تقود المسارات التطورية المختلفة النباتات والحيوانات إلى نفس مفترق الطرق: فسفرة التيروزين

31 كانون الثاني 2011

تقود المسارات التطورية المختلفة النباتات والحيوانات إلى نفس مفترق الطرق: فسفرة التيروزين

31 كانون الثاني 2011

لا جولا ، كاليفورنيا — عند تحليل المستشعر الجزيئي لهرمون النمو النباتي براسينوليد ، اكتشف الباحثون في معهد سالك للدراسات البيولوجية أنه على الرغم من أن النباتات اتخذت مسارًا تطوريًا مختلفًا عن أقربائها من الحيوانات ، فقد توصلوا إلى حلول مماثلة لمشكلة شائعة: كيف لتلقي الإشارات الواردة ومعالجتها بشكل موثوق.

تم نشر نتائج الفريق في عدد 1 فبراير 2011 من الجينات والتنمية، كشف أن ما يسمى فسفرة التيروزين - التي تُستخدم كمفتاح "تشغيل" أو "إيقاف" ويعتقد منذ فترة طويلة أنها ميزة فريدة لخلايا الحيوانات - هي آلية محفوظة عبر ممالك الحيوانات والنباتات.

يقول الباحث في معهد هوارد هيوز الطبي: "يبدو أن هناك طرقًا عديدة فقط لبناء نظام إشارات قوي" جوان خوري، دكتوراه ، أستاذ ومدير مختبر البيولوجيا الجزيئية والخلوية النباتية وحائز على كرسي Howard H. و Maryam R. Newman ، "وقد ضربت النباتات والحيوانات نفس الآليات."

بقدر ما قد يبدو مختلفًا ، يجب أن تكون خلايا الثدييات والنباتات قادرة على إدراك الجزيئات الصغيرة للاستجابة للتغيرات في البيئة. بينما تعتمد الخلايا البشرية على مجموعة واسعة من جزيئات المستشعرات ، بما في ذلك أكثر من 800 مستقبلات مختلفة مقترنة ببروتين G ، و 48 مستقبلًا معروفًا للهرمون النووي و 72 كينازًا للمستقبل ، تعتمد النباتات في الغالب على الأخير.

يقول الباحث ما بعد الدكتوراه والمؤلف الأول المشارك مايكل هوثورن: "هذه المجموعة من المستقبلات هي الأكبر في النباتات ، لكننا لا نعرف الكثير عن آلية التنشيط باستثناء" هناك مجموعة من الفسفرات الجديدة ".

كينازات هي بروتينات تنقل مجموعات الفوسفات إلى بروتينات أخرى أو جزيئات صغيرة. تأتي في نكهتين رئيسيتين: إما أن تربط مجموعة الفوسفات بالحمض الأميني التيروزين داخل البروتين أو بالسيرين أو الثريونين. في حين أن معظم كينازات البروتين لها نشاط سيرين / ثريونين كيناز ، في الحيوانات ، ما يسمى كينازات المستقبلات ، الموجودة على سطح الخلية ، تمتلك نشاط التيروزين كيناز في الغالب.

باستثناء حفنة صغيرة من كينازات ثنائية النوعية ، والتي تنقل الفوسفات إلى كل من سيرين / ثريونين وتيروزين ، تم ربط جميع كينازات مستقبلات النبات على أنها كينازات سيرين-ثريونين. أحد القيم المتطرفة المعروفة هو مستقبل مادة البراسينوليد ، وهو عنصر أساسي في استجابة النباتات للضوء. يوضح الباحث ما بعد الدكتوراة والمؤلف الأول المشارك إيفون جايليس: "يسمح ربط مادة البراسينوليد بمستقبلاتها للنباتات بتعديل النمو عندما تحتاج إلى التفوق على جيرانها للوصول إلى المزيد من الضوء أو الماء". "لكن في الوقت نفسه ، يحتاج المستقبل إلى تنظيم صارم حتى لا تهدر النباتات مواردها عندما لا تضطر إلى ذلك."

