ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ, 2015, том 62, № 3, с. 452-455
ПИСЬМА ^^^^^^^^^^^^^^^^ В РЕДАКЦИЮ
УДК 581.1
СВОЙСТВЕННО ЛИ ФОСФАТИДНОЙ КИСЛОТЕ ИОНОФОРНОЕ ДЕЙСТВИЕ КАК ВОЗМОЖНАЯ ОСНОВА ЕЕ МЕДИАТОРНОЙ ФУНКЦИИ В ТРАНСДУКЦИИ ВНУТРИКЛЕТОЧНЫХ СИГНАЛОВ?
© 2015 г. И. М. Андреев
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН, Москва Поступила в редакцию 19.09.2014 г.
Проведен критический анализ имеющихся в литературе данных, доказывающих способность фос-фатидной кислоты (ФК) к ионофорному действию, а именно к облегченному переносу через клеточные мембраны ионов Н+ и Са2+ как возможной основы реализации ее известной медиаторной функции в трансдукции внутриклеточных сигналов. Принимая во внимание целый ряд аргументов, автор настоящей работы пришел к выводу, что эти данные не дают достаточных оснований для заключения о выполнении ФК ионофорной функции. Кроме того, показано, что мнение сторонников "ионо-форной функции ФК" не согласуется со многими результатами других исследований, которые свидетельствуют в пользу того, что в основе сигнальной функции ФК лежит ее взаимодействие со специфическими эффекторными белками, в том числе с ионными каналами клеточных мембран, катализирующими трансмембранный перенос Са2+ и других катионов и таким образом ответственными за генерацию кальциевых сигналов, способных, как известно, индуцироваться ФК.
Ключевые слова:растения - клеточные мембраны - фосфатидная кислота — кальций — индо-1 — хлор-тетрациклин — транспорт ионов
Б01: 10.7868/80015330315030021
В 2006 г. в журнале "Физиология растений" была опубликована статья С.С. Медведева с соавт. "Ионофорные функции фосфатидной кислоты в растительной клетке" [1], в которой приведены результаты экспериментов, доказывающих, по мнению авторов, способность фосфатидной кислоты переносить через клеточные мембраны растений ионы водорода и кальция. Статья вызывает целый ряд вопросов, и хотя в настоящее время об этих свойствах ФК уже не говорят, авторы продолжают свои исследования, что в частности следует из их сообщения "Мембранный механизм функционирования фосфатидных кислот как вторичных посредников растительной клетки" в материалах Годичного собрания Общества физиологов растений России ("Физиология растений — теоретическая основа инновационных аг-ро- и фитобиотехнологий", Калининград, 2014, Ч. I, с. 84-85). Более того, авторы отмечали, что исследования такого рода поддержаны грантом РФФИ. В связи с этим, вероятно, рано еще гово-
Сокращение: ФК — фосфатидная кислота.
Адрес для корреспонденции: Андреев Игорь Михайлович.
127276 Москва, Ботаническая ул., 35. Институт физиологии
растений им. К.А. Тимирязева РАН. Электронная почта:
pmembrane@ippras.ru
рить о том, что время уже все расставило по своим местам, и назрела необходимость внести ясность в затронутую здесь проблему. Обсуждению ее важных аспектов и посвящена настоящая работа.
К настоящему времени убедительно доказано, что к числу вторичных мессенджеров, участвующих в передаче сигналов в клетках эукариотов, в том числе и в клетках растений, принадлежит фосфатидная кислота (ФК) — относительно простой анионный липид, как известно, функционирующий как ключевой интермедиат в биосинтезе нейтральных липидов и всех глицерофосфолипи-дов [2-4]. Активность ФК как вторичного мес-сенджера выражается в запуске, модуляции и регуляции разнообразных клеточных процессов, в том числе везикулярного транспорта, динамики активности цитоскелета, а также ответных реакций клеток на действие стрессовых факторов. Концентрация ФК в клетках дрожжей и животных организмов сохраняется на достаточно низком уровне и составляет только 1% от общего содержания в них липидов, что является результатом ее непрерывного превращения в другие типы липидов, которое поддерживается ее de novo синтезом, но в растительных клетках эта величина может достигать 5-10% [5]. Вместе с тем извест-
СВОЙСТВЕННО ЛИ ФОСФАТИДНОЙ КИСЛОТЕ ИОНОФОРНОЕ ДЕЙСТВИЕ
453
но, что сигнальная функция ФК во многих случаях инициируется после продукции этого липида в результате гидролиза фосфатидилхолина под действием фосфолипазы D или фосфорилирования диацилглицерина диацилглицеринкиназой [6].
