Miłosz Ruszkowski Badania strukturalne i biochemiczne białek

Miłosz Ruszkowski
Badania strukturalne i biochemiczne białek zaangażowanych w regulację sygnałów
hormonalnych u roślin.
Prezentowana rozprawa doktorska opisuje badania kilku białek zaangażowanych w
przekazywanie sygnału hormonalnego u roślin oraz białka wiążącego cytokininy. Źródłem
badanych białek jest Medicago truncatula, modelowa roślina bobowata (motylkowata).
Rośliny bobowate charakteryzuje szczególny rodzaj symbiozy z bakteriami wiążącymi azot w
brodawkach korzeniowych. Bobowate i prowadzone przez nie brodawkowanie są ważne w
kontekście przedstawionych wyników. Badania białek były przeprowadzone głównie za
pomocą krystalografii rentgenowskiej, a otrzymane wyniki są poparte dodatkowymi
eksperymentami.
Znaczna część pracy dotyczy białek zaangażowanych w transdukcję sygnału hormonalnego u
roślin. Pierwszym opisanym białkiem jest białko zawierające histydynę transferujące fosforan
1 (MtHPt1, ang. histidine-containing phosphotransfer protein). Jego struktura krystaliczna
została rozwiązana z wysoką rozdzielczością (1.45 Å). Ogólny zwój białka jest podobny do
innych roślinnych HPt. Wiele różnic natomiast opisano w porównaniu z białkami z tej
rodziny pochodzącymi z innych królestw. Model MtHPt1 to, jak dotychczas, jedyne roślinne
białko tego typu, którego aktywność została poparta badaniami in vitro. W tym miejscu
warto wspomnieć o wewnątrzkomórkowej części receptora cytokinin (MtCRE1’) który został
wyprodukowany jako rekombinowane białko również w zakresie tej rozprawy doktorskiej.
MtCRE1’ zostało z sukcesem użyte do dowiedzenia biologicznego znaczenia białka MtHPt1.
Obserwacja, że MtHPt1 może być aktywowane przez MtCRE1’, w obecności ATP,
potwierdza, że MtHPt1 jest składnikiem kaskady przekazywania sygnały inicjowanego przez
cytokininy. Rozwiązanie trójwymiarowej struktury MtCRE1’ pozostaje kolejnym celem
badawczym, ponieważ mimo dużego nakładu pracy nie udało się tego dokonać. Inne białko z
tej samej rodziny (MtHPt2) było również badane w ramach tej rozprawy. Struktura
krystaliczna tego białka została rozwiązana przy wykorzystaniu danych dyfrakcyjnych o
subatomowej rozdzielczości (0.92 Å). Tak wysokiej jakości dane są bardzo rzadko
otrzymywane w krystalografii makrocząsteczek, a przedstawiony model został udokładniony
do jednej z najwyższych rozdzielczości, jakie osiągnięto dla białek roślinnych. Pytanie jednak
pozostaje w jakiej kaskadzie transferu fosforanu to białko uczestniczy.
Ważnym obiektem prezentowanej rozprawy jest także Nodulina 13 (MtN13). Białko to
występuje wyłącznie w korze brodawek korzeniowych (Gamas et al., 1998). Jest ono
znacznikiem (markerem) brodawkowania, jednak jego dokładna funkcja pozostaje nieodkryta.
MtN13 należy do rodziny białek związanych z patogenezą klasy 10 (PR-10, ang.
pathogenesis-related class 10). Ta praca opisuje oddziaływanie białka MtN13 z cytokininami,
które natomiast są zaangażowane w brodawkowanie roślin bobowatych. Dwie niezwykle
ciekawe obserwacje odnotowano podczas badań strukturalnych MtN13. Po pierwsze, białko
to potrafi wiązać rożne cytokininy pochodzenia naturalnego w zachowawczy i najwyraźniej
specyficzny sposób. Tego typu specyficzność nie została nigdy wcześniej zaobserwowana dla
białek klasy PR-10. Jedynym przykładem białka, które tak ściśle wiąże cytokininy, jest
zewnątrzkomórkowa część receptora tych fitohormonów (opisana dla A. thaliana). Po drugie,
wiązanie cytokinin przez MtN13 jest ściśle związane z dimeryzacją tego białka. Mianowicie
pętla z jednej cząsteczki białka tworzy wiązanie z hormonem związanym w drugiej
podjednostce dimeru. Pętle są wzajemnie wymienione pomiędzy cząsteczkami białka, więc
dimer zawiera dwie cząsteczki białka i dwie hormonu. Te wyniki są niezwykle interesujące
szczególne w kontekście brodawkowania roślin bobowatych. Spekulując, MtN13 może mieć
wpływ na molekularne szlaki brodawkowania poprzez regulację stężenia dostępnych
cytokinin. Jednakże rozległe badania in planta są wymagane by zweryfikować taką hipotezę.