Защитные системы эукариот

РНК-интерференция у эукариот
Эндрю Файер и Крейг Мелло, открыли явление в 1998 году, получили Нобелевскую премию в 2006

Механизмы подавления экспрессии генов с помощью двуцепочечной РНК (РНК интерференция)
цитоплазма
ядро
Dicer
расщепление и
деградация мРНК
мРНК
подавление
трансляции мРНК
Dicer
siРНК
двунитевая РНК
мРНК
РНК шпилька
репрессия хроматина и
подавление транскрипции
гена в ядре
short interfering RNA (siRNA) – короткие РНК 20-25 нт.
РНКаза III
в комплекс с короткими РНК
входят белки Argonaute (AGO)
комплекс RISC
комплекс RIТS

Гидом для pAgo является однонитевая ДНК, мишенью – иногда РНК, иногда ДНК
Pyrococcus furiosus
Aquifex aeolicus
А вот у Rhodobacter sphaeroides pAgo есть, но вообще не работает

Домены в составе pAgo
pAgo есть у 30% архей и 10% эубактерий,

РНК-интерференция возникла за счёт объединения эубактериальных и архейных компонентов
Dicer

Жизненный цикл амебозойного протиста Dictyostelium

Не все бактерии одинаково полезны (и питательны)

Механизмы передачи сигнала у слизевика

S-клетки (sentinel cells) отвечают за фагоцитоз бактерий в плодовом теле

Наличие «барьера Вейсмана» создает эволюционные предпосылки для его нарушения

Амебы – обманщики в химерных колониях не хотят образовывать ножку, и избегают ее зачатка

Плодовые тела диктиостелиума сильно структурированы и видоспецифичны, межвидовая агрегация отсутствует

Задача гифы – обеспечить рост апикальной клетки

Анастомозы, происходящие между соседними гифами внутри колонии, армируют ее делают более прочной, сохраняют ее единство при распространении в пространстве
Мицелиальные грибы – поскольку в мицелии делятся только апикальные клетки, но возможны анастамозы между гифами – тоже имеют барьер Вейсмана

При слиянии гиф двух или более контактирующих колоний происходит объединение в одной клетке нескольких генетически различных ядер, что обеспечивает состояние гетерокариоза, который у гаплоидных грибов заменяет диплоидность и является начальной стадией парасексуальной рекомбинации. При этом у большинства грибов число ядер в клетках не фиксировано, поэтому соотношение аллелей может отклоняться от 1:1. Это может приводить к широкой вариации фенотипов, обусловленной соотношением ядер.
Гетерокариоз не тождественен диплоидности

Гетерокариоз – основа парасексуального процесса, т.е. рекомбинации без полового процесса.

Иногда мицелии принципиально не срастаются – происходит вегетативная несовместимость

Вегетативная несовместимость грибов

Барраж –гибель клеток в зоне контакта двух несовместимых мицелиев

Гетероаллельность по любому из Het генов вызывает острую реакцию гибели слившихся и прилегающих к ним клеток (барраж). Эта система генетического контроля несовместимости наиболее полно исследована у двух аскомицетов – N. crassa и Podospora anserina. У N.crassa несовместимость вызывает, в большинстве случаев, взаимодействие продуктов аллельных генов, а у P. anserina наряду с аллельной распространена и неалелльная несовместимость, при которой несовместимы штаммы, имеющие определенные аллели в двух несцепленных локусах. Последняя система усложнена наличием многих аллелей в нескольких mod-локусах, подавляющих проявление неаллельной несовместимости. Неаллельные взаимодействия проявляются не только в вегетативной, но и в половой несовместимости: если 2 штамма различаются одной парой неаллельных генов, то перитеции развиваются только с одной стороны вдоль демаркационной линии между колониями, а с другой отсутствуют. При различиях по двум парам генов перитеции не развиваются вовсе. Стерильность обусловлена деструкцией трихогины при ее слиянии с микроконидиями, т.е. сходна по физиологическому механизму с гаметофитной несовместимостью высших растений.

