научная статья по теме СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОСФОЛИПИДНОГО СОСТАВА ЯДЕРНЫХ СУБФРАКЦИЙ ЗАРОДЫШЕЙ ПШЕНИЦЫ ПРИ ПРОРАСТАНИИ Биология

Текст научной статьи на тему «СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОСФОЛИПИДНОГО СОСТАВА ЯДЕРНЫХ СУБФРАКЦИЙ ЗАРОДЫШЕЙ ПШЕНИЦЫ ПРИ ПРОРАСТАНИИ»

ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2004, том 51, № 5, с. 784-789

УДК 581.1:547.963

СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ФОСФОЛИПИДНОГО СОСТАВА ЯДЕРНЫХ СУБФРАКЦИЙ ЗАРОДЫШЕЙ ПШЕНИЦЫ ПРИ ПРОРАСТАНИИ

© 2004 г. Л. А. Минасбекян, Ж. В. Явроян, М. Р. Дарбинян*, П. О. Вардеванян

Кафедра биофизики и * кафедра биохимии Ереванского государственного университета, Ереван Поступила в редакцию 21.10.2003 г.

Исследовано содержание фосфолипидов в составе хроматина, ядерного матрикса и ядерной мембраны зародышей пшеницы (ТгШсит авзйуит Ь.). Показано, что ядерные субфракции интактных ядер сухих зародышей различаются по составу и содержанию отдельных фосфолипидов. При прорастании семян происходит перераспределение фосфолипидов в ядерных субфракциях. Обсуждается функциональная роль структурных изменений, происходящих в ядерной мембране вследствие перераспределения фосфолипидов, и предполагается, что это может приводить к изменению проницаемости ядерной мембраны и заряда на ее поверхности.

ТгШсит авзйуит - ядра - ядерный матрикс - ядерная мембрана - фосфолипиды

Молекулярные механизмы регуляции генома и связанного с его состоянием ядерного транспорта все еще остаются до конца не выясненными [1]. В ряде работ показано, что ядерный матрикс может влиять на процессы, протекающие в ядре, начиная с момента фиксации при репликации ДНК, что обеспечивает высокую степень организации первичной транскрипции и контроля направленного транспорта РНК в цитоплазму через ядерные поры [2, 3]. Известно также, что основные белковые компоненты ядерного матрикса -негистоновые белки, связаны с молекулами фосфолипидов, которые, будучи вовлеченными в процесс генной регуляции, участвуют в структурных перестройках ДНК и нуклеопротеиновых комплексов [4-6]. В то же время фосфолипидные компоненты во всех субфракциях ядра играют важную роль в связывании ДНК с ядерным мат-риксом и мембраной [7, 8]. Ранее мы отмечали происходящее при активации генома набухание ядер и перераспределение поверхностного заряда ядерной мембраны [9], что, по нашему предположению, может быть также следствием изменения в фосфолипидном составе самой ядерной мембраны.

Сокращения: ФС - фосфатидилсерин; ЛФХ - лизофосфати-дилхолин.

Адрес для корреспонденции: Вардеванян Погос Оганесович. 375025 Армения, Ереван, ул. А. Манукяна, 1. Ереванский государственный университет, кафедра биофизики. Электронная почта: simvar@arminco.com

Целью данной работы было проведение сравнительного анализа фосфолипидного состава ядерных субфракций - хроматина, ядерного матрикса и ядерной мембраны, полученных из изолированных интактных ядер сухих и прорастающих зародышей пшеницы, для выявления структурно-функциональной роли.

МЕТОДИКА

Выделение зародышей из семян гексаплоид-ной пшеницы (Triticum aestivum L.) сорта Безос-тая-1 проводили по методу Johnston и Stern [10]. Семена измельчали в течение 15-20 с при 1400 g в гомогенизаторе MPW-302 ("Mechanika precyzyj-na", Польша) и последовательно просеивали через ряд сит (с порами 3, 2 и 1 мм). Массу, оставшуюся на 1-миллиметровом сите, брали для проращивания зародышей.

Зародыши проращивали на жидкой питательной среде, содержащей 5 мМ Трис-НС1-буфер, pH 7.4, 20 мМ KCl и 20 мкг/мл сахарозы, а также на твердой питательной среде, содержащей 0.9% агара, 1% глюкозы и 0.01% стрептомицина. Зародыши проращивали в предварительно стерилизованных чашках Петри в темноте при 26°С в течение 72 ч.

