Доктор. Минако Уэда, доктор Масакадзу Намбо из Института трансформирующих биомолекул (ITbM) Университета Нагоя и их коллеги сообщили в журнале Plant and Cell Physiology о разработке ряда триарилметановых соединений, которые были протестированы на растительных клетках. увидеть их влияние на деление клеток. С помощью визуализации живых клеток они смогли идентифицировать новое соединение триарилметана, которое может быстро ингибировать деление клеток в растительных клетках.
Они также обнаружили, что это новое соединение не влияет на клеточное деление клеток животных, и что деление клеток возобновляется в растительных клетках после удаления соединения. Способность контролировать клеточное деление в растительных клетках может быть эффективной в контроле роста растений. Таким образом, селективность и обратимость действия этого нового триарилметанового соединения на клеточное деление растительных клеток делает его хорошим кандидатом на роль агрохимиката.
Рост растений происходит за счет увеличения числа клеток путем клеточного деления с последующим увеличением клеток. Таким образом, считалось, что если есть способ контролировать деление клеток у растений, это приведет к контролю роста растений у ряда видов растений. Хотя в прошлом были исследованы различные соединения, которые могут контролировать клеточное деление растений, они в основном приводили к повреждению формы растения или необратимому ингибированию клеточного деления, несмотря на удаление соединений.
«В рамках междисциплинарной исследовательской инициативы ITbM мы решили искать новые соединения, которые могут ингибировать деление клеток в растениях, не причиняя им вреда», - говорит Минако Уэда, биолог растений и руководитель этого исследования.«Находясь в Mix Lab (специальные лаборатории, в которых смешаны исследователи из разных дисциплин) в ITbM, я смог поговорить с химиком-органиком Масакадзу Намбо, который предложил использовать триарилметановые соединения для ингибирования клеточного деления в растительных клетках», - продолжает она.
«В декабре 2013 года мы сообщили о новой каталитической реакции быстрого синтеза триарилметанов в 3 этапа из легкодоступных исходных материалов с использованием палладиевого катализатора», - говорит Масакадзу Намбо, химик-органик и еще один руководитель этого исследования. «Триарилметаны на самом деле раньше не использовались на растениях, но мы смогли визуализировать их влияние на клетки растений табака с помощью визуализации живых клеток. Мы начали это исследование около 3 лет назад, но нам посчастливилось идентифицировать триарилметановое соединение, которое может быстро ингибировать деление клеток в растениях», - продолжает он.
Триарилметаны представляют собой группу соединений, происходящих из метана (молекулы, состоящей из углерода с 4 присоединенными к нему атомами водорода) и состоящих из центра атома углерода с 3 арильными (ароматическими кольцевыми) группами и атомом водорода. Эту структуру можно найти в органических материалах, таких как красители и флуоресцентные зонды, а также в натуральных продуктах. Известно, что некоторые соединения, содержащие триарилметановую группу, проявляют противораковые свойства, и для изучения их биологической активности было синтезировано много новых соединений.
«Наша катализируемая палладием реакция последовательного арилирования оказалась очень полезной для быстрого синтеза различных триарилметанов, которые можно использовать для проверки их влияния на деление клеток в растениях», - говорит Намбо.
«Мы использовали клетку растения табака, прикрепленную к флуоресцентному зонду, чтобы визуализировать процесс клеточного деления», - говорит Уэда. «Мы добавили триарилметановые соединения к культивируемым клеткам и исследовали, произошло ли деление клеток, с помощью визуализации живых клеток в реальном времени».
В результате скрининга около 200 соединений мы обнаружили, что (3-фурил)дифенилметан (chem7), представляющий собой триарилметан, содержащий 2 фенильные группы, и фурил (5-членное ароматическое кольцо, содержащее 4 атома углерода и атом кислорода в кольце) оказывали сильное ингибирующее действие на деление растительных клеток», - говорит Уэда.
Когда фурильная часть была заменена другими ароматическими группами или когда одно из бензольных колец было удалено, активность ингибирования клеточного деления не наблюдалась, что позволяет предположить, что необходима триарилметановая структура, содержащая как бензольное, так и фурановое кольца. за их биологическую активность.
«Хотя у меня не было никаких проблем с работой с соединениями, непосредственно синтезированными химиками, я сначала был удивлен, получив соединения, которые не обязательно растворялись в растворителях, которые я использовал в своих биологических экспериментах», - говорит Уэда. «Было интересно тестировать новые соединения, и я был поражен скоростью, с которой синтезировались соединения. Скорость создания соединений была выше, чем скорость, с которой мы могли тестировать их на клетках».
Группа также проверила, может ли chem7 ингибировать деление клеток в других растениях или в других развивающихся тканях. Применяя chem7 к молодым семенам и корням модельного растения Arabidopsis thaliana, группа обнаружила, что в обеих тканях наблюдается быстрое ингибирование деления клеток.
«Мы увидели, что chem7 практически не влияет на форму клеток и тканей, таким образом, предполагая, что chem7 останавливает деление клеток в растительных клетках, но не вызывает серьезного повреждения формы», - описывает Уэда. «С помощью зообиологов мы обнаружили, что chem7 не оказывает влияния на почкующиеся дрожжи и клетки человека, что указывает на то, что chem7 не ингибирует клеточное деление клеток животных».
Клеточное деление состоит из нескольких фаз, включая M-фазу, когда клетки фактически делятся (M=митоз), S-фазу, когда ДНК копируется и готовится к делению (S=синтез), и G1/G2-фазу. между ними (G=промежуток). Эти фазы (клеточный цикл) повторяются, что приводит к делению клеток. Чтобы выяснить, на какую фазу на самом деле действует chem7, Уэда и ее команда использовали два флуоресцентных белка разных цветов, чтобы визуализировать процесс клеточных циклов в корне Arabidopsis thaliana. (Зеленый цвет указывает на фазу M, а красный - на фазы S и G2.)
«Поскольку корни Arabidopsis thaliana содержат клетки в разных фазах, можно было наблюдать разные фазы, показанные зеленым и красным цветом», - объясняет Уэда. «При добавлении chem7 к корням мы обнаружили, что существуют оба цвета, но область, содержащая флуоресцирующие клетки (ткани с высокой активностью клеточного деления), стала меньше».
Это указывает на то, что chem7 не нацелен на конкретную клеточную фазу растения, но проявляет клеточно-ингибирующую активность независимо от фазы. Группа пришла к выводу, что chem7 не вызывает серьезного повреждения формы клеток и тканей, поскольку способен быстро останавливать клеточную активность на любой клеточной фазе.
Кроме того, при смывании chem7 с корней и культивировании клеток, обработанных chem7, снова наблюдалось деление клеток, что указывает на то, что действие chem7 не является летальным.
«Благодаря сотрудничеству с химиками и биологами нам посчастливилось открыть новое соединение, которое может избирательно ингибировать деление растительных клеток независимо от клеточной фазы», - говорят Уэда и Намбо.«chem7 быстро останавливает деление клеток и рост растений, не вызывая серьезного повреждения формы или функций клеток».
Было приятно собраться вместе и обсудить исследования с людьми из разных областей исследований. В настоящее время мы проводим дальнейшие исследования для создания новых соединений, которые могут быстро и обратимо контролировать рост растений, не причиняя вреда людям и бактерии в окружающей среде, которые потенциально могут работать как агрохимикаты», - говорят они.