займають два сусідніх дипептиди, розташованих на
одному боці спіралі. Такі hP дипептиди містять
залишок гідрофобної амінокислоти (h) та залишок
проліну (Р) і розділені в hPxhP послідовності
спіралі будь-яким іншим амінокислотним залиш
ком (х). Третю кишеню ліганд-зв'язу вальної по
верхні домену у більшості випадків займає зали
шок основної амінокислоти, розташований поряд з
прилеглим до hPxhP послідовності залишком ос
новної амінокислоти (К або R) , що, таким чином,
визначає специфічність БНЗ-доменів до лігандів І
(K/RxhPxhP) або II (hPxhPxK/R) класу. Зв'язу
вання hP дипептидів забезпечується видовженою
ділянкою, утвореною заміщеним (алкільованим)
залишком нітрогену проліну, карбонільною гру
пою, залишком а-карбону та бічним ланцюгом
залишку гідрофобної амінокислоти. Варто зазначи
ти, що такий hP дипептид є єдиною можливою
послідовністю природних амінокислот, у якій два
алкільованих атоми скелета розділені лише одним
атомом вуглецю. Такий механізм взаємодії дозво
ляє зв'язування hP пептидів кишенями ліганд-
зв'язувальної поверхні домену у двох протилежних
напрямках.
Насамкінець підкреслимо, що опосередковані
БНЗ-доменами взаємодії є порівняно слабкими, з
характерними значеннями констант дисоціації (Kd)
від кількох одиниць до кількох десятків мкМ [4] .
Така невисока афінність 8НЗ-доменів забезпечує
зворотність та гнучкість опосередкованих ними
взаємодій.
Специфічність Sro-доменів . Визначення спе
цифічності окремих БНЗ-доменів є важливою про
блемою, оскільки її вирішення дасть змогу передба
чати ліганди для певних білків і, можливо, створю
вати шляхи пригнічення специфічних взаємодій in
vivo [4] .
Зрозуміло, що сама по собі послідовність
hPxhP та прилеглий залишок основної амінокис
лоти можуть забезпечити лише обмежену спе
цифічність. Натомість, поруч з основною ліганд-
381
Р. Т. ГУТ
Гіпотетичний білок о]1012Ь02,16
Рис. 2. 8НЗ-вмісні білки рослин,
передбачені за допомогою серве
ру Pfam: а — у геномі Arabidopsis
thaUana; 6 - у геномі Oryza sa-
tiva
зв'язувальною ділянкою у БНЗ-доменах розташо
вуються RT та n-Src петлі, амінокислотні залишки
яких у багатьох випадках взаємодіють з амінокис
лотними залишками, які знаходяться поруч з РххР
послідовністю лігандів. Таким чином, можна вва
жати, що ці петлі забезпечують специфічність
певних БНЗ-доменів до відповідних конкретних
лігандів [5, 6 ] . Так, наприклад, показано, що
другий БНЗ-домен адаптерного білка Nek взаємодіє
з лігандами II класу з послідовністю hPxhPxxRxxS,
які відразу за власною С-кінцевою частиною міс
тять залишок серину (S).
Проте специфічність опосередкованих БНЗ-до-
менами взаємодій може визначатися не лише амі
нокислотними залишками, прилеглими до РххР
послідовності лігандів. Відмінний механізм спе
цифічності виявлено для взаємодії тирозинової про-
теїнкінази Нск та білка вірусу імунодефіциту лю
дини Nef. У цьому разі один з амінокислотних
залишків RT петлі БНЗ-домену Нск забезпечує
афінне зв'язування з Nef, однак не з ізольованими
пептидами, які містять РххР та сусідні амінокис
лотні залишки.
Сучасні дослідження засвідчують, що в окре
мих випадках БНЗ-домени здатні взаємодіяти з
лігандами, ділянка зв'язування яких не містить
класичної РххР послідовності. Так, наприклад, по
казано, що БНЗ-домен білка Eps8 упізнає PxxDY
послідовність, яка в четвертому та п'ятому поло
женнях містить залишки аспартату (D) і тирозину
(Y) [7] . Ще цікавішим є приклад адаптерного
білка імунних клітин FYB/SLAP, другий БНЗ-до-
мен якого впізнає RKxxYxxY, що містить два
залишки тирозину. Хоча згадані нетипові ліганди
здатні взаємодіяти з ліганд-зв'язувальними кише
нями відповідних 8НЗ-доменів, досі не з'ясовано,
чи набувають вони при цьому РРН-подібної кон
формації.