Хотя механизм, лежащий в основе трансдук-ции сигналов с участием ФК, остается пока во многом неясным, имеющиеся в литературе данные показывают, что уже достигнут существенный прогресс в нашем понимании ряда особенностей реализации ее сигнальной функции. Эти особенности, как недавно выяснилось, во многом определяются особыми физико-химическими свойствами самой молекулы ФК, отличающими ее от других липидов мембраны [7]. Согласно современным представлениям, в основе медиатор-ного действия ФК в передаче внутриклеточных сигналов лежит ее способность связывать определенные эффекторные белки, тем самым осуществляя их направленный трафик к той или иной клеточной мембране [8, 9]. Установлено, что за образование комплекса ФК с указанными белками ответственна фосфомоноэфирная группа этого липида, причем оно реализуется в результате как электростатических взаимодействий, так и образования водородной связи между взаимодействующими доменами рассматриваемых соединений [10]. Более того, недавние исследования, проведенные на клетках дрожжей, показали, что ФК может действовать в качестве сенсора внутриклеточного рН благодаря зависимости от рН степени ионизации ее фосфомоноэфирной группы, в свою очередь приводящей к соответствующей рН-зависимой модуляции энергии взаимодействия ее с эффекторными белками [11].
Несмотря на то, что представленная здесь в краткой форме современная концепция механизма сигнального действия ФК в клетках получает в настоящее время все больше экспериментальных доказательств, имеющиеся в литературе данные [1, 12] рассматриваются как свидетельства в пользу ионофорной функции ФК, а именно ее способности переносить через клеточные мембраны ионы Н+ и Са2+ и тем самым генерировать соответствующие сигналы, приводящие к запуску в клетках тех или иных сигнальных каскадов. Однако детальный анализ результатов, представленных в этих работах, показывает, что приведенные данные вполне допускают совершенно иную интерпретацию, которая никакого отношения к ионофорному, по мнению авторов, действию ФК не имеет. Такое заключение следует из ряда нижеизложенных аргументов, которые ставят под сомнение сделанный в работах [1, 12] вывод о возможности функционирования ФК как ионофора. Эти аргументы состоят в следующем.
1. Прежде всего, в рамках обсуждаемой проблемы заслуживает внимания ее важный истори-
ческий аспект, который состоит в том, что еще в 1983 г. в работе [13], проведенной на искусственных мембранах, были получены данные, демонстрирующие неспособность ФК функционировать как транспортер ионов Са2+ в клеточных мембранах. Уже в то далекое время эти данные поставили под сомнение выводы ряда исследователей о возможности ионофорного действия ФК, основанные на наблюдениях ФК-индуцирован-ного увеличения уровня Са2+ в цитоплазме некоторых животных клеток. На основе полученных результатов авторы работы [13] высказали предположение, что наблюдаемый эффект ФК опосредован транспортной активностью кальциевых каналов, функционирующих в мембранах этих животных клеток и способных активироваться в присутствии этого липида. Справедливость этого предположения нашла свое подтверждение в результатах, полученных в последующие годы (см., например, [14]).
2. Обращаясь к материалам работы [1], необходимо сразу отметить, что представленные в ней результаты, на наш взгляд, не дают достаточных оснований для сделанного авторами вывода о поведении ФК как ионофора, поскольку оставляют открытыми ряд принципиально важных вопросов, имеющих прямое отношение к интерпретации наблюдаемых здесь феноменов. Один из них касается механизма поглощения ионов Са2+ выделенными мембранными везикулами под действием ФК. Даже если считать, что наблюдаемые в этих экспериментах изменения флуоресценции везикулярных суспензий, содержащих Са2+-ин-дикаторы, индо-1 или хлортетрациклин, действительно отражают собой ФК-индуцированное поступление внутрь мембранных везикул ионов Са2+, остается неясным, каким образом эти катионы транспортируются через везикулярную мембрану: за счет ионофорного, как считают авторы, действия ФК или благодаря активации или, иначе говоря, открыванию в мембране под влиянием ФК Са2+-проницаемых ионных каналов. Эта последняя возможность, судя по данным литературы, имеет в настоящее время достаточно веских оснований [14-17].
Еще один важный вопрос связан с отсутствием в работе необходимых контролей, доказывающих, что увеличение флуоресцентного сигнала индо-1 или хлортетрациклина в присутствии в инкубационной смеси ФК и ионов Са2+ обусловлено возрастанием внутри везикул концентрации этого катиона. Обращает на себя внимание прежде всего особый характер изменения флуоресценции везикулярной суспензии в ответ на добавление к ней ФК и ионов Са2+, выражаемый в очень быстром, а именно скачкообразном увеличении флуоресцентного сигнала, который затем остается на постоянном уровне. Очевидно, что такую
454
АНДРЕЕВ
кинетическую особенность ФК/Са2+-индуцируе-мой ответной реакции трудно объяснить быстрым поступлением Са2+ внутрь везикул и последующим Са2+-зависимым возрастанием флуоресценции кальциевых индикаторов, поскольку перенос этого катиона через гидрофобный барьер мембраны и его аккумуляция внутри везикул не могут быть мгновенными процессами и должны поэтому следовать иной кинетике. Принимая во внимание хорошо известные из литературы физико-химические свойства ФК, касающиеся поведения ее дисперсий в водных растворах одно- и двухвалентных катионов [18], можно полагать, что рассматриваемые здесь эффекты, скорее всего, отражают изменения мутности или светорас-сеивания суспензии мембранных везикул, вызванные добавлением к ней этого липида. Следует также особо подчеркнуть, что величина этого параметра способна существенно возрастать в присутствии ионов Са2+, которые образуют очень стабильные комплексы с ФК [19, 20].
3. Другой результат работы [1], свидетельствующий,
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.