CC BY
111
https://doi.org/l0.17816/ecogen17243-54
РОЛЬ ГЕТЕРОТРИМЕРНЫХ G-БЕЛКОВ В СИГНАЛЬНОЙ РЕГУЛЯЦИИ У РАСТЕНИЙ
© А.Д. Бовин, Е.А. Долгих
ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии», Санкт-Петербург
Для цитирования: Бовин А.Д., Долгих Е.А. Роль гетеротримерных G-белков в сигнальной регуляции у растений // Экологическая генетика. — 2019. - Т. 17. - № 2. - С. 43-54. https://doi.org/l0.17816/ecogen17243-54.
Поступила: 26.11.2018 Одобрена: 20.02.2019 Принята: 18.06.2019
& Гетеротримерные G-белки животных и грибов являются одними из хорошо известных регуляторов сигнальных путей. Исследования на растениях показали, что в регуляцию многих процессов у них могут быть вовлечены G-белки. G-белки принимают участие в гормональной регуляции, контроле пролиферации клеток, ответе на абиотические факторы, контроле биотических взаимодействий и др. Оказалось, что при меньшем разнообразии субъединиц G-белки растений проявляют большее разнообразие механизмов активации и передачи сигналов. Однако для большинства процессов механизмы работы гетеротримерных G-белков еще малоизучены. Настоящий обзор посвящен анализу современных представлений о строении и функционировании гетеротримерных G-белков растений.
& Ключевые слова: гетеротримерные G-белки; растения; рецепторы; передача сигнала.
ROLE OF THE PLANT HETEROTRIMERIC G-PROTEINS IN THE SIGNAL PATHWAYS REGULATION
© A.D. Bovin, E.A. Dolgikh
All-Russia Research Institute for Agricultural Microbiology, Saint Petersburg, Russia
For citation: Bovin AD, Dolgikh EA. Role of the plant heterotrimeric G-proteins in the signal pathways regulation. Ecological genetics. 2019;17(2):43-54. https://doi.org/10.17816/ecogen17243-54.
Received: 26.11.2018 Revised: 20.02.2019 Accepted: 18.06.2019
& Animal and fungal heterotrimeric G-proteins are among the well-known regulators of signaling pathways. Plant studies have shown that G-proteins may also be involved in the regulation of many processes. G-proteins are involved in hormonal regulation, control of cell proliferation, response to abiotic factors, control of biotic interactions and many others. It turned out that with a smaller variety of subunits, G-proteins of plants can have a greater variety of mechanisms for activating and transmitting signals. However, for most processes in plants the mechanisms of operation of heterotrimeric G-proteins remain poorly understood. This review is devoted to the analysis of modern ideas about the structure and functioning of heterotrimeric plant G proteins.
& Keywords: heterotrimeric GTP-Binding proteins; plants; receptors; signal transduction.
ВВЕДЕНИЕ
Значительный интерес к изучению гетеротримерных О-белков (от англ. 0-рго1ет) обусловлен их способностью контролировать самые разнообразные процессы (рост и развитие, метаболизм, ответные реакции на действие биотических и абиотических факторов и др.), которая осуществляется благодаря взаимодействию гетеротримерных О-белков с различными рецепторами. В связи с этим гетеротримерные О-бел-ки хорошо известны как участники сигнальных путей у эукариот.
Свое название О-белки получили из-за способности связывать гуаниновые нуклеотиды (ГТФ или ГДФ), что приводит к изменению их активности. Принято выделять гетеротримерные О-белки, которые формируют комплекс, состоящий из а-, в- и у-субъединиц. Кроме того, отдельный класс представляют мономерные малые О-белки, обладающие способностью гидролизовать
ГТФ (ГТФазы). Малые О-белки имеют молекулярную массу около 20—25 кДа, а их единственная полипептидная цепь гомологична а-субъединице гетеротримерных О-белков. Обе группы О-белков участвуют во внутриклеточной сигнализации, но данный обзор будет посвящен изучению гетеротримерных О-белков.
Несмотря на то что гетеротримерные О-белки являются, по-видимому, универсальными сигнальными регуляторами у всех эукариот, большая часть исследований по О-белкам была посвящена изучению их участия в процессах, протекающих у человека и животных [1].
В 90-е гг. с помощью ингибиторов и агонистов ге-теротримерных О-белков было впервые показано их присутствие и функционирование в растениях [2—5]. В этих работах было установлено участие гетеротри-мерных О-белков в ответе растений на действие многих фитогормонов, развитии реакции на свет и других про-
цессах [6—9]. Было выявлено несколько мутантов, дефектных по отдельным субъединицам гетеротримерных G-белков, что позволило детально изучить особенности строения G-белков у растений [10, 11]. Несколько позже была показана роль G-белков в контроле биотических взаимоотношений растений и микроорганизмов — защите от патогенов [12—14] и развитии сим-биотических взаимоотношений [15—19]. В связи с тем что данные взаимодействия растений представляют значительный практический интерес, изучение возможных механизмов регуляции устойчивости или, напротив, восприимчивости растений к различным микроорганизмам с участием гетеротримерных G-белков имеет большое значение. Однако механизмы функционирования сигнальных путей с участием гетеротримерных G-белков у растений изучены недостаточно.
СТРУКТУРА И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ ГЕТЕРОТРИМЕРНЫХ G-БЕЛКОВ
Строение и активация гетеротримерного G-белка
У животных G-белок в неактивном состоянии формирует гетеротримерный комплекс из а-, в- и у-субъединиц, ассоциированных с мембраной (рис. 1, а) [20]. В неактивном состоянии а-субъединица ассоциирована с ГДФ (гуанозиндифосфатом) [21]. Весь комплекс соединен с GPCR-рецептором (от англ. G-protein coupled receptor — рецептор, сопряженный с G-белком). Отличительной структурной особенностью GPCR-рецептора является присутствие семи трансмембранных доменов в его составе.
При связывании лиганда активируется GPCR, и в этом случае рецептор стимулирует обмен гуа-ниновых нуклеотидов на а-субъединице (выступает в качестве фактора обмена нуклеотидов, от англ. Guanine nucleotide exchange factor, GEF), что выражается в отсоединении ГДФ и присоединении ГТФ. При этом происходит активация компонентов комплекса из-за конформационных изменений в присутствии нуклеотида. Это приводит к диссоциации комплекса на а-субъединицу и в-, у-субъединицы, последние вы-
ступают в роли мессенджеров, проводящих сигнал далее (см. рис. 1, а). После активации а-субъединица, будучи ГТФазой, катализирует гидролиз ГТФ до ГДФ, что переводит ее в неактивное состояние, и комплекс из а-, в- и у-субъединиц вновь собирается [22]. Особое значение имеет растворимый белок RGS — регулятор сигнального пути, активируемого G-белком (от англ. regulator of G-protein signaling, RGS) (см. рис. 1, а). Данные белки у животных локализованы в цитоплазме и характеризуются наличием так называемого RGS-мотива, который необходим для узнавания а-субъединицы. Белки RGS усиливают гидролиз ГТФ до ГДФ у а-субъединиц, регулируя тем самым интенсивность и продолжительность действия гетеротримерного G-белка (стимулируя сборку комплекса а-, в-и у-субъединиц) [23].
Гетеротримерные G-белки обнаружены и у грибов [25—29]. Наиболее подробно изучены они у представителей групп Ascomycota, Basidiomycota и Zygomycota. У грибов выявлены GPCR-рецепторы с семью трансмембранными доменами [25], которые на основании структурно-функциональной гомологии близки GPCR животных [29]. Однако для гетеротри-мерных G-белков грибов характерно меньшее разнообразие а-, в- и у-субъединиц по сравнению с животными.