Ядра из изолированных эмбрионов семян получали по модифицированному нами методу Blo-bel и Potter [11]. Сухие эмбрионы или замороженные в жидком азоте проростки измельчали в ступке до получения тонкого порошка, добавляли 0.25 М сахарозы в буфере, содержащем 10 мМ

Фосфолипидный состав (мкг/мг сухого веса) субфракций интактных ядер из сухих эмбрионов и 3-дневных проростков

Фосфо-липид Ядерная мембрана Растворимая ядерная фракция Хроматин

сухие эмбрионы проростки сухие эмбрионы проростки сухие эмбрионы проростки

ФХ 0.545 ± 0.08 0.385 ± 0.03 0.407 ± 0.09 0.166 ± 0.04 0.710 ± 0.22 0.585 ± 0.02

ФЭ 0.310 ± 0.09 0.230 ± 0.01 0.179 ± 0.08 0.128 ± 0.03 0.263 ± 0.19 0.329 ± 0.02

ФИ 0.151 ± 0.08 0.180 ± 0.02 н.о. н.о. 0.135 ± 0.11 0.174 ± 0.01

ФС 0.149 ± 0.07 0.195 ± 0.02 н.о. н.о. 0.130 ± 0.11 0.367 ± 0.02

ФК 0.359 ± 0.10 0.910 ± 0.02 0.288 ± 0.07 0.128 ± 0.05 н.о. н.о.

КЛ 0.366 ± 0.08 0.175 ± 0.02 0.244 ± 0.12 0.740 ± 0.01 0.101 ± 0.09 0.140 ± 0.01

ЛФХ н.о. н.о. н.о. н.о. 0.119 ± 0.04 0.135 ± 0.02

Сумма 1.880 2.075 1.098 1.162 1.458 1.730

Примечание. В таблице представлены средние арифметические величины из 4 независимых экспериментов и их стандартные отклонения. ФХ - фосфатидилхолин, ФЭ - фосфатидилэтаноламин, ФИ - фосфатидилинозитол, ФС - фосфатидилсерин, ФК - фосфатидная кислота, КЛ - кардиолипин, ЛФХ - лизофосфатидилхолин. н.о. - не обнаружено.

Трис-НС1, 25 мМ КС1, 15 мМ М§С12, рН 7.4 (ТКМ-буфер), фильтровали сквозь марлю и центрифугировали 10 мин при 9000 g на центрифуге 310В ("МесИатка ргесу7у]па"). Осажденные ядра повторно отмывали, как описано в работе [9]. Полученный в результате осадок представлял собой фракцию очищенных интактных ядер. Для дальнейшего фракционирования ядер и получения ядерных мембран осадок интактных цельных ядер разбавляли буфером, содержащим 50 мМ Трис-НС1 (рН 7.4), 1% Тритона Х-100, 400 мМ КС1 и далее действовали согласно методике, описанной в работе [9]. Осажденные ядерные мембраны отмывали 2-3-кратным ресуспендировани-ем в ТКМ-буфере с 0.25 М сахарозы и центрифугировали в течение 15 мин при 27000 g в центрифуге ЦВР-1("МРТУ-42", СССР).

Для выделения хроматина брали как сухие, так и проросшие на питательной среде зародыши. Хроматин выделяли по описанной ранее методике [12]. "Грубый хроматин", полученный после осаждения сульфатом аммония, дважды промывали в буфере, содержащем 10 мМ Трис-НС1 (рН 7.4), 10 мМ КаС1, 3 мМ М§С12 и 0.1 мМ фенилметил-сульфонилфторида.

Экстракция фосфолипидов и их количественное определение. Фосфолипиды экстрагировали из ацетоновых порошков хроматина, а также ядерной мембраны и растворимой ядерной фракции смесью хлороформ : метанол (2 : 1) по методу Фолча с соавт., как описано в работе [13]. Фракционирование индивидуальных фосфолипидов проводили хроматографически в тонком слое си-ликагеля Ь ("СИетаро1", Чехия) в системе растворителей хлороформ : метанол : вода в соотноше-

нии 65 : 25 : 4 (по объему) в присутствии маркеров -ФХ, ФЭ и кардиолипина ("Sigma", США). Хрома-тограммы проявляли в парах йода. Содержание фосфолипидов определяли по фосфору после 2-часовой минерализации отдельных фосфолипидных фракций в присутствии смеси HClO4 и HNO3 по методу Ames [14].