Доречно зауважити, що хоча більшість лігандів
БНЗ-доменів містять класичну РххР послідовність,
самі SH3 є еволюційно давніми доменами і існують
протягом часу, достатнього для розвинення струк
турного і функціонального різноманіття [2] , Тому
спектр лігандів цих доменів може виявитися сут
тєво ширшим за передбачуваний раніше.
SH3-домени білків рослин. Відразу ж після
відкриття БНЗ-доменів опосередковані ними біл
ково-білкові взаємодії стали популярним предме-
382
том досліджень. Було виявлено, ЩО SH3-BMiCHi
білки відіграють важливу роль у різноманітних
процесах, які протікають у клітинах ссавців і
дріжджів. Натомість, значення БНЗ-вмісних білків
у функціонуванні рослинних клітин упродовж три
валого часу залишалося поза увагою дослідників.
Фактично першу і дотепер єдину родину з трьох
БНЗ-вмісних білків було клоновано лише два роки
тому [8] . Проте секвеновані геноми рослин Arabi-
dopsis thaliana та різних видів Oryza, за результа
тами пошуку, містять відповідно біля 10 і 4 по
слідовностей, які кодують БНЗ-домени (рис 2) , та
значну кількість послідовностей, кодуючих пролін-
багаті ділянки, здатні з цими доменами взаємо
діяти. Згадана кількість передбачених у A. thaliana
БНЗ-кодуючих послідовностей вдвічі менша, ніж у
геномі дріжджів, та вшестеро менша, ніж у геномі
людини, для яких передбачена кількість цих послі
довностей складає 25 та 65 відповідно. Хоча така
кількість вказує на менше значення БНЗ-доменів у
функціонуванні рослинних клітин, однак вона до
статня для здійснення численних білково-білкових
взаємодій та регуляції багатьох процесів, які зали
шаються переважно недослідженими.
AtSH3Ps і регуляція процесів ендоцитозу, У
клітинах тварин утворення і транспорт клатринізо-
ваних везикул під час ендоцитозу регулюється за
допомогою збирання надмолекулярних комплексів,
до складу яких входять різноманітні адаптерні та
скаффолд білки, а також білки з ферментативною
активністю. Хоча встановлено, що опосередкований
клатрином ендоцитоз відбувається також і в клі
тинах рослин, регуляція цього процесу в останніх
залишається невивченою.
У тварин значна кількість білково-білкових
взаємодій, залучених до регуляції роботи клітин
них ендоцитних машин, відбувається за участі
БНЗ-доменів. На особливу увагу в цьому процесі
заслуговує родина БНЗ-вмісних білків ендофілінів,
які причетні до регуляції ранніх етапів ендоцитозу.
Цим білкам притаманна лізофосфатидаттрансфе-
разна активність, завдяки чому вони здатні регу
лювати вигинання плазматичної мембрани, необ
хідне для утворення ендоцитних везикул. Ендофі-
ліни здійснюють перенесення залишків ненасиченої
арахідонової кислоти на молекулу лізофосфатидату
з утворенням фосфатидової кислоти, яка й обумов
лює негативне вигинання мембрани. За допомогою
власних БНЗ-доменів ендофіліни взаємодіють з ін
шими білками, причетними до ендоцитозу, зокре
ма, з динаміном, фосфоінозитидфосфатазою і си-
наптоджаніном.
Нещодавно також показано, що ендоцитоз де
яких рецепторних тирозинових кіназ опосередко-
З Н А Ч Е Н Н Я Я Н З - Д О М Е Н І В У Ф У Н К Ц І О Н У В А Н Н І КЛІТИН Р О С Л И Н
вуєтсья БНЗ-вмісним адаптерним білком CIN85,
який разом з мультиадаптерною убіквітинлігазою
СЫ забезпечує утворення надмолекулярного комп
лексу цих рецепторів з ендофілінами.