Сходное влияние GPCR-рецепторов на гетеротримерные G-белки позволяет судить об эволюционном родстве сигнальных путей с участием этих регуляторов у животных и грибов [30]. У грибов также выявлен цитоплазматический RGS-белок, влияющий на инактивацию а-субъединицы. Вместе с тем у них обнаружены и уникальные RGS-белки [31] c семью трансмембранными доменами. Сходные по структуре RGS-белки были выявлены также у растений [32] и будут рассмотрены ниже. Это указывает на наличие разнообразных путей передачи сигнала с участием гетеротримерных G-белков у грибов.
За прошедшие два десятилетия были проведены исследования, которые позволили изучить особен-
а б в
Рис. 1. Сравнение путей активации гетеротримерных О-белков у животных (а) и растений (б, в); б — ЯОБ-зависимый путь активации, в — ЯОБ-независимый путь активации (по [24], с изменениями)
ности структурной организации гетеротримерных G-белков и их функционирования у растений. Следует отметить, что единичные GPCR-подобные белки были выявлены у отдельных растений. В частности, у арабидопсиса обнаружен белок GCR1, имеющий семь трансмембранных доменов, что показывает его сходство с GPCR животных [1]. Однако у GCRl-ре-цептора способность стимулировать обмен нуклео-тидов у субъединиц G-белка не обнаружена, что ставит под сомнение его функциональную активность [1, 24, 33].
Вместе с тем у растений выявлен уникальный регулятор — белок RGS, который в отличие от RGS животных помимо RGS-мотива имеет семь трансмембранных доменов, так же как и GPCR-рецептор животных и грибов [32]. Из-за сходства строения трансмембранных доменов первоначально предполагали, что RGS растений может играть роль GPCR-рецептора, однако в дальнейшем это не подтвердилось [1, 24].
В неактивном состоянии в комплексе с RGS находятся a-, ß- и у-субъединицы гетеротримерного G-бел-ка (рис. 1, б). В отличие от животных, a-субъединица растений, помимо присущей ей ГТФазной активности, способна самопроизвольно обменивать ГДФ на ГТФ (спонтанная активация без участия GEF) [34]. Однако под влиянием RGS a-субъединица действует преимущественно как ГТФаза, которая осуществляет гидролиз ГТФ до ГДФ, поддерживая неактивное состояние гетеротримерного G-белка (см. рис. 1, б) [35]. При активации RGS гидролиз ГТФ в a-субъединице прекращается, что приводит к ее активации, распаду гетеротримерного комплекса на a-, ß- и у-субъединицы и дальнейшему проведению сигнала, а сам RGS претерпевает эндоци-тоз (см. рис. 1, б) [36].
Таким образом, несмотря на структурные различия, биохимическая активность RGS у животных и растений сходна. В составе комплекса RGS выполняет функцию стимулятора гидролиза ГТФ a-субъединицей, в то время как GPCR у животных стимулирует обмен ГДФ на ГТФ (выполняет функцию GEF), активируя a-субъединицу. Несмотря на структурное сходство между RGS и GPCR, функциональной аналогии между этими классами белков обнаружено не было. В связи с этим RGS не играет роли GPCR в растениях [1, 24].
Следует отметить, что координация активности G-бел-ков растений может осуществляться как через RGS, так и непосредственно самими рецепторами к разным лиган-дам и связанными с ними внутриклеточными регуляторами (рис. 1, в). В этих случаях не требуются белки RGS и сигнал поступает непосредственно от мембранного рецептора. Это было показано на примере Arabidopsis thaliana для атипичной большой a-субъединицы AtXLG2, c которой взаимодействует комплекс рецепторов At FLS2 и AtBAK1 к белку жгутика бактерий флагел-
лину. При взаимодействии комплекса AtFLS2/AtBAK1 с активным эпитопом флагеллина (пептидом flg22) активируется внутриклеточная протеинкиназа At BIK1, которая фосфорилирует большую a-субъединицу AtXLG2 гетеротримерного G-белка и связанную с ним НАДФН-оксидазу AtRBOH (см. рис. 1, в). Это способствует диссоциации гетеротримерного G-белка и проведению сигнала, регулирующего неспецифический иммунный ответ у арабидопсиса (см. рис. 1, в) [12].
Аналогичный механизм обнаружен и при рецепции хитоолигосахаридов, которые являются сигнальными молекулами для LysM-рецептор-подобной кина-зы (LysM-РПК) AtCERK1. С помощью разделенного на N- и C-концевые части убиквитина (от англ. split-ubiquitin assay) и бимолекулярной флуоресцентной комплементации (от англ. bimolecular fluorescence complementation, BiFC) было показано, что активированная LysM-РПК At CERK1 способна взаимодействовать с a-субъединицей G-белка (AtGPA1), что, вероятно, приводит к ее фосфорилированию, диссоциации комплекса субъединиц G-белка и передаче сигнала в клетку [19].
Особую роль RGS-независимый путь передачи сигнала с участием гетеротримерных G-белков играет, по-видимому, у однодольных растений. Несмотря на то что белки RGS обнаружены у всех изученных двудольных растений, они утеряны у большинства однодольных, за исключением единичных видов (среди них просо Setaria italica и пальма Phoenix dactylifera) [34, 37].
На основании анализа литературных данных можно сделать вывод, что классические представления о принципе работы гетеротримерных G-белков в клетках животных и грибов существенно отличаются от того, как организованы и функционируют эти белки у растений. Сравнительная схема путей активации гетеротримерных G-белков представлена на рис. 1.
Разнообразие субъединичного состава G-белков
В 2001 г. была проведена работа по созданию 30-моделей a-, ß- и у-субъединиц G-белка у растений. Авторы сравнили полученные модели с аналогичными структурами уже хорошо изученных субъединиц гетеротримерных G-белков у животных и сделали вывод о сходстве их структурной организации [38].
G-белки у растений отличаются малой вариабельностью субъединиц по сравнению с животными. В то время как у человека обнаружены 23 варианта a-субъединиц, 5 вариантов ß-субъединиц и 12 вариантов у-субъединиц, у A. thaliana присутствует всего одна каноничная a-субъединица (At GPA1), три варианта неканоничных (от англ. extra-large G-protein alpha, XLG) a-субъединиц (AtXLG1, At XLG2, At XLG3), одна ß-субъединица (AtAGB1) и три варианта у-субъединиц (AtAGG1, AtAGG2, AtAGG3) G-бел-
Рис. 2. Схема организации субъединиц гетеротримерных О-белков и растений. Даны обозначения соответствующих генов и номера последовательностей в базах данных для некоторых модельных растений. Приведена масштабная линейка, соответствующая 100 аминокислотным остаткам. ТМ — трансмембранный домен; СааХ — домен пренилирования (по [24], с изменениями)
Структурная схема A. thaliana Гены Z. mays O. sativa
Got Ras-like домен а-спиральный пальмитоили в домен { рование миристоили-рование GPA1 At2g26300 COMPACT PLANT2 GRMZM2g064732 RGA1 „daikoku dwarf 1" 0s05g0333200
XLGs —т— ^^т XLG1 AI2g23460 XLG2 At4g34390 ZmXLGI GRMZM2g01S85& ZmXLG2 GRMZM2g429113 OsXLGI 0s12g0593000 OSXLG2 Osl 1 g0206700
цистеинбогатый Ras-like — а-спиральный г ^ домен домен " домен сигнал ядерной локализации XLG3 At1g31930 ZmXLG3 GRMZM2g127739 OsXLG3 0s06g111400
6 ; . , . „о „о „о „о „о „о „о
РаБ-Пке повторы
в домен „о ШР40
AGB1
At4g34460
ZmRGBI
<3RMZM2g045314
RGB1
0s03g<®69200
Gy
Type A
AGG1
At3g63420
AGG2
A13922942
ZmRGGI
GRMZM2Q015578
RGG1
0s03g0635100
Туре В
ZmRGG2
GRMZM6g935329
RGG2
OS02G0137800
Туре С
AGG3
At3g63420
ZmGS3
GRMZM2g139S78
ZmDEP1-1
GRMZM2g001660
ZmDEP1-2
GRMZM23172320
ZmDEP1-3
GRMZM2g028726
гамма- ] Ш домен Ф
цистеинбогатый t сигнал ядерной I I локализации
СааХ- тм_ мотив домен
GS3
OS03G0407400
DEP1
Os09G0441900
RGS
AIRGS1
At3g26090
домен домен 100 ак_
ТМ-
RGS-
ка (см. рис. 2) [24]. Схемы организации субъединиц гетеротримерных О-белков приведены на рис. 2.
