Для правильного функционирования эукариотические клетки, то есть клетки высших живых организмов, должны поддерживать достаточный уровень фосфата. Для поглощения этого макроэлемента клетки грибов, растений и человека разработали системы транспортировки и хранения.
Однако остается неясным, как клетки узнают, сколько фосфата они содержат в любой момент времени. Майкл Хотхорн, профессор кафедры ботаники и биологии растений факультета естественных наук UNIGE, и его исследовательская группа раскрыли кристаллическую структуру нового белкового домена под названием SPX, который участвует во многих путях передачи фосфатных сигналов. Они обнаружили, что SPX обеспечивает поверхность связывания для небольших соединений, называемых сигнальными молекулами инозитолпирофосфата (InsP), которые могут взаимодействовать с другими белками только тогда, когда они связаны с доменом SPX.
Поскольку домены SPX могут быть прикреплены к различным белкам, таким как ферменты, переносчики или сигнальные белки, биологи предположили, что InsP регулирует различные клеточные процессы, участвующие в гомеостазе фосфата, от дрожжей до клеток человека.Повсеместный сигнал о фосфатном статусе клеткиЭта гипотеза была исследована в сотрудничестве с исследователями из UNIL и других европейских университетов. «Мы обнаружили, что концентрация InsP изменяется в ответ на доступность фосфата.
Уровни InsP высоки в клетках, которые имеют достаточное количество фосфата, и падают, когда фосфат становится дефицитным», — объясняет Рута Герасимайте из UNIL, один из первых соавторов учиться. «В растениях, испытывающих нехватку фосфатов, специфические факторы транскрипции включают экспрессию генов переносчиков фосфата. Когда растение насыщается, SPX-домены, заполненные InsP, будут связывать и инактивировать эти факторы транскрипции, и фосфат больше не будет поглощаться из почвы в почву. cell », — говорит Ребекка Уайлд из UNIGE, еще одного из первых соавторов.Ив Пуарье, профессор кафедры молекулярной биологии растений UNIL, и его коллега Джи-Юл Юнг далее продемонстрировали это на модельном растении Arabidopsis thaliana: когда домены SPX, присутствующие в транспортерах фосфата, мутируют в месте, которое обычно связывает InsP, транспорт фосфатов нарушен.
Роль InsP была первоначально выяснена в дрожжевых клетках: «Мы столкнулись с InsP при изучении механизма полимеризации фосфата — его сборки в длинные цепи — для хранения этого соединения, и наши данные показывают, что домен SPX является рецептором. для InsP », — утверждает Андреас Майер, профессор кафедры биохимии UNIL. Как только домен SPX заполнен, он активирует фермент, участвующий в хранении фосфатов.Лучшее понимание гомеостаза фосфатовЭто исследование теперь открывает новые возможности для изучения и лучшего понимания гомеостаза фосфатов в организмах и может даже привести к более эффективному использованию фосфатов в сельскохозяйственных культурах. «Зерновым культурам на полях обычно не хватает фосфатов, и поэтому их необходимо удобрять.
Однако ресурсы фосфорных удобрений во всем мире сокращаются. Наше открытие может открыть дверь для развития сельскохозяйственных культур, которые могли бы эффективно расти при меньшем количестве фосфатов», — говорит Майкл Хотхорн. .Эта статья опубликована в журнале Science.