Два роки тому з A. thaliana клоновано нову
родину БНЗ-вмісних білків (AtSH3Ps) [8] , що у
своїй структурі містять SH3- та «coiled-coib-доме-
ни, поєднання яких, зазвичай, зустрічається в
білках, залучених до процесів утворення, транс
порту і «роздягання» клатринізованих везикул. Не
зважаючи на те, що клоновані білки цієї групи
мають різний розмір і суттєво відрізняються за
амінокислотною послідовністю (від 42 до 52 %
гомології), всі вони містять N-кінцевий «соіїесі-
соі1»-домен і С-кінцевий БНЗ-домен та сполучені
варіабельною ділянкою різної довжини. Зауважи
мо, що схожа структурна організація характерна
для ендофілінів. Виявлено, що експресія білків
AtSH3Ps має специфічний характер. Так, для пер
шого представника родини, AtSH3Pl , високий рі
вень експресії спостерігається у квітках, а для
AtSH3P2 — у проростках. Натомість AtSH3P3 ви
явлено в усіх тканинах дорослих рослини, проте у
проростках він відсутній.
За допомогою імуноцитохімічних досліджень
вегетативних клітин і пилкових зерен A. thaliana
виявлено, що AtSH3Pl локалізується переважно на
поверхні клатринізованих везикул плазматичної
мембрани, транс-бощ апарату Гольджі та на по
верхні частково клатринізованого ендоплазматич
ного ретикулуму і неклатринізованих везикул.
Незважаючи на те, що в структурі AtSH3Ps не
виявлено ділянок зв'язування ліпідів або актину,
гомологічних до тваринних, експерименти показу
ють безпосередню взаємодію AtSH3Pl з актинови-
ми філаментами, а також з деякими ліпідами,
зокрема, з фосфатидилінозитол-4-фосфатом, фос-
фатидилінозитол-4,5-бісфосфатом та фосфатидо-
вою кислотою. Така афінність AtSH3Pl до окремих
ліпідів, можливо, має функціональне значення.
Відомо, що фосфатидова кислота є ліпідом конічної
форми і тому спричинює негативне вигинання
мембрани, яке відбувається в клатринізованих ям
ках під час ендоцитозу [9 ] . Фосфоінозитиди, на
томість, необхідні для підтримання стабільності
комплексів білків оболонки везикул, а також мо
жуть виконувати роль вторинних посередників у
сигналюванні під час транспорту везикули. Так,
наприклад, рівень фосфоінозитидів може впливати
на взаємодію AtSH3Pl з актином, як це показано
для кількох білків цитоскелету тваринних клітин, і
таким чином регулювати транспорт везикул уз
довж цитоскелету.
Під час пошуку білків, здатних взаємодіяти з
383
Р. Т. ГУТ
БНЗ-доменом AtSH3Pl, за допомогою двогібридної
системи, отримано п'ять відмінних клонів кДНК,
усі вони кодували білки щонайменше з однією
пролін-багатою ділянкою, що містила РххР послі
довність. Один з цих клонів кодував білок, подіб
ний до ауксиліну, — білка, що разом з білком
теплового шоку Hsc70 здійснює «роздягання» клат-
ринізованих ендоцитних везикул у клітинах тварин
і дріжджів. Взаємодія ауксиліну з Hsc70 призво
дить до полімеризації останнього та зв'язування з
клатрином.
Клонований з Arabidopsis подібний до аук
силіну білок містить у своїй послідовності три
пролін-багаті ділянки, друга з яких опосередковує
взаємодію з AtSH3Pl, та С-кінцевий DnaJ-домен з
HPD ділянкою, необхідною для стимуляції Hsc70.
Показано, що цей ауксилін-подібний білок стиму
лює опосередковане тваринним Hsc70 вивільнення
клатрину з мікросомних мембран рослин in vitro.
Натомість, присутність AtSH3Pl призводить до не
значного пригнічення цього процесу.
ADL6 та транспорт клатринізованих вези-
кул. В еукаріотних клітинах велика кількість різ
номанітних білків надходить до необхідних клі
тинних компартментів за допомогою транспортної
системи ендомембран, утвореної едноплазматичним
ретикулумом, апаратом Гольджі, плазматичною
мембраною і сукупністю клітинних вакуолей. Про
тягом останніх двох десятиліть цей вид транспорту
ретельно досліджували у клітинах тварин та дріжд
жів, проте не в клітинах рослин. З огляду на
наявність схожої системи ендомембран, а також на
результати проведених упродовж останнього часу
досліджень механізми транспорту між компартмен-
тами рослинних і тваринних клітин можна вважати
подібними.