Отметим, что в составе ХЬО и некоторых у-субъединиц обнаружены сигналы ядерной локализации. Можно предположить, что данные участники могут являться непосредственными передатчиками сигнала от мембранных рецепторов в ядро.
ПЕРЕДАЧА СИГНАЛА ОТ ГЕТЕРОТРИМЕРНОГО G-БЕЛКА У ЖИВОТНЫХ И ГРИБОВ
Гетеротримерные О-белки как участники внутриклеточных путей передачи сигнала должны не только воспринимать сигнал от активированного рецептора, но и передавать его другим компонентам пути. Для животных О-белков в достаточной мере определен круг возможных «мишеней», которые активируют субъединицы гетеротримерных О-белков. Одной из первых открытых внутриклеточных «мишеней» стал фермент аденилатциклаза, который необходим для синтеза вторичного посредника — циклического аденозинмоно-
фосфата (цАМФ) [39]. С аденилатциклазой взаимодействуют различные а-субъединицы, а также некоторые комплексы в- и у-субъединиц, при этом одни из них активируют синтез цАМФ, а другие подавляют [40]. Кроме того, О-белки могут регулировать ферменты с противоположной функцией — цГМФ-фосфодиэс-теразы, которые разрушают фосфодиэфирные связи в цГМФ [41].
Фосфолипазы С и Э, участвующие в гидролизе мембранных фосфолипидов и определяющие синтез вторичных мессенджеров инозитол-3-фосфата (ИФ3), диацил-глицерола (ДАГ) и фосфатидной кислоты (ФК), также служат мишенью действия а-, в- и у-субъединиц гетеротримерных О-белков. У животных образование комплекса с а-субъединицей повышает активность фосфо-липаз в сотни раз, при этом контакт происходит через несколько сайтов фосфолипазы С (в связывании участвуют два кальций-связывающих БР-домена и участок между С2- и Т1М-доменами). Наиболее важным сайтом взаимодействия фосфолипазы С с в- и у-субъединицами
■Рецепторный ■ комплекс
-Г
\
rüKj
?
RACKl
Рис. 3. Интеграция гетеротримерных G-белков, MAP-киназ со scaffold-белком RACK1 и малой ГTФазой Rac1 в сигнальных путях
является PH-домен. Зачастую регуляция активности фосфолипаз С с помощью субъединиц гетеротримерных G-белков осуществляется опосредованно через малые ГТФазы [41, 42].
ИФ3 важен для регуляции кальциевого обмена в животных клетках. Рецептором к ИФ3 служит кальциевый канал, находящийся в мембране эндоплазматического ретикулума. Эти каналы могут содержать и сайты связывания других вторичных мессенджеров, например, для циклических нуклеотидов, которые также могут регулироваться гетеротримерными G-белками [43].
Другими мишенями действия гетеротримерных G-белков являются внутриклеточные кина-зы. Особый интерес представляют MAP-кина-зы (от англ. mitogen-activated protein kinase). Многие MAP-киназы собраны на scaffold-белках, и регулируются как сами MAP-киназы, так и scaffold-белки (см. рис. 3) [44].
У грибов гетеротримерные G-белки активируют преимущественно два типа сигнальных регуляторов — аде-нилатциклазы и MAP-киназы. При этом а-субъединицы активируют оба пути, а для комплекса в- и у-субъединиц показана роль в активации MAP-киназного пути [26]. В целом можно сказать, что сигнальные пути с участием гетеротримерных G-белков у грибов структурно и функционально ближе к таковым у животных. Не случайно в дрожжах хорошо разработана система изучения GPCR и соответствующих G-белков человека с целью изучения лекарственных веществ [45].
МЕХАНИЗМЫ ПЕРЕДАЧИ СИГНАЛА ОТ ГЕТЕРОТРИМЕРНОГО G-БЕЛКА К ВНУТРИКЛЕТОЧНЫМ РЕГУЛЯТОРАМ У РАСТЕНИЙ
Растительные и животные гетеротримерные G-бел-ки имеют в целом сходный круг регулируемых мишеней. Однако многие из них почти не изучены. Например, аденилатциклазы изучены у растений крайне слабо. При этом в формировании цАМФ могут участвовать мембранные и цитоплазматические аденилатциклазы растений [46]. Биоинформационный анализ показывает,
что у растений специфичные для аденилатциклаз мотивы могут присутствовать в составе других белков [47]. Например, пять растительных белков у арабидопсиса обладают такими мотивами, среди них мембранный белок At KUP7, ответственный за транспорт калия в клетку. У кукурузы выявлен белок ZmPSiP, регулирующий прорастание пыльцевой трубки [47], а также некоторые другие белки. Аналогичную ситуацию наблюдали и с ферментами, синтезирующими цГМФ — гуанилат-циклазами [48]. Характер взаимодействия таких белков с гетеротримерными G-белками у растений еще предстоит выяснить.
Фосфолипазы
Связь между активацией G-белков и работой фосфолипаз С и D, контролирующих появление вторичных липидных мессенджеров ИФ3, ДАГ и ФК, была установлена при изучении сигнальной регуляции симбиоза между растениями и ризобиальными бактериями. Hartog et al. [49] обнаружили, что при обработке аго-нистом G-белков мастопараном в корнях Vicia sativa повышался уровень ДАГ и ФК, что стало одним из первых доказательств участия гетеротримерных G-белков и фосфолипаз С и D в данном сигнальном пути.
Были получены доказательства прямого взаимодействия G-белка и фосфолипазы C у Lillium davidii [50], согласно которым две фосфолипазы С (Ld PLC1 и LdPLC2) могут образовывать комплексы с активированной а-субъединицей, что соответствует модели регуляции фосфолипаз С у животных. Однако механизмы активации фосфолипаз С G-белками до настоящего времени не выяснены.
Если у животных фосфолипазы D не играют существенной роли во взаимодействии с гетеротримерными G-белками, то у растений эти ферменты участвуют в передаче сигнала. Было показано, что у A. thaliana а-субъединица гетеротри-мерного G-белка (AtGPAl) взаимодействует с фосфо-липазой D, связываясь с DRY-мотивом [51]. Вероятно, AtGPAl может связываться с несколькими фосфолипа-
зами D, поскольку DRY-мотивами обладали несколько семейств фосфолипаз D (а, в, у (кроме у2) и е). В неактивном состоянии AtGPA1 связана с фосфолипазой D, тогда как активация этой а-субъединицы может приводить к диссоциации с фосфолипазой D, что стимулирует образование ДАГ и ФК.