يتم الاحتفاظ بمستقبل براسينوليد BRI1 في حالة غير نشطة نسبيًا من خلال ذيله داخل الخلايا وبروتين مثبط صغير يعرف باسم BKI1. بناءً على دراسات سابقة في مختبر Chory ، عرف باحثو Salk أن الفسفرة الذاتية للمستقبلات ضرورية ، لكن ما أدى إلى إطلاق البروتين المثبط ظل غير واضح.

في محاولة لفهم آلية التنشيط ، اكتشف باحثو Salk أن BKI1 يعمل من خلال اثنين من العناصر المحفوظة تطوريًا: تسلسل 20-amino-acid الذي يربط مجال مستقبلات كيناز وعزف غني باللايسين-أرجينين الذي يثبت الببتيد المثبط إلى غشاء بلازمي. تؤدي الفسفرة في التيروزين الرئيسي داخل نموذج استهداف الغشاء إلى إطلاق BKI1 من الغشاء ، مما يخفف من تثبيط كيناز ويسمح بتكوين مركب إشارات نشط.

إن فسفرة BKI1 ليس فقط أول مثال موثق على نقل فسفرة التيروزين في النباتات ، كما أن المبدأ الأساسي يشبه إلى حد كبير الآلية المستخدمة من قبل كينازات التيروزين للمستقبلات الحسنة النية لتنظيم نشاطها. يقول خوري: "تطورت كينازات مستقبلات النبات والحيوان بشكل مستقل ، ومع ذلك فإن تنشيطها يعتمد على آليات مماثلة".

من خلال تحديد السمات المشتركة في مسارات إشارات مستقبلات النبات والحيوان ، يأمل باحثو Salk في معرفة المزيد حول متطلبات نظام إشارات قوي. على الرغم من أن النباتات لا تقوم بترميز كينازات التيروزين الكنسية في جينوماتها ، فإن فسفرة التيروزين ستظهر كموضوع مهم في إشارات النبات ، كما يتوقع هوثورن.

ومن بين الباحثين الذين ساهموا أيضًا في العمل يوسف بلخدير وتسيجاي دابي في مختبر بيولوجيا النبات في معهد سالك ، بالإضافة إلى زاكاري إل.

تم تمويل العمل جزئيًا من قبل معهد هوارد هيوز الطبي ، والمعاهد الوطنية للصحة ، والمؤسسة الوطنية للعلوم ، والمنظمة الأوروبية للبيولوجيا الجزيئية ، والمنظمة الدولية لبرنامج علوم الحدود البشرية ، ومؤسسة أبحاث علوم الحياة ، ومارك وإيفا ستيرن. مؤسسة.

عن معهد سالك للدراسات البيولوجية:
معهد سالك للدراسات البيولوجية هو أحد المؤسسات البحثية الأساسية البارزة في العالم ، حيث يقوم أعضاء هيئة التدريس المشهورون دوليًا بالتحقيق في أسئلة علوم الحياة الأساسية في بيئة فريدة وتعاونية وإبداعية. من خلال التركيز على الاكتشاف وتوجيه الأجيال القادمة من الباحثين ، يقدم علماء Salk مساهمات رائدة لفهمنا للسرطان والشيخوخة والزهايمر والسكري والأمراض المعدية من خلال دراسة علم الأعصاب وعلم الوراثة وبيولوجيا الخلايا والنباتات والتخصصات ذات الصلة.

تم الاعتراف بإنجازات أعضاء هيئة التدريس بالعديد من الأوسمة ، بما في ذلك جوائز نوبل والعضويات في الأكاديمية الوطنية للعلوم. تأسس المعهد في عام 1960 من قبل رائد لقاح شلل الأطفال جوناس سالك ، وهو مؤسسة مستقلة غير ربحية ومعلم معماري.