Это крошечные сигнальные молекулы, которые играют важную роль во многих процессах в живых организмах. Однако точная функция этих веществ часто до сих пор неизвестна, поэтому ученые постоянно ищут новые методы, с помощью которых они могут их исследовать. Исследователи из университетов Мюнстера (Германия) и Нанкина (Китай) разработали такой метод для важного вещества-посредника в растениях, называемого фосфатидной кислотой.
Этот липид выполняет различные функции в организме: он влияет на гибкость и изгиб клеточных мембран, регулирует метаболизм растения, а также служит сигнальным веществом для регулирования локализации или активности белков. Однако исследователям не удалось выяснить, какая часть пула фосфатидных кислот в клетке выполняет функцию метаболизма, а какая служит сигнальным веществом. Биосенсор, разработанный немецкими и китайскими учеными, изменил ситуацию: вживив этот сенсор в растения, они впервые смогли отслеживать активность фосфатидной кислоты в пространстве и во времени.
«Наш подход позволяет нам более точно определить динамику фосфатидной кислоты, особенно у растений в условиях стресса», - говорит соавтор исследования профессор Йорг Кудла из Университета Мюнстера. Растение испытывает стресс, например, при воздействии сухих или засоленных почв. Измерения, полученные с помощью нового метода, могут в будущем помочь в выведении растений, более устойчивых к неблагоприятным условиям окружающей среды. Исследование было опубликовано в журнале Nature Plants.
Предыстория и методы:
До сих пор ученые могли только биохимически измерить присутствие фосфатидной кислоты и, таким образом, определить общее количество липидов в определенной ткани или организме. Оставалось неясным, в каких клетках или в каких участках этих клеток вещество было активным и почему изменялась его концентрация.
Недавно разработанный биосенсор основан на принципе резонансной передачи энергии флуоресценции (FRET). Сенсор представляет собой ориентированный на плазматическую мембрану слитый белок домена, связывающего фосфатидную кислоту, помещенный между двумя разными флуоресцентными белками, которые флуоресцируют синим и желтым цветом при стимуляции светом. Связывание фосфатидной кислоты с этим сенсором изменяет его конформацию, что приводит к изменению цвета излучаемого света. Поэтому новый датчик называется «PAleon», что происходит от аббревиатуры PA для фосфатидиловой кислоты и хамелеона. Ученые измеряют эти сигналы с помощью современных методов микроскопии.
Таким образом, исследователи изучили корни и замыкающие клетки арабидопсиса. Они наблюдали разные области корней и подвергали их различным раздражителям, таким как повышенная концентрация соли в среде для роста. Цвета под микроскопом показали, как и где изменились распределение и концентрация фосфатидной кислоты.
В своих исследованиях ученые заметили, что при увеличении солевого стресса для растений концентрация фосфатидной кислоты в корнях также увеличивалась. Кроме того, исследователи также смогли определить место в корнях, где произошли изменения. «Поскольку датчик обнаруживает только так называемое биоактивное количество, мы можем сделать вывод, что обнаруженные нами изменения концентрации и распределения фосфатидной кислоты связаны с ее функцией сигнального вещества», - сказал Йорг Кудла. Следует помнить, что фосфатидная кислота также может играть роль в метаболических процессах и движениях клеточной мембраны.
С помощью своего нового метода ученые уже обнаружили, что активность определенного белка, синтезирующего фосфатидную кислоту, фосфолипазы D, важна для адаптации растений к солевому стрессу. Кроме того, это вещество, очевидно, тесно связано со значением pH клетки. «Наш метод уже предоставил нам фундаментальное новое понимание механизмов солеустойчивости растений», - говорит профессор Вэньхуа Чжан, ведущий автор исследования в Нанкинском университете в Китае.
Процедура должна быть применима к большинству растительных организмов, а также переноситься на клетки и организмы животных. На следующих этапах ученые намерены использовать датчик в других областях клеток и тканей, а также исследовать функциональные взаимодействия фосфатидной кислоты с другими веществами-мессенджерами.