В таблицах представлены средние арифметические величины из 4 независимых экспериментов и их стандартные отклонения.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

К настоящему времени получены данные по фосфолипидному составу многих растительных объектов [15-17], однако фосфолипидный состав растительного хроматина и ядерной мембраны еще недостаточно изучен. Самыми распространенными фосфолипидами в эукариотических клетках являются фосфатидилхолин (лецитин) и фосфатидилэтаноламин. Количество этих двух основных фосфолипидов в эукариотических клетках может достигать соответственно 50 и 25% всей фосфолипидной массы [18], однако в разных растениях они содержатся в разных соотношениях [19].

Результаты проведенных нами исследований фосфолипидного состава показали, что фосфолипиды ФХ и ФЭ представлены во всех субфракциях ядра. В таблице приведен фосфолипидный состав ядерной мембраны, растворимой ядерной фракции и фракции очищенного хроматина, выделенных из сухих эмбрионов пшеницы. Как видно из этих данных, содержание ФХ и ФЭ в растворимой ядерной фракции ниже, чем в составе ядер-

50 40

« 30 н

5 20

*

6 10

и о о

о

iB 70

Л 60

0

Ядерная мембрана

Ш]

н о

50 40 30 20

я

о

д

g 10 § 0 ■f 50

Ф 40 ¡1 30 Н 20 10

Растворимая ядерная фракция

Хроматин

[LD

ш, т,

ФХ ФЭ ФИ ФС ФК К ЛФХ

Доли фосфолипидов в составе ядерной мембраны, растворимой ядерной фракции и хроматине сухих (1) и проросших (2) эмбрионов пшеницы. ФХ - фосфатидилхолин, ФЭ - фосфатидилэтанола-мин, ФИ - фосфатидилинозитол, ФС - фосфатидил-серин, ФК - фосфатидная кислота, КЛ - кардиоли-пин, ЛФХ - лизофосфатидилхолин.

ной мембраны, что находится в соответствии с данными других экспериментов, выявивших присутствие фермента (холин/этаноламинфосфот-рансферазную активность) CEPT-1, ответственного за синтез ФХ и ФЭ в ядерной мембране и эн-доплазматическом ретикулуме [18]. Как видно из таблицы, для всех трех субфракций интактных ядер, полученных из сухих зародышей, ФХ является мажорным фосфолипидом. Относительное содержание ФХ в ядерной мембране составляет 28.9%, в растворимой ядерной фракции - 37%, а в хроматине - 49%. ФЭ также обнаружен во всех трех субфракциях ядра, но в случае ядерной мембраны - в количествах, не превышающих содержание ФК и кардиолипина (рисунок).

Возникает вопрос, почему именно в ядерной мембране необходимо присутствие фермента, осуществляющего синтез ФХ de novo. Основная функция ядерной мембраны - сохранить целостность своей поверхности и поверхностный заряд для обеспечения избирательной проницаемости ядерных пор [3, 18, 20]. Ранее, на основании исследований электрокинетических свойств интакт-

ных ядер различных видов и сортов пшеницы, мы получили данные об изменении заряда поверхности ядра [9]. Было показано, что на первых стадиях развития эмбриона поверхностный заряд ядерной мембраны интактных ядер семян у разных злаков увеличивается в разной степени [9]. Известно, что ФХ и ФЭ по молекулярной форме и строению в водном окружении относятся к цилиндрическим липидам и обладают способностью к образованию двухслойных мембран [20]. Изгибы мембраны могут возникать вследствие относительного насыщения коническими (диацилгли-церолом, холестеролом и ФК) или перевернуто-коническими липидами (лизофосфатидилхоли-ном, ЛФХ) [20]. Это может приводить к положительному или отрицательному искривлению бис-лоя мембраны, в зависимости от распределения этих липидов во внутреннем или внешнем слое.

Из данных, приведенных в таблице, видно, что в составе

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком