Prezentace aplikace PowerPoint

1
Koordinace rustu
Cukerná signalizace
Jaké procesy sacharidová signalizace ovlivnuje ??

• klícení a casný vývoj semenácku, další
  vegetativní vývoj, reproduktivní vývoj,
  senescenci a reakce na zmeny prostredí a stres

Na jaké úrovni ???

• úrovni transkripce, stability RNA, translace,
  stability proteinu i posttranslacní regulaci

? zmeny v hladine signálního metabolitu
? vazba na senzor
zmeny v dostupnosti C
? spuštení signální dráhy
? odezva

• Systémy úcastnící se cukerné signalizace
• hexózová signalizace ---- hexokináza
• ---- glukózová
  signalizace nezávislá na hexokináze
• ---- fruktózová
  signalizace
• sacharózová signalizace
• SnRK1
• trehalóza-6-P
• invertáza .

2
Koordinace rustu
Cukerná signalizace
Jaké procesy sacharidová signalizace ovlivnuje ??

• klícení a casný vývoj semenácku, další
  vegetativní vývoj, reproduktivní vývoj,
  senescenci a reakce na zmeny prostredí a stres

Na jaké úrovni ???

• úrovni transkripce, stability RNA, translace,
  stability proteinu i posttranslacní regulaci

---? zmeny v hladine signálního metabolitu
---? vazba na senzor
zmeny v dostupnosti C
---? spuštení signální dráhy
---? odezva

• Systémy úcastnící se cukerné signalizace
• hexózová signalizace ---- hexokináza
• ---- glukózová
  signalizace nezávislá na hexokináze
• ---- fruktózová
  signalizace
• sacharózová signalizace
• SnRK1
• trehalóza-6-P
• invertáza

3
Cukerná signalizace
Hexózové systémy signalizace
Glukózová signalizace - signalizacní dráhy
indukovatelné glukózou

• AtHXK- hexokináza
• dráha vyžadující fosforylaci, ale nevyužívající
  hexokinázu jako senzor ???
• dráha nevyžadující fosforylaci cukru (senzor
  spražený s G-proteinem )

Fruktózová signalizace - signalizacní dráha
indukovatelná fruktózou
1
4
Cukerná signalizace -HXK
Hexokináza (HXK)
bifunkcní enzym fosforylace hexóz
cukerná signalizace


Mutantní AtHXK1 (bodová mutace) ? 0 kinázová
aktivita, zachovaný signalizacní potenciál
INV / HK X SuSy / FK
Štepení sacharózy
HX-P
Invertázami
SuSy (sacharózasyntázou)
5
Cukerná signalizace -HXK
Hexokináza (HXK) lokalizace v bunce
Arabidopsis 3 HXK geny, 3 HXK-like
pletivo-specifické exprese, stresove-specifické
exprese

• Isoformy se liší biochemickými vlastnostmi

• Afinitou k substrátu (prednostne glukóze)

• ADP inhibicí

• G-6-P inhibicí, ruzná úroven u ruzných isoforem

• T-6-P inhibice nezjištena !

HXK signalizace - esenciální pro represi
fotosyntetických genu
Monitoruje tok kontrolním bodem metabolizmu
???Význam existence isoforem s ruznými
vlastnostmi a rozdílnou lokalizací ???
Claeyssen Rivoal, 2007
Lokalizace v jádre ! aklimace
fotosyntézy ! interakce HXK-1 s AHA-B1, a
RPT5B (podjednotky vakuolární ATPázy a
proteasomového komplexu)



6
Cukerná signalizace -HXK
Hexokináza (HXK) lokalizace v bunce
Arabidopsis 6 HXK genu pletivo-specifické
exprese, stresove-specifické exprese

• Isoformy se liší biochemickými vlastnostmi

• Afinitou k substrátu (prednostne glukóze)

• ADP inhibicí

• G-6-P inhibicí, ruzná úroven u ruzných isoforem

• T-6-P inhibice nezjištena !

Glukóza
HXK signalizace - esenciální pro represi
fotosyntetických genu
HXK_1
Fotosyntetické geny
PRPT5B
Monitoruje tok kontrolním bodem metabolizmu
m RNA
AHA _B1
???Význam existence isoforem s ruznými
vlastnostmi a rozdílnou lokalizací ???
Claeyssen Rivoal, 2007
Lokalizace v jádre ! aklimace
fotosyntézy ! interakce s AHA-B1, a RPT5B
(podjednotky vakuolární ATPázy a proteasomového
komplexu)



7
Cukerná signalizace -HXK
Hexokináza (HXK) lokalizace v bunce
Arabidopsis 6 HXK genu pletivo-specifické
exprese, stresove-specifické exprese

• Isoformy se liší biochemickými vlastnostmi

• Afinitou k substrátu (prednostne glukóze)

• ADP inhibicí

• G-6-P inhibicí, ruzná úroven u ruzných isoforem

• T-6-P inhibice nezjištena !

