Атомные детали того, как растительный стероидный гормон заставляет растения расти

Чтобы понять, как растут растения, необходимо анализировать химию жизни на молекулярном уровне. Михаэль Хоторн из Фридрих-Мишер-Лаборатории Общества Макса Планка в Тюбингене и его команда занимаются именно этим. Их последняя работа показывает, что растительному мембранному рецептору требуется белок-помощник, чтобы воспринимать стимулирующий рост стероидный гормон и передавать этот сигнал через клеточную мембрану.

Каждая клетка окружена жирной клеточной мембраной. Сигналы от других клеток и окружающей среды должны восприниматься на поверхности клетки, передаваться через эту мембрану и преобразовываться в специфический ответ внутри клетки. Все организмы выработали мембранные рецепторные белки для выполнения этих сложных задач, но растительные мембранные рецепторы кардинально отличаются от хорошо изученных белков животных и бактерий. Растительный стероидный рецептор BRI1, способный воспринимать небольшой стероидный гормон, стимулирующий рост растений, относится к семейству рецепторных киназ, богатых лейцином (LRR), которые отвечают за большинство событий мембранной сигнализации у растений. Ранее было показано, что BRI1 напрямую связывает небольшой стероидный гормон своим LRR-доменом на поверхности клетки.

Джулия Сантьяго, постдок в лаборатории Хоторна, теперь смогла продемонстрировать, что BRI1 требует белок-помощник для правильного восприятия гормона и передачи сигнала через мембрану. Помощник SERK1 — известный участник пути передачи сигнала брассиностероидов, но стало неожиданностью, насколько рано он требуется. Облучая кристаллы белка, содержащие тройной комплекс BRI1 – стероидный гормон – SERK1, интенсивными рентгеновскими лучами, Сантьяго увидела, что SERK1 непосредственно участвует в формировании кармана связывания гормона, причем оба белка взаимодействуют с гормоном. Стероид, таким образом, действует как молекулярный клей, который способствует ассоциации LRR-доменов BRI1 и SERK1 на поверхности клетки. Это, в свою очередь, вызывает взаимодействие цитоплазматических киназных доменов внутри клетки, что активирует хорошо охарактеризованный сигнальный путь, запускающий рост.

Интересная особенность SERK1 заключается в том, что он может помогать активировать несколько, казалось бы, не связанных между собой растительных рецепторных киназ, которые связывают совершенно разные лиганды и запускают разные ответы. Новые структуры дают первое представление о том, как SERK1 может это делать. Вместо того чтобы «пожимать руку» BRI1, он использует лишь несколько «кончиков пальцев» для контакта с рецептором. Другие, строго консервативные участки поверхности остаются доступными для взаимодействия с другими растительными рецепторными киназами и, потенциально, их лигандами. «Должно быть, есть какое-то преимущество в объединении всех этих различных функций в один белок-помощник», — предполагает Хоторн. Примечательно, что использование общего белка-помощника может позволить различным сигнальным путям взаимодействовать друг с другом.

Атомные модели также предлагают другие новые идеи: «Глядя на наши модели, мы теперь можем довольно хорошо предсказать, какая мутация в рецепторе или белке-помощнике должна повлиять на нижестоящий сигнальный путь. Мы также знаем, какие части гормона действительно важны для его связывания с рецептором или белком-помощником». Такие детальные данные могут способствовать рациональному дизайну синтетических растительных стероидных гормонов и антагонистов рецепторов для применения в фундаментальных исследованиях и, возможно, когда-нибудь в сельском хозяйстве.