Вегетативная несовместимость основана на системе нескольких взаимодействующих генов

Аллели одного и того же гена несовместимости дают комплексный характер сочетаемости

Гибель клеток в зоне барража связана с избыточной аутофагией

Преимущества от вегетативной несовместимости грибов
Защита от эгоистичных паразитов, преодолевающих барьер Вейсмана
Защита от вирусов, передаваемых при слиянии мицелиев.
Защита территории и ресурсов от конкурентов с другим генотипом
Повышение генетического разнообразия популяций
Генетическая изоляция, приводящая к разделению экологических ниш и видообразованию

О
Р
Ф
Уровни иммунитета растения

ИММУНИТЕТ НА УРОВНЕ ЦЕЛОГО ОРГАНИЗМА
(первая линия обороны)
Цель – не допустить патогенных организмов к чувствительным органам,
тканям и клеткам
Факторы Животные Растения
Физические Плотное соединение Кутикулярный покров,
барьеры эпителиальных клеток полисахаридные стенки
Химические Жирные кислоты (кожа), Летучие антимикробные
барьеры лизоцим (слюна, слезы), вещества (фитонциды),
пепсин (кишечник), фенолы, терпены, депо-
дефензины (кишечник) нированные в листовых
волосках и мертвых кле-
тках покровных тканей
Микробиоло- Конкурентная микрофло- Микроорганизмы филло-
гические ба- ра эпителия, антибиоти- и ризопланы, их антиби-
рьеры ческие вещества отики, хитинолитические
ферменты и др.

Фитоиммунитет: распознавание элиситоров

Фитоиммунитет – распознавание PAMP (PTI) и эффекторных белков (ETI)

PAMP = неспецифические элиситоры

Важно детектировать не только грибы и бактерии, но и фитофагов

КАК РАСТЕНИЯ СПРАВЛЯЮТСЯ С ВИРУЛЕНТНЫМИ ПАРАЗИТАМИ (ТРЕТЬЯ ЛИНИЯ ОБОРОНЫ)
У растений возникла система ген-на ген, в которой супрессорные молекулы паразита узнаются как продукты avr-генов – эффекторы иммунного ответа. Рецепторами для эффекторов служат непосредственно или после взаимодействия avr-белка с определенным белком растения R-белки. Поэтому такие эффекторы, узнающиеся только определенными генотипами растений называют специфическими элиситорами.
Например, фумонизин является фитотоксином для ряда растений и элиситором защитных реакций для Arabidopsis; бактериальный токсин коронатин в разных растениях может выступать как токсин, фитогормон и элиситор. Специфические элиситоры – эффекторы, которые паразит выделяет в зараженное растение для подавления его защитного потенциала и улучшения условий питания (супрессоры). Поскольку структура многих таких соединений может меняться без потери жизнеспособности, возможны мутации, изменяющие домены, которые узнаются специфическими клеточными рецепторами растения. Однако, часто это сопровождается снижением патогенности (“сильные гены устойчивости” Вандерпланка, “цена вирулентности” Леонарда).

Белки с лейцин-богатыми повторами –основа и ETI, и PTI

R-белки – рецепторы с лейцин-богатыми повторами

«Игра в пятнашки» между патогеном и растением

Фитоантиципины – выделяются конститутивно (то есть постоянно)
Фитоалексины –выделяются в ответ на появление фитофага или патогена
Низкомолекулярные соединения летят на помощь

Эффекторные белки фитоиммунитета
Дефензины – низкомолекулярные (45-54 аминокислот) белки, богатые цистеином. Продуцируются млекопитающими, грибами, насекомыми и растениями.
Растительные дефензины делятся на: 1) морфогенные (вызывают морфологические изменения у восприимчивых видов грибов)
2) неморфогенные (ингибируют рост без морфозов), ингибируют альфа-амилазу.
Связываются с рецепторами на мембранах грибов, усиливают потерю К+ и поступление Са2+.
Тионины – богатые серой белки, накапливающиеся в семенах и проростках растений. Взаимодействуют с мембранными фосфолипидами и вызывают образование пор в мембранах.
RIP-белки – подавляют синтез белка на чужеродных рибосомах на стадии элонгации

Реакция сверхчувствительности растений

Реакция сверхчувствительности и клеточная гибель

Механизмы реакции сверхчувствительности

РНК-интерференция против вирусов и вироидов

микроРНК как переключатель типов иммунного ответа у растений