Динамін і динамін-подібні білки утворюють
родину схожих за структурою високомолекулярних
GTP-зв'язувальних білків. Усі представники цієї
родини містять консервативний N-кінцевий GFP-
зв'язу вальний домен з вТРазною активністю та
С-кінцевий ефекторний домен GTPa3H (GED).
Головний білок цієї родини — динамін І, —
який експресуєтсья у клітинах тварин, крім вже
зазначених модулів, містить також плекстрин-го-
мологічний РН-домен та С-кінцеву БНЗ-зв'язу-
вальну пролін-багату ділянку. Показано, що ди
намін І бере участь в утворенні везикул під час
клатринопосередкованого ендоцитозу, а також ін-
терналізації кавеол. У клітинах дріжджів гомо
логічний до динаміну білок Vpslp причетний до
вакуолярного транспорту білків. Встановлено, що
динамін олігомеризуєтсья з утворенням мульти-
мерних кілець навколо шийки клатринізованих
везикул, які формуються, і забезпечує їхнє від
ділення від плазматичної мембрани.
У рослин дотепер виявлено кілька динамін-
подібних білків, одним з яких є білок A. thaliana
ADL6 [10] . ADL6 містить N-кінцевий GTP-зв'язу-
вальний домен, розташований у центрі плекстрин-
гомологічний домен та С-кінцеву БНЗ-зв'язувальну
пролін-багату ділянку, що вказує на його ближчу
спорідненість з динаміном І порівняно з іншими
білками родини.
За допомогою імунофлуоресцентного аналізу, а
також з використанням GFP-злитої форми білка
показано, що ADL6 локалізуєтсья в апараті Гольд
жі. Подібний характер локалізації виявляє тварин
ний динамін II, який знаходиться на транс-боці
апарату Гольджі і відіграє важливу роль у транс
порті з нього [11, 12] . Більше того, є відомості, що,
як і динамін I, ADL6 може існувати у двох різних
формах — мономерній цитоплазматичній та муль-
тимерній мембранозв'язаній [10] . Слід, проте, за
уважити, що на відміну від ADL6 динамін І ло
калізується на плазматичній мембрані.
Із застосуванням описаного раніше для ди
наміну І мутаційного підходу показано, що ADL6
необхідний для правильного вакуолярного транс
порту білків з транс-боку апарату Гольджі до
центральної вакуолі. Так, у клітинах, що експресу-
ють мутантний ADL6[K51E], ефективність транс
порту GFP-злитих форм запасного білка батату
спораміну та ендосомо-зв'язу вального домену EBD
до центральної вакуолі знижується вдвічі. На
томість, як це показано з використанням GFP-зли
тої форми Н + -АТРази, мутантний ADL6[K51E] не
впливає на транспорт білків до плазматичної мем
брани клітини.
Завдяки своїй доменній організації ADL6 пово
диться у клітині подібно до динамінів клітин тва
рин. Так, за посередництвом власної С-кінцевої
ділянки ADL6 взаємодіє з адаптерним білком клат
ринізованих везикул у-адаптином. Крім того, вста
новлено, що ОТРазна активність ADL6 визна
чається взаємодіями білка з кислими фосфолі-
підами, а також з БНЗ-вмісним білком [13].
Варте уваги й те, що з усіх відкритих до цього
часу динамін-подібних білків рослин лише ADL6
має С-кінцеву пролін-багату послідовність, подібну
до БИЗ-зв'язувальної ділянки динаміну І. Усі інші
динамін-подібні білки рослин є коротшими, не
містять пролін-багатої ділянки, виявляють іншу
клітинну локалізацію і, схоже, участі у транспорті
клатринізованих везикул не беруть. Так, наприк
лад, 68 кДа динамін-подібний білок сої і тютюну
фрагмопластин причетний до утворення пластинки
під час клітинного поділу [14, 15] . Показано, що
384
З Н А Ч Е Н Н Я Я Н З - Д О М Е Н І В У Ф У Н К Ц І О Н У В А Н Н І КЛІТИН Р О С Л И Н
68 кДа динамін-подібний білок A thaliana ADL1
також асоціюється з пластинкою під час поділу і
необхідний для правильного ембріогенезу, розвитку
зародка та проростка [16] , що, однак, не узгод
жується з проведеними раніше дослідженнями, згі
дно з якими ADL1 бере участь у біогенезі тила-
коїдних мембран [17] . Інший динамін-подібний
білок A thaliana — ARC5 — утворює кільце у ді
лянці поділу хлоропластів і таким чином безпосе
редньо залучений до процесу поділу цих пластид
[18] .
AtCAP, актиновий цитоскелет та елонгація.
У клітинах рослин елементи цитоскелету відігра
ють важливу роль у визначенні площини поділу під
час цитокінезу, в елонгації клітин, правильному
утворенні клітинних стінок, а також у великій
кількості інших клітинних процесів, необхідних
для належної диференціації клітин, розвитку і
росту рослини. Потрібна для згаданих процесів
динамічна реорганізація мережі елементів цитоске-
лета та пов'язана з цим перебудова цитоплазма
тичної архітектури клітин відбуваються у відповідь
на різноманітні внутрішні і зовнішні стимули. Ре
організація актинового цитоскелета, необхідна для
поділу та елонгації клітин рослин, дріжджів і
тварин, опосередковується різноманітними актин-
зв 'язу вальними білками. Більшість з останніх взає
модіє з F-актином (актином філаментів) і таким
чином регулює процес збирання актинових філа
ментів з мономерного G-актину або ж забезпечує
взаємодію з актиновими мережами інших білків
[19]. Натомість, кількість актин-зв'язу вальних біл
ків, що взаємодіють з мономерним G-актином,
значно менша. До останніх належать, наприклад,
білки родини WASP, а також профіліни та цикла-
зо-асоційовані білки (CAPs).
CAPs вперше відкрито у дріжджів, проте зго
дом їх виявлено в клітинах усіх еукаріотів [19] . У
своїй структурі вони містять N-кінцеві «coiled-соіі»
і аденілатциклазо-зв' язу вальний домени, С-кінце-
вий актин-зв'язу вальний домен та розташовану
між ними БНЗ-зв'язувальну пролін-багату ділянку.
Нещодавно клоновано два рослинних циклазо-
асоційованих білки, GhCAP [20] і AtCAPl [21] ,
що експресуються відповідно у клітинах бавовнику
і A. thaliana. У центральній частині обох білків
виявлено пролін-багаті ділянки з характерними
поліпроліновими та БНЗ-зв'язувальними послідов
ностями.
Так, утворена 227—237 амінокислотними за
лишками пролін-багата ділянка AtCAPl містить
РххР послідовність. У CAP дріжджів пролін-багату
ділянку можна поділити на дві частини — Р1 і Р2.
Перша з них, Р1, присутня в усіх циклазо-асоційо-
ваних білках, складається з 8—12 амінокислотних
залишків, переважно пролінових. Ця ділянка, ско
ріш за все, відповідає за зв'язування CAP дріжджів
з профіліном. Зауважимо, що останні є невеликими
еукаріотичними білками, здатними зв'язуватися з
G-актином та залученими до регуляції збирання
актинових філаментів [22] . Профіліни присутні
також у клітинах рослин. Так, наприклад, у геномі
A thaliana є п'ять генів, що кодують профіліни.
Показано, що один з них, PRF1, необхідний для
нормального розвитку проростків [23] . Всі рос
линні профіліни містять домени, здатні специфічно
взаємодіяти з полі-Ь-проліновими послідовностями
(PLP). Хоча послідовності цих PLP-зв'язувальних
доменів відмінні від відомих послідовностей SH3-
доменів, було показано, що загальна структура та
механізм опосередкованих обома типами доменів
взаємодій можуть бути подібними. Цікаво, що саме
рослинні профіліни є причиною алергій типу І на
пилок.
Через власні пролін-багаті ділянки CAP мо
жуть взаємодіяти з БНЗ-домєнами інших білків.
Так наприклад, CAP дріжджів взаємодіє з актин-
зв'язу вальним білком Abplp, людський CAP — з
тирозиновою кіназою с-АЬ1 [24] , a CAP дрозофі
ли — з білком Епа, що належить до родини WASP.
Встановлено, що циклазо-асоційований білок
бавовнику GhCAP відіграє важливу роль в елон
гації клітин та рості рослини [20] . Найбільший
рівень експресії GhCAP спостерігається в молодих
клітинах бавовняних волокон. Під час утворення
таких волокон окремі клітини сильно видовжують
ся, що потребує динамічної регуляції архітектури
цитоскелета.
Ц и к л а з о - а с о ц і й о в а н и й білок A. thaliana
AtCAPl може бути залучений до процесів поділу та
елонгації клітин [21 ]. Він експресується в усіх
тканинах та органах рослини. Виявлено, що надек-
спресія AtCAPl у трансгенних проростках Arabi-
dopsis призводить до порушень розвитку, які вияв
ляються у зменшенні розмірів перших листків.
Ступінь порушень при цьому корелює з рівнем
надекспресії AtCAPl у проростку. Проведення по
рівняльного анатомічного аналізу між листками
трансгенних проростків і проростків нормальних
рослин дало змогу з'ясувати, що причиною змен
шення розмірів листків трансгенних проростків є
одночасне зменшення розмірів та кількості клітин
епідермісу та палісадної паренхіми. Показано та
кож, що надекспресія AtCAPl у трансгенних сус
пензійних клітинах тютюну лінії BY-2 спричинює
пригнічення проліферації та значне зменшення
кількості мітотичних клітин, що є свідченням при
пинення процесів клітинного поділу. Крім того, у
385
Р. Т. ГУТ
таких трансгенних клітинах відбувається руйну
вання актинових волокон. Слід, проте, зауважити,
що на відміну від інших еукаріотних клітин рос
линні клітини здатні ділитися навіть без наявності
актинових філаментів, тому не можна виключити
можливості, що порушення процесу клітинного по
ділу у трансгенних клітинах пов'язане не з руйну
ванням актинових волокон, а зі змінами інших
клітинних процесів, до яких може бути залучений
AtCAPl.
РХ домени — новий тип БНЗ-зв'язувальних лі
гандів. РХ-домен (домен, гомологічний фагоцитній
оксидазі) є новим модулем білкових взаємодій,
який містить консервативну пролін-багату ділянку.
РХ-домени вперше виявлено в p47phox і p40phox
субодиницях NADPH-оксидази фагоцитів. Ці доме
ни включають біля 150 амінокислотних залишків і
мають плоску компактну форму, утворену N-кін-
цевим /^-складчастим шаром з трьох антипаралель-
них /^-складчастих тяжів та чотирма а-спіралями,
розташованими у С-кінцевій частині послідовності.
Пролін-багата ділянка, яка містить РххР БНЗ-зв'я-
зувальну послідовність, знаходиться між другою і
третьою а-спіралями, та набуває конформації ліво-
закрученої поліпролінової спіралі II типу (РРІІ).
Ця ділянка експонована на поверхню РХ-домену і
тому доступна для взаємодії з БНЗ-доменами [25 ].
РХ-домени знайдено у великій кількості різно
манітних білків. Загалом за допомогою бази даних
SMART в еукаріотних геномах вдається виявити
більше 100 послідовностей РХ-доменів. РХ-домени
присутні у білках, залучених до функціонування
нейтрофілів (зокрема, фосфоліпазах D1 і D2), у
різноманітних білках, які опосередковують процеси
транспорту везикул (серед інших 15 нексинах лю
дини SNX1—SNX15), а також у білках морфогене
зу та сортування вакуолей у дріжджів (Vps5p,
Vpsl7p, Vam7p і Mvplp).
РХ-домени виявлено також у фосфоліпазах D
ЬЧ та D ь
&2 (PLD £1 та PLD £2) A. thaliana [26] .
Хоча функція РХ-доменів у PLD рослин зали
шається недослідженою, вважається, що вони мо
жуть забезпечувати транслокацію цих сигнальних
білків до клітинної мембрани та здійснювати зби
рання надмолекулярних білкових комплексів, не
обхідних для передачі сигналів.
Висновки. 8НЗ-домени та БНЗ-вмісні білки
рослин залишаються практично невивченими. Про
те отримані на сьогодні результати досліджень
свідчать про можливу участь цих білків у процесах
регуляції ендоцитозу, транспорту клатринізованих
везикул та реорганізації цитоскелета. Зауважимо,
що всі гіпотетичні та вже виявлені БНЗ-вмісні
білки рослин надзвичайно подібні за структурною
організацією (містять один С-кінцевий SH3 домен
та 1—3 «coiled-соіі» ділянки в N-кінцевій і цент
ральній частинах) і тому, найімовірніше, беруть
участь у регуляції подібних клітинних процесів.
Безумовно, для з'ясування значення БНЗ-опосеред-
кованих взаємодій у функціонуванні клітин рослин
необхідне клонування усіх рослинних БНЗ-вмісних
білків та їхнє подальше детальне дослідження.
R. т. Gout
The significance of SH3 domains in functioning of plant cells
Summary
SH3 domains are the important modules of protein-proteins inter
actions occurring during many cell processes. The functions of SH3
domains are well investigated in animal and yeast cells, while
significance of these domains in functioning of plant cells remains
practically unclear. Till now only one family has been cloned which
includes three SH3-containing proteins from Arabidopsis thaliana
engaged in the endocytosis processes. At the same time, study on
genome of this plant presumes about ten SH3-proteins and a lot of
proteins containing SH3-binding proline-rich sequences. In this
review we describe already known processes which occur in the plant
cells with participation of SH3-containing proteins. Probable targets
of the SH3 domains action and processes the regulation of which is
likely an effect of these domains are also considered.
P. Т. Гут
Значение БИЗ-доменов в функционировании клеток растений
Резюме
8НЗ-домены — это важные модули белково-белковых взаимо
действий, участвующие в большом количестве различных кле
точных процессов. Несмотря на то, что функции SH3-доме
нов в клетках животных и дрожжей исследованы в основном
хорошо, значение этих доменов в функционировании расти
тельных клеток остается практически невыясненным. Так,
до сегодняшнего дня клонировано лишь одно семейство из трех
SH3-содержащих белков Arabidopsis thaliana, причастных к
процессам эндоцитоза. В то же время изучение генома этого
семейства растений предполагает наличие около 10 SH3-co-
держащих белков и значительного количества белков, включа
ющих SH3-связывающие пролин-богатые последовательности.
В представленном обзоре описаны уже известные процессы,
происходящие в клетках растений при участии SH3-содержа
щих белков, а также обсуждаются возможные мишени SH3-
доменов и процессы, которые, возможно, регулируются за
счет опосредованных этими доменами взаимодействий.
ПЕРЕЛІК ЛІТЕРАТУРИ
1. Dalgarno D. С, Botfield M. С, Rickles R. J. SH3-domains
and drug design: ligands, structure, and biological function / /
Biopolymers.—1997.—43, N 5 .—P. 383—400.
2. Cesareni G., Panni S., Nardelli G., Castagnoli L. Can we infer
peptide recognition specificity mediated by SH3 domainsi / /
FEBS Let t—2002 .—513 , N 1.—P. 38—44.
3. Yu H., Rosen M. K., Shin Т. В., Seidel-Dugan C, Brugge J.
S.t Schreiber S. L. Solution structure of the SH3-domain of Src
and identification of its ligand-binding site / / Science.—
1992.—258, N 5088 .—P. 1665—1668.
4. Mayer B. J. SH3-domains: complexity in moderation / / J. Cell
Sc i .—2001.—114, N 7 — P . 1253—1263.
386
З Н А Ч Е Н Н Я ЯНЗ-ДОМЕНІВ У Ф У Н К Ц І О Н У В А Н Н І КЛІТИН Р О С Л И Н
5. Кароог Т. М., Andreotti А. Н, Schreiber S. L. Exploring the
specificity pockets of two homologous SH3-domains using
structure-based, split-tool synthesis and affinity-based selection
/ / J. Amer. Chem. Soc .—1998 .—120.—P. 23—29.
6. Feng S., Kasahara C, Rickles R. J., Schreiber S. L. Specific
interactions outside the proline-rich core of two classes of Src
homology 3 ligands / / Proc. Nat. Acad. Sci. USA.—1995.—
92, N 26.—P. 12408—12415.
7. Mongiovi A. M.t Romano P. R., Panni S., Mendoza M.f Wong
W. Т., Musacchio A., Cesareni G.> Di Fiore P. P. A novel
peptide-SH3 interaction / / EMBO J.—1999.—18, N 19 —
P. 5300—5309.
8. Lam В. C, Sage T. L, Bianchi F.t Blumwald E. Role of
SH3-domain-containing proteins in clathrin-mediated vesicle
trafficking in Arabidopsis II Plant Cell.—2001 .—13 , N 1 1 . —
P. 2499—2512.
9. Huttner W. В., Schmidt A. A. Membrane curvature: a case of
endofeelin' ... / / Trends Cell Biol .—2002.—12, N 4.—
P. 155—158.
10. Jin J. В., Kim Y. A , Kim S. J., Lee S. #., Kim D. H., Cheong
G. W., Hwang I. A new dynamin-like protein, ADL6, is
involved in trafficking from the trans-Golgi network to the
central vacuole in Arabidopsis II Plant Cel l .—2001.—13,
N 7.—P. 1511 — 1526.
11. Henley J. R., McNiven M. A. Association of a dynamin-like
protein with the Golgi apparatus in mammalian cells / / J . Cell
Biol .—1996.—133, N 4.—P. 761—775.
12. Jones S. M., Howell К. E., Henley J. R., Cao H., McNiven
M. A. Role of dynamin in the formation of transport vesicles
from the trans-Golgi network / / Sc ience .—1998.—279,
N 5350.—P. 573—577.
13. Lam В. C, Sage T. L, Bianchi F., Blumwald E. Regulation
of ADL6 activity by its associated molecular network / / Plant
J .—2002.—31, N 5 .—P. 565—576.
14. Gu X., Verma D. P. Dynamics of phragmoplastin in living cells
during cell plate formation and uncoupling of cell elongation
from the plane of cell division / / Plant Cel l .—1997.—9,
N 2 — P . 157—169.
15. Gu X., Verma D. P. Phragmoplastin, a dynamin-like protein
associated with cell plate formation in plants / / EMBO
J — 1 9 9 6 . — 1 5 , N 4 .—P. 695—704.
16. Kang В. Я. , Basse J. S., Dickey C, Rancour D. M.t Bednarek
S. Y. The Arabidopsis cell plate-associated dynamin-like
protein, ADLlAp, is required for multiple stages of plant
growth and development / / Plant Physiol .—2001.—126.—
P. 47—68.
17. Park J. M.t Cho J. H.t Kang S. G.t Jang H J., Pih К Т.,
Piao H. L, Cho M. J., Hwang I. A dynamin-like protein in
Arabidopsis thaliana is involved in biogenesis of thylakoid
membranes / / EMBO J .—1998.—17, N 4.—P. 859—867.
18. Gao H., Kalbach D. K, Froehlich J. E., Osteryoung K. W.
ARC5, a cytosolic dynamin-like protein form plants, is part of
chloroplast division machinery / / Proc. Nat. Acad. Sci. USA.—
2003 .—100.—P. 4328—4333 .
19. Hubberstey A. V., Mottillo E. P. Cyclase-associated proteins:
CAPacity for linking signal transduction and actin polymeriza
tion / / FASEB J .—2002 .—16, N 6.—P. 487—499.
20. Kawai M., Aotsuka S., Uchimiya H. Isolation of a cotton CAP
gene: a homologue of adenylyl cyclase-associated protein
highly expressed during fiber elongation / / Plant Cell Phy
siol .—1998.—39, N 12 .—P. 1380—1383.
ll.Barrero R. A., Umeda M., Yamamura S., Uchimiya H.
Arabidopsis CAP regulates the actin cytoskeleton necessary for
plant cell elongation and division / / Plant Cell.—2002. — 1 4 ,
N 1.—P. 149—163.
22. Gibbon В. C , Zonia L E., Kovar D. R., Hussey P. J., Staiger
C. J. Pollen profilin function depends on interaction with
proline-rich motifs / / Plant Cel l .—1998.—10.—P. 981—993.
23. McKinney E. C, Kandasamy M. K, Meagher R. B. Small
changes in the regulation of one Arabidopsis profilin isovariant,
PRF1, alter seedling development / / Plant Cell.—2001 . — 1 3 ,
N 5.—P. 1179—1191.
24. Freeman N. L., Lila T.t Mintzer K. A., Chen Z., Pahk A. J.,
Ren R., Drubin D. G., Field J. A conserved proline-rich region
of the Saccharomyces cerevisiae cyclase-associated protein
binds SH3 domains and modulates cytoskeletal localization / /
Мої. Cell. Biol .—1996.—16, N 2.—P. 548—556.
25. Hiroaki H.t Ago Т., Ito Т., Sumimoto H., Kohda D. Solution
structure of the PX domain, a target of the SH3 domain / /
Nat. Struct. Biol .—2001.—8, N 6.—P. 526—530.
26. Qin C , Wang X. The Arabidopsis phospholipase D family.
Characterization of a calcium-independent and phosphatidyl-
choline-selective PLD zeta 1 with distinct regulatory domains
/ / Plant Physio l .—2002.—128, N 3 .—P. 1057—1068.
УДК 577.112
Надійшла до редакції 17.11.03
387
|