Информация

Автономная клеточная вирусная защита, связанная с окислительным взрывом?

Автономная клеточная вирусная защита, связанная с окислительным взрывом?


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Я ищу механизм, с помощью которого клетка обнаруживает вирус (вероятно, ретровирус) внутри себя, а затем запускает в ответ окислительный взрыв. Все это должно происходить внутри самой клетки, независимо от каких-либо иммуноспецифичных клеток снаружи. В конечном итоге заинтересован в людях, но любые указатели помогут.


Таким образом, клетка может вызвать окислительный взрыв в ответ на патоген (а не на вирус).

В случае ретровирусов их трудно обнаружить клеткой (например, ВИЧ), поскольку они используют клеточный аппарат для репликации и могут также оставаться в неактивном латентном состоянии, тем самым не вызывая иммунного ответа.

Надеюсь, вы нашли ответ. Спасибо и доброго времени суток.


Подавление молчания РНК патогенами растений: защита, контрзащита и контрзащита

Коэволюция между растениями и патогенами привела к появлению большого количества путей защиты и путей противодействия вирулентности. Устойчивость растений к бактериальным и грибковым патогенам в значительной степени опосредована первым слоем базальной устойчивости и вторым слоем сильной расовой специфической устойчивости. Успешные патогены развили эффекторные молекулы для подавления обоих уровней защиты. Аналогично, устойчивость вируса в широком смысле опосредуется подавлением РНК, а также расовой устойчивостью.

Вирусы активно подавляют молчание РНК, что снижает противовирусную защиту, но также нарушает регуляцию эндогенного гена хозяина с помощью микроРНК и малых интерферирующих РНК. Таким образом, вирулентные инфекции вызывают заболевание отчасти из-за нарушения сайленсинга хозяина, в то время как вирусы, неспособные подавить молчание, не могут реплицироваться в здоровых растениях.

Подавление РНК также активно способствует защите от бактериальных и эукариотических патогенов посредством регуляции экспрессии генов хозяина. Эти невирусные патогены, следовательно, развили подавители подавления, которые вносят вклад в заболевание.

Недавние исследования показали критическую роль множества аспектов подавления молчания хозяина в подавлении расово-специфических защитных реакций. Таким образом, гены устойчивости и защиты подавляются miRNA, siRNA и / или эпигенетически посредством метилирования ДНК.

Таким образом, подавляющие подавления, задействованные патогенами, предотвращают первый уровень защитных реакций, но снимают подавление сильных расово-специфичных механизмов устойчивости, которые могут способствовать повышению сопротивляемости хозяина.

В этом обзоре синтезируется сложное взаимодействие между путями устойчивости растений, подавлением РНК и ее манипуляциями со стороны патогенов.


ВСТУПЛЕНИЕ

Метаболизм растений должен строго регулироваться, чтобы обеспечить эффективную интеграцию разнообразного спектра биосинтетических путей, которые являются восстановительными по своей природе. Это регулирование не полностью предотвращает фотодинамическую или восстановительную активацию молекулярного кислорода с образованием активных форм кислорода (АФК), особенно супероксида, H2О2 и синглетный кислород (Холливелл, 1981, Фридович, 1998). Однако во многих случаях производство АФК генетически запрограммировано, индуцируется в ходе развития и колебаниями окружающей среды и оказывает комплексное последующее воздействие как на первичный, так и на вторичный метаболизм. Растительные клетки производят АФК, особенно супероксид и H2О2, как вторичные посредники во многих процессах, связанных с ростом и развитием растений (например, Schroeder, Kwak & Allen 2001a Schroeder и другие. 2001b Бригадир и другие. 2003 г.). Более того, одним из основных способов передачи растениями информации об изменениях в окружающей среде является с помощью производство всплесков супероксида на плазматической мембране (Doke и другие. 1994). Ситуации, провоцирующие усиленное производство АФК, в прошлом классифицировались под заголовком `` окислительный стресс '', который сам по себе является негативным термином, подразумевающим вредный процесс, хотя на самом деле во многих случаях, вероятно, происходит совсем наоборот, усиленное окисление является негативным. важный компонент репертуара сигналов, которые растения используют для соответствующих корректировок экспрессии генов и клеточной структуры в ответ на сигналы окружающей среды и развития. Вместо использования простых сигнальных кассет новые концепции предполагают, что взаимосвязь между метаболизмом и окислительно-восстановительным состоянием является сложной и тонкой.

Клетка может ощущать многочисленные окислительно-восстановительные компоненты, чтобы вызвать акклиматорные изменения, которые опосредуются на различных уровнях регуляции, и становится очевидным, что окислительно-восстановительная модуляция функции белка является гораздо более распространенным явлением, чем считалось ранее. Обширная литература по ROS и антиоксидантам ранее была изучена нами (Noctor & Foyer 1998 Foyer & Noctor 2000, 2003) и другими (Dat и другие. 2000 Mittler 2002 Mahalingam & Federoff 2003 Conklin & Barth 2004 Mittler и другие. 2004 Байер и другие. 2005). Поскольку мы не намерены повторять эту информацию, мы сконцентрируемся на том, как растения могут использовать и ощущать ROS и два основных окислительно-восстановительных буфера, аскорбат и глутатион (GSH), чтобы регулировать экспрессию генов и функцию растений.


Вступление

Клетки млекопитающих кодируют многочисленные рецепторы распознавания образов (PRR), которые обнаруживают вторжение патогенов и инициируют врожденные иммунные ответы посредством продукции цитокинов и хемокинов [1]. В случае вирусных патогенов семейство цитокинов интерферона I типа (IFN) служит первой линией защиты и имеет важное значение для контроля репликации вируса и патогенеза. Индуцированный IFN противовирусный ответ является результатом транскрипции сотен стимулированных интерфероном генов (ISG), многие из которых ингибируют различные стадии жизненного цикла вируса [2, 3]. Хотя ответ IFN типа I менее изучен, он также индуцируется многими бактериальными патогенами, включая Легионелла пневмофила, Helicobacter pylori, Францизелла туларенская, Иерсиний псевдотуберкулез, Микобактерии туберкулеза, а также Listeria monocytogenes [4]. Тем не менее, роль IFN типа I в бактериальной инфекции остается неясной, и систематические исследования, чтобы раскрыть широкий спектр ISG, нацеленных на бактериальный патоген, не проводились.

Мы решили прояснить эти аспекты биологии IFN с помощью Listeria monocytogenes (здесь именуется Lm) в качестве модельного патогена, поскольку его клеточный жизненный цикл был подробно описан, и он демонстрирует сложную взаимосвязь с системой ответа IFN млекопитающих [5]. Lm является грамположительным пищевым патогеном, вызывающим тяжелые и опасные для жизни заболевания у лиц с ослабленным иммунитетом, беременных женщин, пожилых людей и детей [6]. При инвазии энтероцитов, гепатоцитов или фагоцитов Lm получает доступ к цитоплазме, лизируя первичную фагосому. Lm быстро реплицируется в цитоплазме и распространяется на соседние клетки с помощью актинового аппарата выпячивания [7]. Недавние исследования показывают, что Lm стимулирует IFN-ответ типа I, секретируя циклический диаденозинмонофосфат (c-di-AMP), который активирует стимулятор генов интерферона (STING). Активация STING приводит к фосфорилированию IRF3 и транскрипции генов IFN [8, 9]. Примечательно, что мыши с дефицитом STING не могут продуцировать IFNβ в ответ на Lm инфекция [10].

Хотя связь между IFN и in vivo Lm инфекция была твердо установлена, между этими исследованиями существуют некоторые расхождения. Ранние исследования показали, что IFNβ увеличивает толерантность мышей к внутривенному системному введению. Lm инфекция [11]. Сходным образом, Ифнар1 требуется для устойчивости мышей к Lm инвазия через кишечный тракт, что дополнительно демонстрирует защитный эффект IFN для естественного пути инфекции [12]. Однако более поздние исследования показывают, что у мышей, лишенных функционального рецептора IFN I типа (Ифнар1- / -) проявляют большую устойчивость к внутривенному Lm инфекция, предполагающая, что IFN усугубляет системные Lm инфекция [13–15]. Также было обнаружено, что IFN-ответ типа I подавляет адаптивный иммунитет против Lm, поскольку Стинг-дефицитные мыши демонстрируют большее количество цитотоксических лимфоцитов и проявляют защиту от Lm повторное инфицирование после иммунизации [16]. Эти различные эффекты IFN типа I на Lm инфекция, вероятно, отражает разные пути заражения. Lm инфекция и плейотропная роль IFN в различных тканевых средах или клеточных популяциях, с которыми сталкивается патоген. Тем не менее очевидно, что IFN типа I играет важную роль в формировании взаимодействия хозяин-патоген. in vivo.

Поскольку IFN вызывает устойчивый транскрипционный ответ, регуляторная роль IFN при бактериальной инфекции, вероятно, зависит от клеточной экспрессии ISG. Однако функции большинства ISG в иммунитете еще не выяснены из-за технических проблем, связанных с изучением сложных транскрипционных ответов при разрешении одного гена. Недавно были разработаны экраны сверхэкспрессии для изучения индивидуальных функций ISG [17-20]. Хотя эти подходы оказались весьма успешными для идентификации генов, которые сильно подавляют инвазию, репликацию или выход широкого спектра вирусов, аналогичные методологии скрининга еще не адаптированы для бактериальных патогенов. Здесь мы провели скрининг увеличения функции более 350 ISG человеческого IFN типа I, чтобы идентифицировать гены, которые регулируют Lm инфекционное заболевание. Этот скрининг выявил сильные бактериальные факторы рестрикции, включая MYD88, UNC93B1, TRIM14, AQP9 и MAP3K14. Мы продемонстрировали, что сигнальный адаптер MYD88 ограничивает Lm инфекции через стимуляцию надежной программы экспрессии генов хозяина. Напротив, TRIM14 ингибировал Lm инфекция через нетранскрипционный механизм, что позволяет предположить, что IFN стимулирует различные антибактериальные свойства. Важно отметить, что мы идентифицировали человеческий рецептор высокоаффинного иммуноглобулина FcγRIa (CD64) как IgG-независимый энхансер Lm интернализации и установил свою роль во вступлении Lm в фагоцитарные клетки. Взятые вместе, эти результаты показывают, что эффекторные молекулы участвуют в сложных взаимоотношениях между Lm и система ответа на IFN, и открывают новые возможности для изучения клеточно-автономной иммунной регуляции других бактериальных патогенов.


Профилактические меры на полях

Поскольку вирусные агенты являются облигатными внутриклеточными паразитами, лечение вирусных инфекций невозможно, что затрудняет борьбу с вирусными заболеваниями на полях. Поэтому профилактические меры контроля имеют решающее значение в борьбе с эпидемиями на сельскохозяйственных культурах. Они состоят в основном из сочетания культурных практик, мер биобезопасности и борьбы с переносчиками болезней (рис. 1).

РИСУНОК 1. Профилактические меры и основные стратегии улучшения сельскохозяйственных культур, используемые для борьбы с вирусными заболеваниями растений.

Регулярно проверяйте наличие вирусных патогенов

В этой области развитие методов молекулярной биологии в сочетании с непрерывной характеристикой новых этиологических агентов значительно улучшило чувствительность, специфичность и скорость, необходимые для точной диагностики патогенных вирусов растений (Boonham et al., 2014). Надежность доступных диагностических тестов является ключевым моментом в борьбе с вирусными заболеваниями на полях, поскольку инфицированные растения необходимо уничтожать как можно быстрее, чтобы свести к минимуму распространение вируса.

Мониторинг популяций организмов-переносчиков

Вирусы растений должны передаваться организмом-переносчиком (насекомыми, нематодами, зооспорическими эндопаразитами) для их распространения от растения к растению. Следовательно, вирусные заболевания можно эффективно контролировать, ограничивая популяции их переносчиков с помощью соответствующих пестицидов. Использование растений-ловушек, не являющихся хозяевами, также может быть рассмотрено для привлечения переносчиков, чтобы уменьшить количество особей, питающихся интересующей культурой, и, таким образом, передачу болезни (Bragard et al., 2013).

Разработайте программу строгого контроля над сорняками и другими растениями-хозяевами в непосредственной близости от поля

Эпидемии часто возникают из-за новых вирусов или новых вариантов классических вирусов, которые передаются от видов-резервуаров к сельскохозяйственным культурам. Хотя это явление является результатом сложного эволюционного процесса, в котором главными действующими лицами являются экологические факторы, генетическая пластичность вируса и факторы хозяина, вирусными заболеваниями можно управлять, управляя пространственной структурой и составом полевых участков, что влияет на долговечность устойчивости (Elena et al. , 2011 Fabre et al., 2012).

Соблюдайте фитосанитарные меры, установленные различными международными комиссиями.

Сведение к минимуму вирусных эпидемий предполагает соблюдение международного законодательства, касающегося всемирной торговли безвирусным растительным материалом, которое применяется к любой стадии развития растения, которое может быть переносчиком вирусов (семена или косточки плодов, прививки, подвои, саженцы, цветы), а также манипуляции с обеззараженными садовыми инструментами.

Используйте культуры, устойчивые к вирусам

Использование генетически устойчивых растений - одна из наиболее эффективных, устойчивых и часто используемых стратегий борьбы с вирусными инфекциями на полях. На протяжении веков он использовался для выращивания растений, отобранных селекционерами по их агрономическим свойствам в сочетании с отсутствием симптомов болезни. Однако с середины 20-го века программы улучшения растений в значительной степени основываются на знаниях, связанных с взаимодействием растений и вирусов, для создания устойчивых сортов, используемых в сельском хозяйстве.


Благодарности

Мы благодарим Жозефину Блаазер за помощь B. cinerea анализов, Lisong Ma и Hanna Richter за создание линий трансгенных томатов и Arabidopsis, а также Bart Thomma и Jan van Kan (WUR, Нидерланды) за предоставление V. dahliae а также B. cinerea штаммы. X.D. и L.C. были финансово поддержаны программой CSC. FT получила финансирование в рамках исследовательской и инновационной программы Европейского Союза Horizon 2020 в рамках грантового соглашения Марии Скодовской-Кюри №. 676480 (Bestpass) и из проекта VICI, финансируемого NWO-Earth and Life Sciences, № 865.14.003. M.J.B. поддерживается BBSRC (Великобритания, соответствующий грант: J004553) и Фондом Джона Иннеса. Координаты и структурные факторы для Avr2 депонированы в PDB с номером доступа 5OD4.


ВСТУПЛЕНИЕ

Существует большое разнообразие внешних сигналов, на которые клетки должны реагировать. Независимо от простоты или сложности типа клетки биохимические и молекулярные механизмы, на которые клетки должны реагировать, универсальны. На разных стадиях развития клетки чувствительны к различным внешним сигналам как из окружающей среды, так и из соседних клеток. В самом деле, клетки должны быть готовы реагировать на эти сигналы, и они делают это с помощью различных типов универсальных механизмов передачи сигналов.

Растительные клетки ничем не отличаются от самых сложных эукариотических клеток. Однако из-за своей сидячей природы растения должны реагировать на резкие изменения окружающей среды, чтобы выжить, и они должны своевременно корректировать свой рост и поведение в ответ на ежедневные и сезонные изменения окружающей среды. Интригующий и важный вопрос в нашем понимании программ развития растений и реакции окружающей среды включает типы стратегий и механизмов, которые клетки растений используют для передачи и интеграции различных сигналов развития.

Фосфолипиды являются основным и жизненно важным компонентом всех биологических мембран и играют ключевую роль в таких процессах, как передача сигналов, перестройка цитоскелета и перенос мембран. Генетические исследования с использованием Arabidopsis thaliana подтверждают, что изменения гомеостаза фосфолипидов глубоко влияют на рост и развитие растений. Например, чрезмерное накопление фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфата (PIP2) и инозитол-1,4,5-трифосфат (IP3) характерна для мутантов sac9, которые обнаруживают конститутивный стрессовый ответ (1).

Путь фосфоинозитидов является одним из наиболее важных в передаче сигналов растений, и, как таковые, они расположены во всех клеточных мембранах, есть данные, позволяющие предположить, что фосфатидилинозитол-специфическая фосфолипаза C (PI-PLC) является одним из компонентов этого пути, участвующего в в стрессовых реакциях. Кроме того, изменения в уровнях фосфоинозитидов были охарактеризованы у ряда различных видов растений, и стимуляция этого сигнального пути участвует во многих различных реакциях растений на факторы окружающей среды, такие как засуха, холод, засоление и атака патогенов (2). PIP2 оборот стимулируется гормоном засухи абсцизовой кислотой в устьицах Vicia faba (3) и осмотическим стрессом в A. thaliana культуры клеток (4).

На метаболизм фосфолипидов также влияет металлический алюминий (Al), причем наиболее важным физиологическим последствием токсичности алюминия является прекращение роста корней и изменение морфологии корней, что позволяет предположить, что цитоскелет корня является структурой-мишенью. В этой статье обсуждается токсичность алюминия для растений и влияние этого металла на фосфолипидные клеточные мембраны важных сельскохозяйственных растений Мексики, а именно Кофе арабика.

Токсичность алюминия для растений

Алюминий (Al) - самый распространенный металлический компонент в земной коре, только кислород и кремний, которые оба являются неметаллами, более распространены. Al никогда не встречается в виде свободного металла, но обычно встречается в виде силиката алюминия или силиката алюминия, смешанного с другими металлами, такими как натрий, калий, железо, кальций или магний. Эти силикаты не являются полезными рудами, потому что процесс извлечения из них Al химически сложен и дорог. Боксит, загрязненный гидратированный оксид алюминия, является коммерческим источником алюминия и его соединений (5).

Al-токсичность - важный фактор, ограничивающий рост растений во многих кислых почвах с pH ниже 5,0. Однако эта токсичность может проявляться при уровне pH до 5,5 (6, 7). Эта проблема особенно серьезна в сильно кислых почвах, которые трудно известковать (8), где проблема усугубляется продолжающимся интенсивным внесением кислотообразующих азотных удобрений. Высокая подпочвенная кислотность (Al-токсичность) снижает глубину укоренения растений, увеличивает восприимчивость к засухе и снижает использование подпочвенных питательных веществ (5).

При низком уровне pH почвы солюбилизированные ионы Al (в основном в фитотоксической форме Al) сильно подавляют удлинение корней. Таким образом, токсичность алюминия является серьезной проблемой, которая вызывает снижение роста растений в кислых почвах по всему миру (9). Наблюдались признаки того, что Al препятствует путям передачи сигнала в клетках (10).

Растения, проявляющие симптомы токсичности алюминия, более чувствительны к изменениям условий окружающей среды, и эта чувствительность может быть вызвана воздействием алюминия на любое количество каскадов передачи сигналов. Накопление Al локализуется в основном на верхушке корня, что позволяет предположить, что Al взаимодействует с активно делящимися и расширяющимися клетками. Среди симптомов токсичности Al, основные реакции включают ингибирование роста корней и индукцию синтеза каллозы (β-1,3-глюкана) после кратковременной обработки Al. Оба события были связаны с окислительным стрессом, вызванным обработкой Al (11), но механизм передачи сигналов в ответ на Al остается неясным. Совокупные данные о взаимодействиях с Al показывают, что Al оказывает значительное влияние на различные пути передачи сигнала в растениях, такие как фосфоинозитид (12) и пути фосфорилирования белков, и что анионные каналы могут участвовать в этих взаимодействиях, выделяя органические кислоты в качестве толерантности к Al. механизм.

У большинства видов растений, особенно чувствительных к Al и сельскохозяйственных культур, поглощение Al ограничено в основном корневой системой, где он накапливается преимущественно в эпидермисе и внешней коре головного мозга (13, 14). Однако есть много видов растений, которые накапливают значительные количества алюминия в своих побегах (15). Эти растения, часто называемые гипераккумуляторами, в основном представляют собой древесные растения из тропических или субтропических регионов, например, некоторые виды, произрастающие в регионе центральной Бразилии. Чайное растение (чайный куст), гортензия и представители семейства Rubiaceae являются классическими примерами растений-гипераккумуляторов (14).

С другой стороны, в литературе, к сожалению, мало информации о механизме, клеточной локализации или химической форме Al, который накапливается в этих растениях. В чайных листьях большая часть Al хелатирована с катехиновой группой полифенолов и, в меньшей степени, с фенольными и органическими кислотами (16). В листьях гортензии Al обнаружен в виде комплекса с цитратом (17), а в растении-гипераккумуляторе Меластома malabathricum Обнаружено, что Al связан с оксалатом.

Аналогичным образом было высказано предположение, что быстрое ингибирование роста корней обработкой Al указывает на то, что в возникновении этого ответа могут быть задействованы более быстрые процессы передачи сигнала. В частности, особое внимание было уделено пути трансдукции, связанному с фосфоинозитидами, поскольку ранние исследования с животными клетками показали, что клеточные механизмы токсичности для Al могут включать взаимодействия между Al и компонентами этого пути (18).

Якимова и др. (19) оценили влияние алюминия на передачу сигналов с участием фосфоинозитидов и их возможную связь с гибелью клеток в растениях томата. Результаты показали, что низкие концентрации ионов тяжелых металлов стимулируют сигнальные пути как PLC, так и фосфолипазы D (PLD), что приводит к продукции активных форм кислорода (ROS) и последующей гибели клеток, осуществляемой каспазоподобными протеазами. Таким образом, это исследование продемонстрировало, что путь передачи сигналов фосфолипидов считается одним из важных механизмов передачи сигналов растений, участвующих в гибели клеток. Однако остается трудным определить пути передачи сигналов, а также где и как растения накапливают Al, чтобы противодействовать его токсическим эффектам, если механизм того, как клетки ощущают присутствие этого металла, неизвестен.

Гены, экспрессируемые в присутствии алюминия

В последние годы в литературе появилось немало доказательств того, что Al способствует окислительному стрессу в растительных клетках, хотя для этого требуются определенные условия. Является ли оксидативный стресс, вызванный Al, первичным или вторичным эффектом, все еще остается предметом споров. Однако перекисное окисление липидов часто наблюдается как ранний симптом. Индуцированные Al гены, кодирующие белки, которые действуют для преодоления окислительного стресса (например,., глутатион-S-трансфераза, пероксидаза, синий медьсвязывающий белок, фенилаланинаммиаклиаза, 1,3-β-глюканаза и цистеиновая протеиназа) были описаны ранее (18, 20). Кроме того, было показано, что экспрессия этих Al-индуцированных генов в трансгенных Арабидопсис растения обладают устойчивостью к Al и повышенным окислительным стрессом (21).

