Введение к работе
Актуальность проблемы. Кальций и активные формы кислорода (АФК) являются важными вторичными мессенджерами, участвующими в ответной реакции организма на различные биотические и абиотические воздействия (Тарчевский, 2002; Медведев, 2005; Mazars et al., 2010). Тепловой стресс, индуцирующий синтез белков теплового шока (БТШ), во всех случаях сопровождается усилением генерации АФК (Карпец, Колупаев, 2009). АФК могут участвовать в активации экспрессии генов БТШ (Saidi et al., 2011). Одновременно, повышение температуры вызывает временный всплеск уровня кальция в цитозоле у растений (Saidi et al., 2009; Kotak et al., 2007) и млекопитающих (Balogh et al., 2005), что также может приводить к активации экспрессии генов БТШ. С другой стороны, митохондрии играют активную роль в гомеостазе внутриклеточного кальция (Walsh et al., 2009), а также являются одним из основных источников АФК у растений (Moller, 2001; Rhoads et al., 2006), животных (Skulachev, 2006) и дрожжей (Rigoulet et al., 2011). В то же время, остаётся неизвестным, какую роль митохондрии играют в регуляции экспрессии генов БТШ у растений и дрожжей.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы являлось изучение роли митохондрий в регуляции экспрессии БТШ в культуре клеток Arabidopsis thaliana и дрожжей Saccharomyces cerevisiae.
Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:
-
Изучить эффект митохондриальных ингибиторов и разобщителей на экспрессию генов БТШ и развитие индуцированной термотолерантности при тепловом стрессе.
-
Изучить изменение дыхательной активности клеток и величины потенциала на внутренней митохондриальной мембране при тепловом стрессе.
-
Определить связь между функциональной активностью митохондрий и содержанием внутриклеточного кальция во время теплового стресса.
-
Изучить эффект экзогенного кальция на термотолерантность и индукцию синтеза Hspl04 в клетках дрожжей S. cerevisiae.
Научная новизна. Полученные результаты показывают, что развитие индуцированной термотолерантности и индукция синтеза БТШ при мягком тепловом стрессе, сопровождаются повышением дыхательной активности и гиперполяризацией внутренней митохондриальной мембраны в культуре клеток A. thaliana и дрожжах S. cerevisiae. Нарушение энергетических функций митохондрий ингибирует развитие индуцированной термотолерантности, синтез БТШ при мягком тепловом стрессе. Впервые показано, что повышение уровня цитозольного кальция при тепловом стрессе в клетках дрожжей S.
cerevisiae сопровождается повышением потенциала на внутренней митохондриальной мембране (пиАу), что в свою очередь, определяет активацию экспрессии генов БТШ при тепловом стрессе. Впервые показано, что экстраклеточный кальций индуцирует синтез Hspl04 и повышает термотолерантность дрожжей S. cerevisiae.
Теоретическая и практическая значимость работы. Впервые показано, что митохондрии посредством изменения потенциала на внутренней митохондриальной мембране регулируют экспрессию генов БТШ в культуры клеток A. thaliana и дрожжей S. cerevisiae при тепловом стрессе. Полученные результаты подтверждают ведущую роль БТШ в защите клетки от действия летального теплового шока. Обнаруженная способность митохондриальных ингибиторов и разобщителей подавлять экспрессию генов БТШ может быть использована в сельскохозяйственной практике для борьбы с вредителями, а также для исследования в области медицины.
Апробация работы. Результаты исследования по теме диссертации были представлены на Всероссийской конференции «Сигнальные системы клеток растений: роль в адаптации и иммунитете» (Казань, 2006), Всероссийской конференции «Структура и экспрессия митохондриального генома растений» (Иркутск, 2006), Всероссийской конференции «Устойчивость организмов к неблагоприятным фактором внешней среды» (Иркутск, 2007, 2009), Международной конференции «Биология клеток in vitro и биотехнология» (Звенигород, 2008), XXXII Международном конгрессе FEBS «Molecular machine» (Вена, Австрия, 2007), на Международной конференции «International conference for plant mitochondrial biology» (Hohenroda, Германия, 2011).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 11 научных работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследования, результатов исследования, обсуждения, выводов, списка цитированной литературы и приложений. Список цитированной литературы включает 421 работу, из них 20 отечественных и 401 работа зарубежных авторов. Работа изложена на 191 странице, содержит 30 рисунков и 1 таблицу.