В 2016 г. авторы Choudhury и Pandey [17], изучая передачу сигнала с помощью гетеротримерных G-бел-ков при симбиозе растений с азотфиксирующими бактериями, с помощью метода коиммунопреципитации продемонстрировали, что фосфолипаза D а1 входит в состав сложного сигнального комплекса, в который входили также а-, в- и у-субъединицы G-белка и RGS. При активации этого комплекса а-субъединица связывается с ГТФ, что приводит к диссоциации с фосфоли-пазой D, которая катализирует образование ДАГ и ФК.
Интересно, что фосфолипазы D семейств а, в, Y и е имеют С2-мотив, изменяющий активность фермента в ответ на изменение концентрации кальция [52], что, вероятно, позволяет ферменту воспринимать сигналы от гетеротримерных G-белков и кальция как вторичного мессенджера и интегрировать их.
Цитоплазматические протеинкиназы и малые ГТФазы
Как было отмечено выше, у животных и грибов хорошо изучена связь между активацией гетеротример-ных G-белков и передачей сигнала к MAP-киназам. Эксперименты на растениях позволили показать, что компоненты MAP-киназного пути (MAP-киназа кина-зы киназы (MAPKKK), MAP-киназа киназы (MAPKK) и MAP-киназа (MAPK)) могут быть активированы G-белками. Например, у арабидопсиса в процессе передачи сигнала от рецептора AtFLS2 при иммунном ответе участвует в-субъединица G-белка, которая активирует цитоплазматическую протеинкиназу RACK1. RACK1 непосредственно взаимодействует с компонентами MAP-киназного пути — MAPKKK (MEKK1), MAPKK (MKK4/5) и MAPK (MPK3/6) [53], являясь scaffold-белком (см. рис. 3). Вероятно, активация RACK1 обусловливает дальнейшую передачу сигнала с помощью МАР-киназ. Сходным образом на ранних стадиях эмбриогенеза у A. thaliana G-белки могут активировать МАР-киназы, в частности, показано взаимодействие в-субъединицы G-белка с MAP-киназой киназы 4/5 (MPKK4/5) [54].
Участие гетеротримерного G-белка в передаче сигнала с участием RACK1 и малой ГТФазы Rac1 установлено и у риса при развитии иммунных реакций [55]. Малая ГТФаза Rac1 может также активироваться а-субъединицей гетеротримерного G-белка при иммунном ответе у риса при заражении фитопатогенным грибом Magnaporthe grisea [56]. Однако экспериментальных данных о непосредственном взаимодействии Rac1 с а-субъединицей гетеротримерного G-белка получено не было. Остается неясным, происходит ли прямое
взаимодействие гетеротримерного G-белка с малыми ГТФазами, или это осуществляется опосредованно.
РЕГУЛЯЦИЯ ОБРАЗОВАНИЯ АКТИВНЫХ ФОРМ КИСЛОРОДА
У растений гетеротримерные G-белки принимают участие в контроле образования активных форм кислорода (АФК) с помощью НАДФН-оксидаз. Образование АФК ферментами НАДФН-оксидазами играет важную роль в развитии иммунных реакций при взаимодействии растений с фитопатогенами. Эти процессы у растений и животных сходны [57, 58]. Следует отметить, что активация НАДФН-оксидаз под влиянием гетеротримерных G-белков может происходить как в результате непосредственного взаимодействия субъединиц G-белка с НАДФН-оксцдазами, так и в результате взаимодействия этих субъединиц с другими регуляторами — малой ГТФазой Rac1 [59], протеинкиназами [60], кальцием и кальций-зависимыми киназами [61]. Как было отмечено выше, эти регуляторы тесно связаны с гетеротримерными G-белками.
Наиболее полно передача внутриклеточных сигналов с синтезом АФК изучена на примере ответа растений на абсцизовую кислоту (АБК). АБК задействована в различных процессах, протекающих у растений, таких как регуляция покоя семян и почек, процессов транспирации, при формировании гетерофилии и т. д. [62]. Было показано, что мутанты по генам, кодирующим субъединицы гетеротримерных G-белков, имеют нарушения, связанные с восприятием АБК. Эти данные позволяют предположить, что G-белки являются важными участниками рецепции и ответа растений на АБК. У мутантов A. thaliana gpal, agb1, agg3 (имеющих дефекты в генах, кодирующих a1-, ß1-и у3-субъединицы G-белка соответственно) обнаружено подавление АБК-зависимого закрытия устьиц, которое авторы объясняют опосредованным влиянием G-белков на работу ионных каналов [63, 64]. При этом мутанты agg1, agg2 и двойной мутант agg1 agg2 (дефектные по генам, кодирующим у1- и у2-субъединицы G-белка) не имели подобных нарушений чувствительности к АБК.
Для ионных каналов, участвующих в АБК-зависи-мом закрытии устьиц, показана регуляция через кальций-зависимый и кальций-независимый пути [65—68]. В первом случае ионными каналами управляет проте-инкиназа OST1, а во втором — кальций/кальмодулин-зависимые киназы. В отсутствие АБК OST1 находится под негативным контролем протеинфосфатазы 2С (PP2C), которая подавляет активность этой протеинки-назы [69]. При взаимодействии АБК с рецептором подавляется активность PP2C, что приводит к активации OST1. Недавно было установлено, что протеинфосфа-таза PP2C взаимодействует с ß-субъединицей гетеротримерного G-белка [70]. Помимо прямой регуляции
ионных каналов, протеинкиназа OST1 и кальций/каль-модулинзависимые киназы стимулируют НАДФН-окси-дазу, контролирующую синтез АФК, что также влияет на работу ионных каналов [71].
РЕГУЛЯЦИЯ БИОТИЧЕСКИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ РАСТЕНИЙ И МИКРООРГАНИЗМОВ
Гетеротримерные G-белки принимают участие в контроле биотических взаимодействий растений, в частности, в развитии устойчивости растений при узнавании фитопатогенов, а также при формировании симбиотических взаимоотношений с ризобиями.
Выше был рассмотрен принцип работы рецепторно-го комплекса AtFLS2/AtBAK1 к флагеллину у араби-допсиса, который активирует внутриклеточную киназу AtBIK1, непосредственно фосфорилирующую атипичную субъединицу G-белка AtXLG2, что приводит к передаче сигнала в клетке (рис. 1, в) [24]. В работе Tunc-Ozdemir и Jones [72] с использованием методики Förster Resonance Energy Transfer (FRET) была изучена работа негативного регулятора иммунного ответа рецептор-подобной киназы AtBIR1, которая также взаимодействует с рецепторами к флагеллину AtFLS2 и AtBAK1 у ара-бидопсиса. Было показано, что в неактивном состоянии отдельно от рецепторов At FLS2/At BAK1 находится комплекс AtRGS1 c каноничными a-, ß- и у-субъединицами гетеротримерного G-белка, соединенный с AtBIR1. После обработки пептидом flg22, активации рецепторов AtFLS2/AtBAK1 и передачи сигнала с участием AtBIK1 через некоторое время также происходит взаимодействие рецепторов с рецептор-подобной киназой AtBIR1 [72]. Это, в свою очередь, стимулирует At RGS1 и вызывает диссоциацию каноничного G-белка и активацию ß-субъединицы. В процессе передачи сигнала с участием ß-субъединицы образуются АФК с помощью НАДФН-оксидазы. Эти процессы в конечном счете приводят к убиквитинированию и деградации AtFLS2, что позволяет тонко регулировать содержание и активность рецепторов к флагеллину.
Одной из первых работ, продемонстрировавших участие гетеротримерных G-белков в развитии симбиотических взаимоотношений, была работа Pingret et al. [15], которые, обработав корни Medic ago truncatula аго-нистом G-белка (мастопараном), показали активацию гена MtENOD12, являющегося маркером клубенько-образования. Напротив, при обработке корней растений антагонистом G-белков коклюшным токсином происходило снижение экспрессии гена MtENOD12, индуцированное мастопараном.
