Неожиданные взаимодействия белков, необходимые для создания цветов Ars Technica

Плюсы и минусы сверхурочной работы Взятие дополнительной работы в дополнение к работе на полную ставку вызывает горячие споры. Но в биологии сверхурочная работа не редкость, поскольку отдельные белки часто выполняют несколько функций. В течение многих лет ученые знали, что необычный белок цветочного органа (НЛО) создает дополнительное освещение.

Основываясь на структуре белка, считается, что его роль в растениях заключается в нацеливании белков на разрушение. Но он также работает с белком листьев (LFY), помогая формированию цветов. Группа ученых из Франции пролила свет на то, как этот белок выполняет две функции.

Цветы и НЛО

Когда дело доходит до формирования цветка, лиственный белок (LFY) является реальным фактором. Цветы состоят из частей, называемых чашелистиками, лепестками, тычинками и плодолистиками, собранными в мутовки. Белок LFY, действуя отдельно или в сочетании с другими белками, отвечает за активацию генов, необходимых для формирования каждой из этих частей. LFY в сочетании с UFO помогает сформировать лепестки и тычинки.

Согласно изучать Ведущий автор, Франсуа Барси из CNRS и Университета Гренобль-Альп, сказал, что причина, по которой потребовалось более 25 лет, чтобы выяснить механизм UFO-LFY, заключалась в «ошибочной природе белка UFO».

Инородное тело принадлежит к группе примерно из 700 белков, характеризующихся набором аминокислот, называемым доменом F-box, который регулирует уровни других белков. По словам Барси, инородное тело помечает другие белки для уничтожения: «Оно помещает химическую метку на белок, выбранный для деградации. [some] Клеточные машины, называемые [a] Протеасома распознает метку и разрезает белок на сотни частей».

Таким образом, вы могли бы ожидать, что UFO также означает LFY для разрушения. В норме он также должен разрушать белок LFY. Однако в случае LFY мы обнаружили, что у инородного тела была совершенно другая функция — связывание с участком ДНК, к которому не мог получить доступ только LFY.

Когда встречаются LFY и НЛО, они прикрепляют ДНК к генам, необходимым для образования лепестков и тычинок.

Парси и его команда начали свои исследования четыре года назад с массового производства белка инородного тела в клетках насекомых. «Это была довольно сложная задача, потому что инородное тело — один из самых сложных белков для искусственного производства», — сказал Барси.

Везде, где есть цветы

Получается, что для работы с LFY инородному телу не нужно разрушать другие белки. Затем мы модифицировали его, удалив домен F-box, ответственный за деградацию белков-партнеров. К нашему удивлению, мы обнаружили, что, несмотря на то, что его предполагаемая основная функция была упразднена, белок по-прежнему хорошо работает с белком LFY», — сказал Барси.Эксперимент показал, что белок UFO выполняет несколько других функций, кроме нацеливания белков на разрушение.

Это дополнение, по-видимому, связано с изменением последовательностей ДНК, за которые цепляется Леви. Исследователи получили трехмерную структуру взаимодействия между LFY и UFO и областями ДНК, с которыми они связываются, с помощью электронной микроскопии. По словам Парси, когда UFO и LFY работают вместе, они могут цепляться за участки ДНК, ответственные за формирование лепестков и тычинок. Ни один из этих белков не может зацепиться за эту ДНК самостоятельно.

«Это означает, что хотя каждый белок имеет способность слабо касаться участка ДНК, при объединении он увеличивает свою силу, что приводит к взаимодействию с новой матрицей ДНК», — сказал он.

Ассоциация LFY-UFO присутствует у всех цветковых растений. Также в рисе два белка, LFY и UFO, слипаются, позволяя им связывать новые области ДНК, что приводит к развитию части растения, несущей зерна, называемой метелкой.

что ты здесь делаешь?

По словам Парси, в настоящее время мы не знаем, почему белок UFO продолжает иметь домен F-box, который не играет никакой роли в его взаимодействии с LFY.

«Если бы этот домен был совершенно бесполезен, эволюция удалила бы его. Тот факт, что он все еще существует, означает, что его роль еще предстоит выяснить. Возможно, НЛО играет роль в разрушении других белков. Мы не знаем. Но что мы можем сказать наверняка, так это то, что эта функция не нужна для изготовления лепестков и тычинок».

Однако это не единственная загадка, окружающая цветы. Одна из больших загадок заключается в том, что вызвало происхождение цветов, особенно учитывая, что связь между LFY и НЛО, по-видимому, возникла еще до появления первого цветка. Наше исследование показывает, что этот механизм обмена уже присутствовал у голосеменных растений, таких как хвойные, а также у папоротников. «Должно быть, у нее была другая роль, когда не было цветов», — сказал Барси.

Хотя существуют гипотезы о том, почему цветы возникли более 130 миллионов лет назад, ответ остается неясным.

НЛО — не единственный белок, выполняющий дополнительную работу. По словам Кристин Фоер, профессора наук о растениях Бирмингемского университета, многие белки выполняют важные функции в дополнение к тем, для которых они были впервые описаны.

«Белки — это сложные молекулы с огромной гибкостью в отношении модификации и способности перемещаться между различными частями клетки. Дополнительным преимуществом освещения является то, что один белок может выполнять несколько функций в зависимости от того, как он организован», — сказал Фойер, который был нет. часть исследования.

Растения природы, 2023. DOI: 10.1038/с41477-022-01336-2