Ученые, изучающие биохимию растений в Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США, недавно сделали удивительное открытие: они обнаружили, что белок, который запускает синтез масла, также активирует белок, который тормозит тот же процесс. В статье, только что опубликованной в журнале «Физиология растений», они описывают, как эта, казалось бы, парадоксальная система обеспечивает идеальный баланс предшественников масла для удовлетворения потребностей растений.
«Сначала мы были удивлены нашим открытием, что сигнальный белок, который включает путь синтеза масла, также выключает выключатель», - сказал биохимик Брукхейвенской лаборатории Джон Шанклин, который руководил исследованием.
Но после дальнейшего расследования это обрело смысл. Жирные кислоты - предшественники масел - могут быть токсичными, если их накапливать. Если уровни превышают потребности клетки в производстве липидных компонентов мембран или масел, клеткам нужен способ остановить производство.
Ключ в том, что выключатель, белок, известный как BADC, является «условным ингибитором», сказал Шанклин. Он тормозит только при высоком уровне свободных жирных кислот.
Эта работа может продвинуть усилия команды по поиску новых способов контроля производства нефти на заводах с целью производства топлива или других полезных продуктов.
Собираем кусочки воедино
Новое исследование основано на предыдущей работе группы Шанклина. Одно из этих исследований показало, что BADC реализует свой механизм торможения, внедряясь в ключевой фермент, участвующий в производстве жирных кислот, ACCase..
«Нам было интересно узнать больше о белках BADC и о том, как регулируются гены этих белков», - сказал Шанклин.
В другом исследовании команда изучила детали сигнального белка, известного как WRINKLED1, который включает ферменты для синтеза жирных кислот, включая части АССазы, и, следовательно, служит переключателем пути синтеза масла..
У ученых не было особых причин подозревать прямую связь между WRI1 (включатель) и BADC (выключатель), пока ведущие авторы Хуэй Лю и Чжиян Чжай не обнаружили, что растения с мутациями в генах любого белка имели необычно короткие корни.
«Было бы легко не заметить эту связь как совпадение, но наблюдение Лю и Чжай оказалось центральным в обнаруженном нами механизме», - сказал Шанклин.
Дальнейшее исследование показало, что аберрантные уровни гормонов, наблюдаемые в корнях мутанта WRI1, были такими же, как и в корнях мутанта BADC. Более тщательное биохимико-генетическое исследование привело команду к выводу, что оба белка действительно связаны с этим дефектом роста, что побудило их к дальнейшему изучению этой связи.
Работая с коллегой из Брукхейвена Йоргом Швендером, они показали, что переключатель WRI1 тесно связан с геном BADC, что позволяет ему включаться. Они подтвердили эту связь, показав, что добавление большего количества BADC к мутанту WRI1 приводит к увеличению длины корней.
Ключевым моментом является то, что наличие переключателя включения, включающего гены переключателя выключения, не обязательно выключает синтез жирных кислот. Это просто дает клетке возможность отключить синтез, если уровень жирных кислот становится слишком высоким. И чем больше WRI1 увеличивает выработку жирных кислот, тем больше клетка должна увеличивать BADC, чтобы иметь возможность остановить этот процесс.
«Это все равно, что дать более быстрой машине большие тормоза, которые ей понадобятся, чтобы остановиться, если олень выбежит на дорогу», - сказал Шанклин.
«Изготовление большого количества мембран или масла будет поддерживать низкий уровень жирных кислот, и тормозная система BADC не понадобится», - объяснил Шанклин. «Только когда производство превышает спрос и накапливаются жирные кислоты, необходимо применять тормоза».
В настоящее время ученые проводят дальнейшие биохимические исследования, чтобы выяснить, как повышенное содержание свободных жирных кислот вызывает вставку BADC в ACCase, чтобы затормозить.