Позднее Choudhury et al. [73], работая на сое (Glycine max), представили данные, свидетельствующие об участии гетеротримерных G-белков в передаче сигнала при рецепции Nod-факторов рецептором NFR1. Было установлено, что активированный рецептор взаимодействует с RGS и G-белком, что необходи-
мо для передачи сигнала при узнавании Nod-факторов и дальнейшего развития клубеньков.
Гетеротримерные G-белки принимают участие и в установлении симбиотических отношений с грибами. Была показана роль гетеротримерных G-белков в проведении сигнала при узнавании молекул, выделяемых грибами эктомикоризы [18]. В исследованиях на суспензионной культуре клеток ели Picea abies авторы показали связь между активацией гетеротример-ных G-белков и работой кальциевых каналов, а также образованием АФК и повышением значений pH среды вокруг клеток.
УЧАСТИЕ G-БЕЛКОВ В РЕАКЦИИ РАСТЕНИЙ НА АБИОТИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
В результате поиска и изучения локусов, отвечающих за агрономически значимые признаки у культурных растений, было установлено, что среди них присутствует достаточно большое число генов, кодирующих субъединицы гетеротримерных G-белков [74].
Оказалось, что экспрессия соответствующих генов зависит от условий окружающей среды. Например, было исследовано влияние засоленности, засухи, хо-лодового и теплового стресса, а также влияние АБК на изменение экспрессии генов у-субъединиц OsRGG1 и OsRGG2 у риса O. sativa [75]. В результате проведенных экспериментов было обнаружено, что увеличение уровня экспрессии генов OsRGG1 и OsRGG2 происходит в ответ на влияние большинства этих факторов.
Дальнейшие эксперименты по поиску компонентов пути передачи сигнала, взаимодействующих с у-субъединицей OsRGG1 риса с помощью дрожжевой дигибридной системы и BiFC, позволили выявить 10 потенциальных партнеров у-субъединицы [76]. Анализ этих белков показал, что большинство из них известны по роли в устойчивости растений к абиотическим стрессам. Однако в целом механизмы, лежащие в основе передачи сигнала при реакции растений на абиотические факторы, изучены недостаточно.
Еще одним важным для растений абиотическим фактором окружающей среды является освещение, влияющее на рост и развитие растений. Негативное влияние а- и ß-субъединиц гетеротримерных G-белков на фотоморфогенез было показано на арабидопсисе [77, 78]. В основе такого влияние может лежать взаимодействие ß-субъединицы AtAGB1 с основными регуляторами фотоморфогенеза — криптохромом CRY1 и транскрипционным фактором HY5 [79].
Эти данные свидетельствуют, что G-белки играют ключевую роль в ответе растений на влияние многих факторов окружающей среды, что делает изучение G-белков весьма перспективным с точки зрения использования полученных знаний для регуляции этих процессов у растений.
КОНТРОЛЬ ПРОЛИФЕРАЦИИ И ДИФФЕРЕНЦИРОВКИ РАСТИТЕЛЬНЫХ КЛЕТОК С УЧАСТИЕМ G-БЕЛКОВ
Гетеротримерные G-белки вовлечены и в контроль пролиферации и дифференцировки растительных клеток. Положительное влияние а-субъединицы гетеротримерного G-белка на пролиферацию клеток было выявлено у арабидопсиса [80]. При трансформации культивируемых клеток арабидопсиса конструкцией для сверхэкспрессии гена AtGPA1, кодирующего а-субъеди-ницу G-белка, были показаны стимуляция клеточного цикла у клеток в синхронной культуре [80].
Стимуляцию клеточных делений и развитие боковых корней у арабидопсиса наблюдали под влиянием ауксина, при этом было выявлено негативное влияние на этот процесс ß- и у-субъединиц гетеротримерного G-белка AtAGB1 и AtAGG1 [38]. Мутанты по гену agb1 характеризовались повышенной чувствительностью к ауксину и увеличением количества примордиев боковых корней. Авторы продемонстрировали, что повышенная чувствительность к ауксину при стимуляции клеточных делений у agb1 -мутантов может быть компенсирована сверхэкспрессией гена AtGPA1. Таким образом было установлено, что G-белки могут влиять на пролиферацию клеток и опосредованно через гормоны.
Регуляция клеточных делений в корнях A. thaliana была исследована с использованием мутантов gpa1 и agb1, а также у растений со сверхэкспрессией соответствующих генов [81]. Авторы охарактеризовали фенотипы данных мутантов с точки зрения развития корней. Было показано, что растения с генотипом gpa1 имели меньше боковых корней по сравнению с растениями дикого типа. Напротив, мутанты agb1 имели больше боковых корней и более длинный главный корень. Данные, полученные с использованием таких мутантов, позволяют судить о G-белках как о важных регуляторах пролиферации клеток растений, но пока нет представления о возможных молекулярных механизмах таких процессов.
Комплекс рецепторов CLAVATA (CLV), CORYNE (CRN), RECEPTOR-LIKE PROTEIN KINASE2 (RPK2) и ре-гуляторный пептид CLE (CLV3/ENDOSPERM SURROUNDING REGION, ESR) вовлечены в контроль пролиферации клеток в меристемах растений [82]. У Arabidopsis в апикальной меристеме побега гомеодомен-содержащий транскрипционный фактор WUSHEL (WUS) регулирует пул стволовых клеток, поддерживая их активность [83]. Связывание регуля-торного пептида CLE/CLV3 c комплексами рецепторов CLV1-CLV1, CLV2-CRN или RPK2-RPK2 активирует сигнальные пути, которые подавляют экспрессию гена WUSHEL (WUS). В свою очередь, WUS индуцирует экспрессию гена CLV3, действуя по механизму отрицательной обратной связи [84].
При изучении особенностей функционирования системы CLV-WUS было обнаружено, что рецепторы
CLV2/CRN и RPK2/RPK2 могут образовывать комплекс с гетеротримерным G-белком, после которого запускается MAP-киназный каскад [85]. Действительно, мутанты Arabidopsis по гену agb1, кодирующему в-субъединицу G-белка AtAGBl, обладали увеличенной зоной стволовых клеток. Этот же фенотип был выявлен и у мутантов по гену clv2, crn, а также rpk2 [86]. Ishida et al. [87] изучали in vitro взаимодействие RPK2 и в-субъединицы G-белка, который, по-видимому, и отвечает за активацию MAP-киназного пути, приводящего к регуляции пула стволовых клеток.
Таким образом, взаимодействие рецепторов CLV, CRN и RPK2 и гетеротримерных G-белков является необходимым условием передачи сигнала к транскрипционному фактору WUS, вовлеченному в контроль пролиферации клеток у растений.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Следует отметить, что, несмотря на накопленные на сегодняшний день знания о структуре и принципах активации и действия гетеротримерных G-белков в некоторых процессах у растений, общая картина их функционирования далека от понимания. Учитывая небольшое разнообразие субъединичного состава комплексов гетеротримерных G-белков, но значительное количество процессов, которое они контролируют, можно предположить, что G-белки играют роль «мастер»-регуляторов, воспринимая сигналы сразу от многих систем и модулируя развитие и функционирование растения в соответствии с такими сигналами. Однако необходимы дополнительные исследования, которые позволят понять, как осуществляется сигнальная регуляция у растений с участием гетеротри-мерных G-белков.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (РНФ, 16-16-10043).
ЛИТЕРАТУРА
1. Urano D, Jones AM. Heterotrimeric G proteincoupled signaling in plants. Annu Rev Plant Biol. 2014;65:365-384. https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-050213-040133.