Первый ген, контролирующий устойчивость растений к Al 3+, был выделен из пшеницы (22). В Triticum aestivum активированный алюминием транспортер малата (TaALMT1) ген кодирует член семейства переносчиков малата, активируемого алюминием (ALMT), который состоит из мембраносвязанных белков (23). TaALMT1 действует как активированный Al 3+ анионный канал, высвобождая малат из клеток корня (24). Также было показано, что несколько других членов семейства ALMT аналогичным образом вносят вклад в устойчивость к Al 3+ у зерновых и незерновых видов. Эти открытия были захватывающими в то время, потому что казалось, что одно семейство генов контролирует устойчивость к Al 3+ у различных видов (25).

Однако вскоре модель потребовала пересмотра после картирования и секвенирования основных генов устойчивости сорго и ячменя. Устойчивость к алюминию у этих видов зависит от оттока цитрата, и вовлеченные белки являются не ALMT, а членами совершенно другого семейства белков, называемого семейством экструзии множественных лекарственных и токсичных соединений (MATE). Семейство белков-транспортеров MATE представляет собой большую и разнообразную группу, присутствующую как в прокариотических, так и в эукариотических клетках. Многие из этих белков, по-видимому, действуют как вторичные переносчики для удаления небольших органических соединений из цитозоля (26, 27).

Исследования гетерологичной экспрессии и гомологии ALMT1 а также ПРИЯТЕЛЬ гены, в дополнение к использованию доступной информации о физиологии и генетике устойчивости у других видов, обнаружили дополнительные гены устойчивости (28). Этот подход помог идентифицировать гены-кандидаты устойчивости у Арабидопсис ( 29 ), Brassica napus (30), рожь (31), пшеница (32), сорго (33) и кукуруза (34).

Алюминий и кофе

Семейство Rubiaceae включает 500 родов, но Coffea, безусловно, является самым коммерчески значимым родом в семействе. В пределах Coffea L. описано более 100 видов, и, вероятно, существует по крайней мере 25 основных видов, все из которых являются аборигенами тропической Африки и некоторых островов в Индийском океане. Все виды Coffea древесные, но варьируются в размерах от небольших кустарников до больших деревьев более 10 м высотой. Несмотря на это разнообразие, только два вида, оба из Африки, выращиваются в промышленных масштабах в следующих крупных масштабах: Кофе арабика L. (кофе типа арабика) и Coffea canephora Pierre ex Froechner (кофе типа Canephora или Robusta) (35, 36). C. арабика является основной культурой во всем мире и является наиболее продаваемым товаром, помимо нефти, на долю которого приходится 4% от общего объема мировой торговли продуктами питания. На производство кофе негативно повлияли такие факторы, как болезни и токсичность алюминия, для смягчения которых потребуются исследования восприимчивости к болезням, фотосинтетической эффективности, использования воды и устойчивости как к кислотности почвы, так и к содержанию Al.

Кофе часто выращивают на кислых почвах с высоким содержанием Al 3+. Al 3+ - это взаимозаменяемая форма, которая может попадать в почву, что делает ее очень доступной для растений (37). Al 3+ также оказывает токсическое действие на растения (38-40). Алюминий может передаваться растениям из почвы, что может изменять регулирование динамики почвы. Следовательно, понимание концентраций и динамики тяжелых металлов в почвах необходимо для определения соответствующих свойств и условий, необходимых для оптимальных сельскохозяйственных условий труда (41, 42).

Подвесные ячейки как модельный инструмент

В пробирке культуры клеток и тканей растений могут обеспечить адекватную систему для проведения исследований токсичности металлов. Эмбриогенно-суспензионная клеточная линия Кофе арабика var. Катуаи получали из рассредоточенных мозолей. Каллус был первоначально получен из семядольных листьев зиготических зародышей из семян, выращенных в культуре. in vitro в среде Мурашиге – Скуга при половине ионной силы и pH 4,3. В этих условиях способность к росту в присутствии алюминия уменьшалась (рис.1) (43). Используя эту клеточную линию в качестве модели, мы сосредоточились на поиске сигнального пути, связанного с ингибированием роста, который является результатом опосредованной Al токсичности.

Клеточные суспензии C. арабика были выращены в среде Мурашиге-Скуга при половинной ионной силе, субкультивированы в течение 14 дней, покрыты частицами золота и затем исследованы под растровым электронным микроскопом. (A) и (B) контрольные клетки, (C) клетки, обработанные 100 мкМ AlCl3 в течение 30 мин и (D) клетки, обработанные 100 мкМ AlCl3 за 1 ч.

Влияние Al на передачу сигналов фосфолипидов

Известно, что в кофейных клетках Al вызывает ингибирование роста при различных концентрациях. Al также был связан с различными биохимическими процессами с участием мембранных фосфолипидов, а также с несколькими ферментами, такими как PLC и PLD и фосфатидная кислота второго мессенджера (PA). Разбивка PIP2 в IP3 а диацилглицерин (DAG) под действием PLC играет важную роль в путях передачи сигнала (44-47). IP3 и DAG производства PIP2 гидролиз действуют как вторичные мессенджеры, вызывая высвобождение Ca 2+ из внутренних запасов и активируя протеинкиназы, соответственно (45). Кроме того, PIP2 важно для регуляции динамики цитоскелета, транспорта везикул и транспорта ионов, изменение состава фосфолипидов может заметно влиять на функцию клеток (46).

Однако все больше экспериментальных данных свидетельствует о том, что этот путь не так прост, как предполагалось вначале. Например, уровни PIP2 также регулируются различными липидкиназами и липидфосфатазами. Кроме того, PIP2 регулирует активность нескольких ферментов и участвует в регуляции мембранного транспорта. DAG может быть субстратом для киназы DAG (DGK), в свою очередь, генерируя PA и IP.3 также может фосфорилироваться инозитолкиназами с образованием IP6 (46) и другие.

В предыдущих исследованиях, посвященных изменениям липидов в ответ на токсичность Al, Zhang et al. (48) обнаружили, что при обработке корней Al в течение 1 дня не наблюдалось никаких эффектов на общий липидный состав. Напротив, они также сообщили, что обработка Al в течение 3 дней вызывает модификации в структуре фосфолипидов, свободных стеринов, жирных кислот и триацилглицеринов. Другие отчеты показали, что Al влияет на активность PLC (49) и взаимодействия с ферментативными каталитическими сайтами связывания металлов, специфическими мембранными липидами и ионными каналами (50).

Из-за предположения, что PLC является основной мишенью для Al-токсичности, наша группа изучает эффект AlCl3 на различные компоненты этого пути, а именно PLC и липидкиназы (51), с использованием суспензий C. арабика клетки как модель (43). Когда клетки обрабатывали AlCl, наблюдались два основных эффекта.3. За периоды всего 1 мин. Клетки, подвергшиеся воздействию алюминия, показали двукратное увеличение их PLC и IP.3 формирование деятельности. В течение более длительных периодов активность PLC подавлялась более чем на 50%. Важно отметить, что это первый отчет, описывающий активацию ПЛК воздействием алюминия. Активность фосфатидилинозитол-4-киназы (PI 4-K), фосфатидилинозитолфосфат-5-киназы (PIP 5-K) и DGK увеличивалась, когда клетки инкубировали в присутствии различных концентраций AlCl.3 (51). Эти результаты убедительно подтверждают теорию о том, что Al нарушает метаболизм мембранных фосфолипидов, регулируя не только PLC, но и другие ферменты, которые играют ключевую роль в путях передачи сигнала.

PLD повсеместно встречается в растениях и гидролизует концевую фосфодиэфирную связь фосфолипидов, в свою очередь, образуя группу со свободной головкой и PA. Сам по себе PA действует как сигнальная молекула и является предшественником дополнительных регуляторных молекул, включая пирофосфат DAG, лизо-PA и арахидоновую кислоту (46).

Мы предварительно пометили клетки 32 Pi и проанализировали образование 32 P – PA в ответ на Al 3+. Обработка клеток либо AlCl3 или Al (НЕТ3)3 в течение 15 мин подавлял образование ПА. Чтобы проверить, как Al 3+ влияет на передачу сигналов PA, мы использовали пептид мастопаран-7 (mas-7), который известен как очень мощный стимулятор образования PA. Al 3+ ингибировал опосредованную mas-7 индукцию уровней PA как до, так и после инкубации с Al 3+. PA, участвующий в передаче сигналов, генерируется двумя различными путями передачи сигналов фосфолипидов: через PLD или PLC и через DGK (52). Путем мечения 32 Pi в течение коротких периодов времени мы обнаружили, что образование PA ингибировалось почти на 30%, когда клетки инкубировали с AlCl.3, что предполагает участие в пути PLC / DGK. Эффекты инкубации клеток с ингибитором PLC U73122 на образование PA были аналогичны эффектам, наблюдаемым в ответ на AlCl.3. В естественных условиях Активация PLD с помощью mas-7 снижалась Al 3+. Эти результаты предполагают, что образование PA предотвращается за счет ингибирования активности PLC, и эти данные являются первым доказательством влияния Al-токсичности на продукцию PA (52).

Хотя существование рецептора растений, специфичного для Al 3+, не было продемонстрировано, была обнаружена повышенная экспрессия рецептора киназы, ассоциированного с клеточной стенкой, после обработки Al (53). Возможно, каскад (ы) передачи сигнала, активируемый Al, и регуляция различных пулов PA может отражаться на токсичности Al, а также на толерантности к Al. Whether or not the PA that forms by the two different routes has the same composition of fatty acids and the same target within the cell remains unknown.

Aluminum and the Protein Phosphorylation Signaling Pathway

Protein phosphorylation plays an important role in the regulation of various biological processes in plants ( 54 , 55 ). Protein phosphorylation has also been demonstrated to provide a signal transduction pathway for mediating extracellular stimuli in cells ( 56 ).

The aspect of Al-toxicity and signal transduction that has been most intensely studied to date involves phosphoinositide turnover, but protein phosphorylation is known to be one of the post-transduction modifications that regulates physiological events at the cellular level. Genetic, biochemical, and pharmacological analyses have shown that protein kinases and protein phosphatases play important roles in environmental stress responses. Studies examining the effect of Al on protein phosphorylation were not available until the last decade. In 2001, two reports examining the role of protein phosphorylation in Al-toxicity were published ( 57 , 58 ).

Suspension cells of C. arabica were incubated with increasing concentrations of AlCl3 (200–1,000 μmol L −1 ), and an in vitro phosphorylation reaction with cell extracts was performed. No changes in the proteins present in extracts from cells treated with AlCl3 were detected as compared with the proteins in extracts from untreated cells. However, the protein phosphorylation patterns did change. Phosphorylated proteins with molecular masses of 18, 31, and 53 kDa increased dramatically after in vivo treatment of cells with AlCl3. When AlCl3 was added to the reaction mixture, no differences in phosphorylation patterns were observed ( 57 ).

Although Al-induced organic acid exudation has been extensively documented [for a review, see ref. 38], signal transduction pathways that lead to this event are less well understood. Osawa and Matsumoto ( 58 ) have suggested that protein phosphorylation is required for signal transduction in Al-activated malate efflux from wheat root apex, likely through phosphorylation and subsequent activation of anion channels ( 58 ). In this study, treatment with the protein kinase broad-range inhibitor K-252a blocked Al-induced malate efflux at the root apex, and in-gel kinase assays with myelin basic protein, a substrate specific to mitogen-activated protein kinases (MAPK), showed that Al treatment induces the activation of a 48-kDa protein kinase. This putative MAPK was rapidly and transiently activated, and its activity increased from 0.5 to 5 min after Al exposure and subsequently diminished after 5 min. In addition, the activity of the 48-kDa kinase was approximately 10-fold higher after treatment with Al than without, and the Al-induced activation was lost within 5 min. The authors suggested that Al transiently activates this protein kinase quickly enough to precede the initiation of malate efflux ( 58 ). However, whether or not the 48 kDa protein kinase is directly involved in the pathway for malate efflux remains unknown. This kinase appears to play an essential role in transduction of the Al signal and expression of resistance mechanisms in the root apex of Al-resistant wheat ( 58 ).

Aluminum has been shown to be able to induce a rapid and transient activation of a putative 58 kDa MAPK protein in coffee suspension cells ( 59 ). Although this cell suspension culture showed a basal level of malate exudation ( 60 ), no direct evidence suggested that activation of the 58 kDa MAPK-like protein is related to Al resistance in coffee. The oxidative burst evoked by Al may directly affect MAPK signaling cascades ( 61 ). В Арабидопсис, H2О2 activates the MAPKs MPK3 and MPK6 via the MAP kinase kinase kinase Арабидопсис NPK1 (Никотиана protein kinase 1)-like protein kinase 1 (ANP1) ( 62 ). Indeed, overexpression of the ANP1 gene in transgenic plants resulted in increased tolerance to cold, heat shock, and salinity ( 62 ). ЧАС2О2 also increases expression of the nucleotide diphosphate (NDP) kinase 2 in Арабидопсис ( 63 ). The overexpression of AtNDPK2 reduced H2О2 accumulation and enhanced tolerance to multiple stresses, including cold, salt, and oxidative stress. The effects of NDPK2 may be mediated by the MAPKs MPK3 and MPK6, as NDPK2 can interact with and activate the MAPKs. Therefore, these studies clearly suggest that abiotic stresses (including those from Al) induce ROS generation, which in turn activates MAPK signaling pathways.

ROS can also affect other signaling pathways. Kawano et al. ( 64 ) have observed that Al-induced ROS activates Ca 2+ influx at the plasma membrane, leading to an increase in the cytosolic Ca 2+ concentration. Briefly, the authors reported on aluminum-induced O2 •– accumulation via membrane-bound nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) oxidase (optimal [AlCl3] = 6 mM), and, following an acute spike of O2 •– , a gradual increase in the cytosolic free Ca 2+ concentration ([Ca 2+ ]c) was detected. This increase in [Ca 2+ ]c was exclusively a consequence of Al-induced ROS production. However, the Al concentration that was optimal for O2 •– was inhibitory for [Ca 2+ ]c, implying that high concentrations of Al are inhibitory not only to cation channels but also to the H2О2-induced influx of Ca 2+ ( 64 ). These data also suggest that aluminum may induce Ca 2+ -dependent signaling events at the beginning of treatment, but a gradual increase in Al п+ activity in cells eventually turns off this signal. An increased cytosolic Ca 2+ concentration could activate other proteins such as PLD. PA is a second messenger that enhances the activity level of proteins, including protein kinases and phosphoenolpyruvate carboxylase ( 46 , 65 ). Because PA is a well-known activator of MAPK cascades in response to a variety of environmental stresses ( 65 ), a possible relationship between PA levels and MAPK regulation by Al may contribute to the Al-resistance response, as proposed in a recent report ( 52 ).

RNA Interference and its Potential to Elucidate Signaling Networks

Increased attention has been given to RNAi (RNA interference) as a potential therapeutic agent in the treatment of various diseases in humans ( 66 ). To date, the results of its application for the treatment of diseases such as cancer and viral infections ( 66 , 67 ) and those that affect the eye ( 68 ), nervous system ( 69 ), and bones[0] ( 70 ) have been significant and substantial. However, one limitation of the application of RNAi as a therapeutic agent in any disease is the strategy for liberation of the small molecules of siRNA (small interfering RNA). In this respect, changes have been made to these small molecules, ranging from the alteration of the phosphate backbone of the siRNA to the use of a complex involving lipids ( 71 ).

Much of the progress in the application of RNAi has been achieved in animal cells, and this knowledge has also been applied to plants. RNAi in plants is primarily used to determine the role of genes involved in different metabolic pathways with the aim of improving nutrient content and reducing the production of toxins ( 72 ).

Because plants are sessile organisms, they must find ways to detect and respond to external stimuli and to convert these stimuli into internal signals. As mentioned earlier, one of the first signaling pathways involved in converting a vast majority of environmental stimuli into signaling pathways is the phosphoinositide pathway. Some of the enzymes involved in this pathway have been observed to be regulated by many environmental factors, including changes in osmolarity, salinity ( 73 ), oxidative stress, metals, and pathogens ( 74 ).

Two common methods for the characterization of genes include the selection of mutants with desired phenotypes and the insertion of a transgene into the chromosome through genetic transformation. Although valuable, these methods are very time-consuming. However, the application of RNAi as a tool for assessing gene function using cell suspensions or protoplasts in combination with transient transformation assays can specifically facilitate the silencing of a large number of genes in a short period of time ( 75 ).

A protoplast is a plant cell that has been completely removed from the cell wall using mechanical and/or enzymatic approaches. In 1960, Cocking was the first to isolate protoplasts from higher plants by enzymatic methods. Using this method, it is currently possible to easily obtain protoplasts of whole organs and plant tissues in culture. These cellular systems are currently used as tools in concert with approaches, such as mutagenesis, selection, genetic transformation or fusion, somatic hybridization ( 76 ), assessment of gene function by RNAi, and the introduction of foreign DNA to study protein localization, ion channels, transport processes, cell division, and morphogenesis. Therefore, protoplasts can be used as a cellular model for RNAi experiments to answer the following questions regarding the phosphoinositide signal transduction pathway:What is the effect of transient PLC silencing on the activity of other phospholipases?

Does a protein signal transduction pathway regulate phospholipids in response to the RNAi-mediated silencing of PLC?

What happens to the activity of lipid kinases, such as PI4-K and PIP5-K, after the silencing of PLC or the silencing of the entire family?

RNAi has been used in greater depth to study phosphoinositide signaling in animals and has demonstrated that some enzymes, such as the lipid kinase phosphatidylinositol 3-kinase (PI3-K), are involved in the proliferation of cancer cells. However, in plants, interest in the study of phosphoinositides has been generated as a result of the enzymatic components and second messengers that are involved in processes, such as vesicular trafficking and pathogen attack, among others. Enzymes such as PLD and myo-inositol-1-phosphate synthase have been silenced in plants (including tomato and soybean) to determine their functions ( 77 , 78 ).

Therefore, we propose the use of RNAi to evaluate the function of each of the enzymes in the phosphoinositide signal transduction pathway and the levels of their product, PA, in response to different stimuli by silencing one, two or all of the enzymes in this pathway.

Model for the Effects of Al on the Different Signal Transduction Pathways

The possible effects of Al on signal transduction pathways are represented in Fig. 2. The effects of Al could occur in one of two ways as follows: (1) Al could interact directly with a receptor (R) on the membrane surface, or with the membrane itself, to initiate a secondary messenger cascade that then regulates the activity of different enzymes, such as PLC, PLD, lipids, or protein kinases, followed by a consequent activation of an anion channel or (2) Al enters into the cytoplasm and regulates the different enzymes as mentioned earlier, affecting anion channels directly or indirectly via secondary messengers. The regulation (up or down) of second messenger production may lead to protein phosphorylation through the activation of protein kinases, such as MAP kinases, cyclin dependent kinases, or others that may affect transcription factors and gene expression. Further studies will be required to corroborate this model and improve the understanding of aluminum-affected metabolic events in plants, specifically to elucidate the elements that constitute the Ca 2+ activated MAPK cascade and the role of phospholipid signaling in Al resistance in plants.

Model of the Al 3+ effect on PA formation. Al 3+ inhibits PLC and decreases DAG availability, reducing the amount of DAG phosphorylation to PA. This inhibition affects PA signaling levels by impairing the response of PA target proteins to signal cascades. The PA formed by PLD could lead a signaling cascade for Al 3+ toxicity tolerance by releasing organic acids through anionic channels activated by phosphorylation that involves MAPK signaling.


Перспективы

A role for DDR pathways leading to disease tolerance and inflammation modulation is perhaps not surprising in evolutionary terms, as many pathogens have been documented to induce DNA damage either as a necessary step or as collateral damage of their life cycle [5] . In addition, reactive oxygen and nitrogen species are produced by macrophages and neutrophils at the sites of infection as part of the resistance strategy [105] . We therefore propose that during evolution, DDR mechanisms have co-opted pathways dedicated to deal with stress, particularly, the initiation of an immune response and the subsequent termination of the inflammatory and repair responses. The molecular mechanisms that link DDR, aging, inflammation, metabolism, and disease tolerance remain very poorly defined. An additional problem is the often conflicting role of DNA damage in inflammation and modulation of cell death or survival. These are no doubt context and dose dependent, but the determination of the underlying switches and mechanisms of their modulation by DDR pathways will be of the highest interest and relevance. A critical need and opportunity therefore exist in this field, not only because progress in this area will lead to considerable novel insights into the pathophysiology of organ and organismal function but also because the molecular pathways involved are likely to constitute attractive new therapeutic targets for multiple conditions ranging from critical illness to aging.


Evaluation of the probe 2',7'-dichlorofluorescin as an indicator of reactive oxygen species formation and oxidative stress

Просмотры статей - это COUNTER-совместимая сумма загрузок полных текстов статей с ноября 2008 года (как в формате PDF, так и в формате HTML) всеми организациями и отдельными лицами. Эти показатели регулярно обновляются, чтобы отразить использование за последние несколько дней.

Цитирования - это количество других статей, цитирующих эту статью, рассчитывается Crossref и обновляется ежедневно. Узнайте больше о подсчете цитирований Crossref.

Альтметрическая оценка внимания - это количественная мера внимания, которое исследовательская статья получила в Интернете. При нажатии на значок пончика загружается страница на altmetric.com с дополнительной информацией о счете и присутствии данной статьи в социальных сетях. Найдите дополнительную информацию об альтернативном показателе внимания и о том, как он рассчитывается.

Примечание: Вместо аннотации это первая страница статьи.


Выводы

Oxidative stress is a powerful stimulator of eryptosis and contributes to the development of anemia in a variety of clinical conditions. The stimulation of eryptosis may further compromise microcirculation, as eryptotic erythrocytes adhere to the vascular wall. In view of the profound impact of anemia and impaired microcirculation, treatment of affected patients with eryptosis-inhibiting substances, such as several antioxidants, may be desirable. The possibility, however, must be kept in mind that the disruption of eryptosis may enhance hemolysis of defective erythrocytes with subsequent renal injury. Дальше in vivo studies are, thus, required to elucidate the beneficial and/or untoward effects of antieryptotic treatment in counteracting anemia associated with a wide range of systemic diseases.


Смотреть видео: Polska cyberobrona na MSPO 2019. Gen. Molenda w programie SKANER Defence24 (June 2022).