2. Scherer GF. Stimulation of growth and phospholi-pase A, by the peptides mastoparan and melittin and by the auxin 2, 4-dichlorophenoxyacetic acid. Plant Growth Regulation. 1992;11(2):153-157. https://doi. org/10.1007/bf00024069.
3. White I, Wise A, Millner P. Evidence for G-protein-linked receptors in higher plants: stimulation of GTP-gamma-S binding to membrane fractions by the mastoparan analogue mas 7. Planta. 1993;191(2):285-288. https://doi.org/10.1007/bf00199762.
4. Legendre L, Yueh YG, Crain R, et al. Phospholipase C activation during elicitation of the oxidative burst in cul-
tured plant cells. J Biol Chem. 1993;268(33):24559-24563.
5. Aharon GS, Gelli A, Snedden WA, Blumwald E. Activation of a plant plasma membrane Ca2+ channel by TGal, a heterotrimeric G protein a-subunit homologue. FEBS Lett. 1998;424( 1-2): 17-21. https://doi. org/l0.1016/s0014-5793(98)00129-x.
6. Zaina S, Reggiani R, Bertani A. Preliminary evidence for involvement of GTP-binding protein(s) in auxin signal transduction in rice (Oryza sativa L.) coleop-tile. J Plant Physiol. 1990;136(6):653-658. https:// doi.org/l0.1016/s0176-1617(11)81339-8.
7. Warpeha KM, Hamm HE, Rasenick MM, Kaufman LS. A blue-light-activated GTP-binding protein in the plasma membranes of etiolated peas. Proc Natl Acad Sci USA. 1991;88(20):8925-9. https://doi.org/l0.1073/ pnas.88.20.8925.
8. Warpeha KM, Kaufman LS, Briggs WR. A flavo-protein may mediate the blue light-activated binding of guanosine 5'-triphosphate to isolated plasma membranes of Pisum sativum L. Photo-chem Photobiol. 1992;55(4):595-603. https://doi. org/10.1m/j.175M097.1992.tb04282.x.
9. Romero LC, Sommer D, Gotor C, Song PS. G-pro-teins in etiolated Avena seedlings. Possible phyto-chrome regulation. FEBS Lett. 1991 ;282(2):341-346. https://doi.org/10.1016/0014-5793(91)80509-2.
10. Perfus-Barbeoch L, Jones AM, Assmann SM. Plant heterotrimeric G protein function: Insights from Arabidopsis and rice mutants. Curr Opin Plant Biol. 2004;7(6): 719-31. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2004.09.013.
11. Lease KA, Wen J, Li J, et al. A mutant Arabidopsis heterotrimeric G-protein beta subunit affects leaf, flower, and fruit development. Plant Cell. 2001;13(12):2631-41. https://doi.org/10.1105/tpc.010315.
12. Liang X, Ding P, Lian K, et al. Arabidopsis hetero-trimeric G proteins regulate immunity by directly coupling to the FLS2 receptor. Elife. 2016;5:e 13568. https://doi.org/10.7554/eLife.13568.
13. Ishikawa A. The Arabidopsis G-protein beta-subunit is required for defense response against Agrobacterium tume-faciens. Biosci Biotechnol Biochem. 2009;73(1):47-52. https://doi.org/10.1271/bbb.80449.
14. Maruta N, Trusov Y, Brenya E, et al. Membrane-localized extra-large G proteins and GßY of the hete-rotrimeric G proteins form functional complexes engaged in plant immunity in Arabidopsis. Plant Physiol. 2015;167(3):1004-1016. https://doi.org/10.1104/ pp.114.255703.
15. Pingret J-L. Rhizobium nod factor signaling: evidence for a G protein mediated transduction mechanism. Plant Cell. 1998; 10(5):659-672. https://doi. org/10.1105/tpc.10.5.659.
16. Rogato A, Valkov VT, Alves LM, et al. Down-regulated Lotus japonicus GCR1 plants exhibit nodulation sig-
nalling pathways alteration. Plant Sci. 2016;247:71-82. https://doi.Org/l0.1016/j.plantsci.2016.03.007.
17. Choudhury SR, Pandey S. Phosphorylation-dependent regulation of G-protein cycle during nodule formation in soybean. Plant Cell. 2015;27( 11 ):3260-3276. https://doi.org/10.1105/tpc.15.00517.
18. Hebe G, Hager A, Salzer P. Initial signalling processes induced by elicitors of ectomycorrhiza-forming fungi in spruce cells can also be triggered by G-protein-acti-vating mastoparan and protein phosphatase-inhibiting cantharidin. Planta. 1999;207(3):418-425. https:// doi.org/10.1007/s004250050500.
19. Aranda-Sicilia MN, Trusov Y, Maruta N, et al. Heterotrimeric G proteins interact with defense-related receptorlike kinases in Arabidopsis. J Plant Physiol. 2015; 188: 44-48. https://doi.org/10.1016Xj.jplph.2015.09.005.
20. Neer EJ. G proteins: critical control points for transmembrane signals. Protein Sci. 2008;3( 1 ):3-14. https://doi.org/10.1002/pro.5560030102.
21. I ismaa TP, Biden TJ, Shine J. G protein-coupled receptors. Berlin, Heidelberg: Springer Berlin Heidelberg; 1995. P. 135-136.
22. Oldham WM, Hamm HE. Heterotrimeric G protein activation by G-protein-coupled receptors. Nat Rev Mol Cell Biol. 2008;9( 1 ):60-71. https://doi.org/10.1038/ nrm2299.
23. Siderovski DP, Willard FS. The GAPs, GEFs, and GDIs of heterotrimeric G-protein alpha subunits. Int J Biol Sci. 2005; 1(2):51 -66. https://doi.org/10.7150/ ijbs.1.51.
24. Stateczny D, Oppenheimer J, Bommert P. G-protein signaling in plants: minus times minus equals plus. Curr Opin Plant Biol. 2016;34:127-135. https://doi. org/ 10.1016/j.pbi.2016.11.001.
25. Brown NA, Schrevens S, van Dijck P, Goldman GH. Fungal G-protein-coupled receptors: Mediators of pathogenesis and targets for disease control. Nat Microbiol. 2018;3(4):402-414. https://doi.org/10.1038/ s41564-018-0127-5.
26. Li L, Wright SJ, Krystofova S, et al. Heterotrimeric G protein signaling in filamentous fungi. Annu Rev Microbiol. 2007;61:423-452. https://doi.org/10.1146/ annurev.micro.61.080706.093432.
27. Hoffman CS. Except in every detail: comparing and contrasting G-protein signaling in Saccharomyces cerevisiae and Schizosaccharomyces pombe. Eukaryot Cell. 2005;4(3):495-503. https://doi.org/10.1128/ EC.4.3.495-503.2005.
28. Moretti M, Wang L, Grognet P, et al. Three regulators of G protein signaling differentially affect mating, morphology and virulence in the smut fungus Ustilago maydis. Mol Microbiol. 2017; 105(6):901-921. https://doi.org/ 10.1111/mmi.13745.
29. Xue C, Hsueh Y-P, Heitman J. Magnificent seven: roles of G protein-coupled receptors in extracellular sensing
in fungi. FEMS Microbiol Rev. 2008;32(6):1010-1032. https://doi.Org/l0.111l/j.1574-6976.2008.00131.x.
30. Krishnan A, Almen MS, Fredriksson R, Schiöth HB. The origin of GPCRs: identification of mammalian like Rhodopsin, Adhesion, Glutamate and Frizzled GPCRs in fungi. PLoS One. 2012;7( 1 ):e29817. https://doi. org/10.1371/journal.pone.0029817.
31. Lafon A, Han K, Seo J, et al. G-protein and cAMPmediated signaling in aspergilli: a genomic perspective. Fungal Genet Biol. 2006;43(7):490-502. https:// doi.org/10.1016/j.fgb.2006.02.001.
32. Chen J-G, Willard FS, Huang J, et al. A seven-transmembrane RGS protein that modulates plant cell proliferation. Science. 2003;301(5640): 1728-1731. https://doi.org/10.1126/science.1087790.
33. Trusov Y, Botella JR. Plant G-proteins come of age: breaking the bond with animal models. Front Chem. 2016;4:24. https://doi.org/10.3389/ fchem.2016.00024.
34. Urano D, Jones JC, Wang H, et al. G protein activation without a GEF in the plant kingdom. PLoS Genet. 2012;8(6):e1002756. https://doi.org/10.1371/journal. pgen.1002756.
35. Johnston CA, Taylor JP, Gao Y, et al. GTPase acceleration as the rate-limiting step in Arabidopsis G protein-coupled sugar signaling. Proc Natl Acad Sci USA. 2007;104(44):17317-17322. https://doi.org/10.1073/ pnas.0704751104.
36. Urano D, Phan N, Jones JC, et al. Endocytosis of the seven-transmembrane RGS1 protein activates G-pro-tein-coupled signalling in Arabidopsis. Nat Cell Biol. 2012;14(10):1079-1088. https://doi.org/10.1038/ ncb2568.
37. Hackenberg D, McKain MR, Lee SG, et al. Ga and regulator of G-protein signaling (RGS) protein pairs maintain functional compatibility and conserved interaction interfaces throughout evolution despite frequent loss of RGS proteins in plants. New Phytol. 2017;216(2):562-75. https://doi.org/10.1111/nph.14180.
38. Ullah H, Chen J, Temple B, et al. The beta-subunit of the Arabidopsis G protein negatively regulates auxin-induced cell division and affects multiple developmental processes. Plant Cell. 2003;15(2):393-409. https://doi.org/10.1105/tpc.006148.
39. Pfeuffer T, Helmreich EJ. Activation of pigeon erythro-cyte membrane adenylate cyclase by guanylnucleotide analogues and separation of a nucleotide binding protein. J Biol Chem. 1975;250(3):867-876.
40. Sunahara RK. Isoforms of mammalian adenylyl cyclase: multiplicities of signaling. Mol Intern. 2002;2(3):168-184. https://doi.org/10.1124/mi.2.3.168.
41. McCudden CR, Hains MD, Kimple RJ, et al. G-pro-tein signaling: back to the future. Cell Mol Life Sci. 2005;62(5):551-577. https://doi.org/10.1007/s00018-004-4462-3.
42. Kadamur G, Ross EM. Mammalian phospholipase C. Annu Rev Physiol. 2013;75( 1 ):127-154. https://doi. org/l0.1146/annurev-physiol-030212-183750.
43. Berridge MJ. The inositol trisphosphate/calcium signaling pathway in health and disease. Physiol Rev. 2016;96(4):1261-1296. https://doi.org/l0.1152/ physrev.00006.2016.
44. Dhanasekaran DN, Kashef K, Lee CM, et al. Scaffold proteins of MAP-kinase modules. Oncogene. 2007;26(22):3185-3202. https://doi.org/10.1038/ sj.onc.1210411.
45. Liu R, Wong W, IJzerman AP. Human G protein-coupled receptor studies in Saccharomyces cerevisiae. Biochem Pharmacol. 2016;114:103-115. https://doi. org/10.1016/j.bcp.2016.02.010.
46. Lomovatskaya LA, Kuzakova OV, Romanenko AS, Goncharova AM. Activities of adenylate cyclase and changes in camp concentration in root cells of pea seedlings infected with Mutualists and Phytopatho-gens. Russ J Plant Physiol. 2018;65(4):588-597. https://doi.org/10.1134/S1021443718030056.
47. Chatukuta P, Dikobe TB, Kawadza DT, et al. An ara-bidopsis clathrin assembly protein with a predicted role in plant defense can function as an adenylate cyclase. Biomolecules. 2018;8(2). pii: E15. https://doi. org/10.3390/biom8020015.
48. Isner JC, Maathuis FJ. cGMP signalling in plants: from enigma to main stream. Funct Plant Biol. 2018;45(1-2): 93-101. https://doi.org/10.1071/fp16337.
49. den Hartog M, Musgrave A, Munnik T. Nod factor-induced phosphatidic acid and diacylglycerol pyrophosphate formation: a role for phospholipase C and D in root hair deformation. Plant J. 2001 ;25( 1 ):55-65. https://doi.org/10.1046/j.1365-313x.2001.00931.x.
50. Sun J, Liu X, Pan Y. The physical interaction between LdPLCs and Arabidopsis G beta in a yeast two-hybrid system. Front Agric China. 2011;5(1):64-71. https:// doi.org/10.1007/s11703-011-1063-9.
51. Zhao J, Wang X. Arabidopsis phospholipase dalpha 1 interacts with the heterotrimeric G-protein a-subunit through a motif analogous to the DRY motif in G-protein-coupled receptors. J Biol Chem. 2004;279(3):1794-1800. https:// doi.org/10.1074/jbc.M309529200.
52. Zheng L, Krishnamoorthi R, Zolkiewski M, Wang X. Distinct Ca2+ binding properties of novel C2 domains of plant phospholipase dalpha and p. J Biol Chem. 2000;275(26):19700-19706.
53. Cheng Z, Li JF, Niu Y, et al. Pathogen-secreted proteases activate a novel plant immune pathway. Nature. 2015;521 (7551):213-216. https://doi.org/10.1038/ nature14243.
54. Yuan GL, Li HJ, Yang WC. The integration of Gp and MAPK signaling cascade in zygote development. Sci Rep. 2017;7( 1 ):8732. https://doi.org/10.1038/ s41598-017-08230-4.
55. Nakashima A, Chen L, Thao NP, et al. RACK1 Functions in rice innate immunity by interacting with the Racl immune complex. Plant Cell. 2008;20(8):2265-79. https:// doi.org/l0.1105/tpc.107.054395.
56. Suharsono U, Fujisawa Y, Kawasaki T, et al. The heterotrimeric G protein alpha subunit acts upstream of the small GTPase Rac in disease resistance of rice. Proc Natl Acad Sci. 2002;99(20): 13307-13312. https:// doi.org/l0.1073/pnas.192244099.
57.Petry A, Görlach A. Regulation of NADPH oxidases by G protein-coupled receptors. Antioxid Redox Signal. 2019;30(1):74-94. https://doi.org/10.1089/ ars.2018.7525.
58. Wrzaczek M, Brosché M, Kangasjärvi J. ROS signaling loops - production, perception, regulation. Curr Opin Plant Biol. 2013;16(5):575-582. https://doi. org/10.1016/j.pbi.2013.07.002.
59. Wong HL, Pinontoan R, Hayashi K, et al. Regulation of rice NADPH oxidase by binding of rac GTPase to its N-terminal extension. Plant Cell. 2007;19(12):4022-34. https://doi.org/10.1105/tpc.107.055624.
60. Sirichandra C, Gu D, Hu HC, et al. Phosphorylation of the Arabidopsis AtrbohF NADPH oxidase by OST1 protein kinase. FEBS Lett. 2009;583( 18):2982-2986. https://doi.org/10.1016/j.febslet.2009.08.033.
61. Suzuki N, Miller G, Morales J, et al. Respiratory burst oxidases: the engines of ROS signaling. Curr Opin Plant Biol. 2011 ; 14(6):691 -699. https://doi. org/10.1016/j.pbi.2011.07.014.
62. Zeevaart JA, Creelman RA. Metabolism and physiology of abscisic acid. Annu Rev Plant Physiol Plant Mol Biol. 1988;39( 1 ):439-473. https://doi.org/10.1146/ annurev.pp.39.060188.002255.
63. Wang XQ, Ullah H, Jones AM, Assmann SM. G protein regulation of ion channels and abscisic acid signaling in Arabidopsis guard cells. Science. 2001;292(5524):2070-2072. https://doi.org/10.1126/ science.1059046.
64. Fan L-M, Zhang W, Chen J-G, et al. Abscisic acid regulation of guard-cell K+ and anion channels in Gß- and RGS-deficient Arabidopsis lines. Proc Natl Acad Sci. 2008;105(24):8476-8481. https://doi.org/10.1073/ pnas.0800980105.
65. Mori IC, Murata Y, Yang Y, et al. CDPKs CPK6 and CPK3 function in ABA regulation of guard cell S-type anion- and Ca2+-permeable channels and stomatal closure. PLoS Biol. 2006;4( 10):e327. https://doi. org/10.1371/journal.pbio.0040327.
66. Lee SC, Lan W, Buchanan BB, Luan S. A protein kinase-phosphatase pair interacts with an ion channel to regulate ABA signaling in plant guard cells. Proc Natl Acad Sci. 2009; 106(50):21419-21424. https:// doi.org/10.1073/pnas.0910601106.
67. Geiger D, Scherzer S, Mumm P, et al. Activity of guard cell anion channel SLAC1 is controlled by drought-
stress signaling kinase-phosphatase pair. Proc Natl Acad Sci. 2009; 106(50):21425-21430. https://doi. org/10.1073/pnas.0912021106.
68. Geiger D, Scherzer S, Mumm P, et al. Guard cell anion channel SLAC1 is regulated by CDPK protein kinases with distinct Ca2+ affinities. Proc Natl Acad Sci. 2010;107(17):8023-8028. https://doi.org/10.1073/ pnas.0912030107.
69. Vlad F, Rubio S, Rodrigues A, et al. Protein phosphatases 2C regulate the activation of the Snf1-re-lated kinase OST1 by abscisic acid in Arabidopsis. Plant Cell. 2009;21( 10):3170-3184. https://doi. org/10.1105/tpc. 109.069179.
70. Tsugama D, Liu H, Liu S, Takano T. Arabidopsis heterotrimeric G protein ß subunit interacts with a plasma membrane 2C-type protein phosphatase, PP2C52. Biochim Biophys Acta. 2012; 1823( 12):2254-60. https://doi.org/10.1016/j.bbamcr.2012.10.001.
71. Hauser F, Li Z, Waadt R, Schroeder JI. SnapShot: abscisic acid signaling. Cell. 2017;171(7):1708-1708.e0. https://doi.org/10.1016/j.cell.2017.11.045.
72. Tunc-Ozdemir M, Jones AM. Ligand-induced dynamics of heterotrimeric G protein-coupled receptor-like kinase complexes. PLoS One. 2017; 12(2):e0171854. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0171854.
73. Choudhury SR, Pandey S. Heterotrimeric G-protein complex and its role in regulation of nodule development. Exocytosis Cell Res. 2016;27(2):29-35.
74. Botella JR. Can heterotrimeric G proteins help to feed the world? Trends Plant Sci. 2012; 17( 10):563-568. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2012.06.002.
75. Yadav DK, Islam SM, Tuteja N. Rice heterotrimeric G-protein gamma subunits (RGG1 and RGG2) are differentially regulated under abiotic stress. Plant Signal Behav. 2012;7(7):733-40. https://doi.org/10.4161/psb.20356.
76. Swain DM, Sahoo RK, Srivastava VK, et al. Function of heterotrimeric G-protein y subunit RGG1 in providing salinity stress tolerance in rice by elevating detoxification of ROS. Planta. 2017;245(2):367-383. https://doi.org/10.1007/s00425-016-2614-3.
77. Ullah H, Chen J-G, Temple B, et al. The beta-sub-unit of the Arabidopsis G protein negatively regulates auxin-induced cell division and affects multiple developmental processes. Plant Cell. 2003;15(2):393-409. https://doi.org/10.1105/tpc.006148.
78. Jones AM. A reevaluation of the role of the heterotrimeric G protein in coupling light responses in Arabidopsis. Plant Physiol. 2003; 131 (4): 1623-1627. https://doi.org/10.1104/pp.102.017624.
79. Lian H, Xu P, He S, et al. Photoexcited CRYPTOCHROME 1 interacts directly with G protein ß subunit AGB1 to regulate the DNA-binding activity of HY5 and photomorphogenesis in Arabidopsis. Mol Plant. 2018; 11 ( 10): 1248-1263. https://doi.org/10.1016/j. molp.2018.08.004.
80. Ullah H, Chen JG, Young JC, et al. Modulation of cell proliferation by heterotrimeric G protein in Arabidopsis. Science. 2001;292(5524):2066-2069. https://doi. org/10.1126/science.1059040.
81. Chen JG, Gao Y, Jones AM. Differential roles of Arabidopsis heterotrimeric G-protein subunits in modulating cell division in roots. Plant Physiol. 2006;141(3):887-897. https://doi.org/10.1104/pp.106.079202.
82. Betsuyaku S, Takahashi F, Kinoshita A, et al. Mitogen-activated protein kinase regulated by the CLAVATA receptors contributes to shoot apical meristem homeo-stasis. Plant Cell Physiol. 2011;52(1):14-29. https:// doi.org/10.1093/pcp/pcq157.
83. Laux T, Mayer KF, Berger J, et al. The WUSCHEL gene is required for shoot and floral meristem integrity in Arabidopsis. Development. 1996;122(1):87-96.
84. Fletcher JC, Brand U, Running MP, et al. Signaling of cell fate decisions by CLAVATA3 in Arabidopsis shoot meristems. Science. 1999;283(5409): 1911-1914. https://doi.org/10.1126/science.283.5409.1911.
85. Somssich M, Je BI, Simon R, Jackson D. CLAVATA-WUSCHEL signaling in the shoot meristem. Development. 2016; 143( 18):3238-48. https://doi. org/10.1242/dev.133645.
86. Kinoshita A, Betsuyaku S, Osakabe Y, et al. RPK2 is an essential receptor-like kinase that transmits the CLV3 signal in Arabidopsis. Development. 2010;137(22):3911-20. https://doi.org/10.1242/dev.048199.
87. Ishida T, Tabata R, Yamada M, et al. Heterotrimeric G proteins control stem cell proliferation through CLAVATA signaling in Arabidopsis. EMBO Rep. 2016; 17(8): 1236. https://doi.org/10.15252/embr.201678010.
Ф Информация об авторах
Андрей Дмитриевич Бовин — аспирант, лаборатория молекулярной и клеточной биологии. ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии», Пушкин, Санкт-Петербург. E-mail: [email protected].
Елена Анатольевна Долгих — д-р биол. наук, ведущий научный сотрудник лаборатории молекулярной и клеточной биологии. ФГБНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии», Пушкин, Санкт-Петербург. SPIN: 4453-2060. E-mail: [email protected].
* Information about the authors
Andrey D. Bovin - PhD Student, Laboratory of Molecular and Cellular Biology. All-Russian Research Institute for Agricultural Microbiology, Pushkin, St. Petersburg, Russia. E-mail: [email protected].
Elena A. Dolgikh — Doctor of Science, Group Leader, Laboratory of Molecular and Cellular Biology. All-Russian Research Institute for Agricultural Microbiology, Pushkin, St. Petersburg, Russia. SPIN: 4453-2060. E-mail: [email protected].