Glukóza
HXK signalizace - esenciální pro represi
fotosyntetických genu
HXK
PRPT5B
Monitoruje tok kontrolním bodem metabolizmu
AHA -B1
???Význam existence isoforem s ruznými
vlastnostmi a rozdílnou lokalizací ???
Claeyssen Rivoal, 2007
Lokalizace v jádre ! aklimace
fotosyntézy ! interakce s AHA-B1, a RPT5B
(podjednotky vakuolární ATPázy a proteasomového
komplexu)



8
Cukerná signalizace
Interakce HXK signalizace se signalizacními
drahami fytohormonu
Glukóza
etylén
HXK
HXK1- independentní
ABA1 ABA2 ABA3 AA03
ABI3 ABI4 ABI5 ABF2 ABF3 ABF4
EIN2
ABA
EIN3
cytokinin
auxin
Klícení / casný vývoj semenácku
Stresová reakce
Podle Rolland et al., 2006
9
Fruktózová signalizace
Fruktózová signalizace nezávislá na HXK1
Interakce s ABA a etylénovou signalizací (Li et
al., 2011)
10
Sacharózová signalizace

• Sacharóza reguluje procesy, které nejsou
  ovlivnovány hexózovými signalizacemi

• Vnímání se deje na plazmatické membráne ? pomocí
  transportéru ?? Jiným mechanismem ???

Co je specifickým senzorem sacharózy ???

• Regulace translace

11
Regulace translace sacharózou
Regulace exprese bZIP TF dostupností sacharidu
(prokázáno u 10 bZIP TF)
Exprese bZIP11 indukovatelná sacharidy vcetne
sacharózy
Hummel et al., 2009
12
Exprese bZIP11 indukovatelná sacharidy vcetne
sacharózy
Regulace translace sacharózou
Sacharóza
AKIN10/11
Hummel et al., 2009
13
Exprese bZIP11 indukovatelná sacharidy vcetne
sacharózy
Regulace translace sacharózou
Sacharóza
Sacharóza
AKIN10/11
AKIN10/11
bZIP11
overexprese bZIP11 ?? inhibice rustu
pripomínající reakci na nízký obsah cukru
Ma et al., 2011
T-6-P
Aktivace genu
Další bZIP TF reprimovatelné sacharidy X represe
i na úrovni transkripce, neznámý mechanismus,
jen u bZIP1 úcast hexokinázy
Matioli et al., 2011
Rust, modulace metabolizmu sacharidu,
aminokyselin
? translokace C
Hummel et al., 2009
14
Cukerná signalizace SnRK1
SnRK 1 (SNF-related protein kinase )
Homolog kvasinkového SNF1 zodpovedného za
aktivaci metabolické odpovedi pri neprítomnosti
glukózy
Transkripcní regulace SuSy, ?-amyláza,
ADPGáza, SPS, a aktivace celé rady dalších genu
úcastnících se degradace bunecných sten,
aminokyselin, proteinu a lipidu. Rízení rady genu
kódujících transkripcní faktory a faktory
remodelace chromatinu Posttranskripcní regulace
HMG-CoA reduktáza, SPS, NR, T-6-P syntáza,
ADPGáza, heat shock proteiny
Rostliny obsahují SnRK2 a SnRK3 genové subrodiny
málo prostudované, pravdep. aktivní pri
osmotickém stresu
Arabidopsis heterotrimer, subjednotky ?-
katalytická, ?, ?-regulacní - pravdepodobne
stejná struktura u jiných rostlin
?
?
?
Overexprese AKIN 10 u Arabidopsis ? oddálení
senescence pri stresu nedostatku C, oddálené
kvetení, zmena architektury kvetenství
15
Cukerná signalizace SnRK1
Regulace metabolizmu
posttranslacní regulace
cukry
SnRK1
G-6-P
transkripcní regulace
tma
Vývoj
Stresová reakce
Podle Polge Thomase, 2006
Vnímání dostupnosti C a energie - aktivace
katabolismu, potlacení anabolismu
16
Cukerná signalizace T-6-P
Trehalóza
Puvodní predstava vetšina rostlin ne, role
prevzala sacharóza
Soucasná predstava Všechny rostliny obsahují
trehalózu hladiny ? µg/g f.w. tedy ne
osmoprotektant
trehalóza
Arabidopsis thaliana
Trehaláza 1 gen)
TPS 11 genu (2 skupiny)
TPP 10 genu (2 skupiny)
SPP 4 geny
SPS 4 geny (3 skupiny)
Invertáza 17 genu (4 skupiny)
SuSy 6 genu
Paul et al., 2008
17
Cukerná signalizace T-6-P
Trehalóza
Puvodní predstava vetšina rostlin ne, role
prevzala sacharóza
Soucasná predstava Všechny rostliny obsahují
trehalózu hladiny ? µg/g f.w. tedy ne
osmoprotektant
trehalóza
Arabidopsis thaliana
Trehaláza 1 gen)
TPS 11 genu (2 skupiny)
TPP 10 genu (2 skupiny)
SPP 4 geny
SPS 4 geny (3 skupiny)
Invertáza 17 genu (4 skupiny)
SuSy 6 genu
Paul et al., 2008
18
Cukerná signalizace T-6-P

• AtTPS1 exprese v Arabidopsis vykazují Glc a ABA
  insenzitivní fenotyp behem klícení

Interakce s hexokinázovou signalizací, se
syntézou ABA a signalizacní dráhou ABA
Avonce et al., 2004

• Arabidopsis, rust na médiu s trehalózou
• ? škrob, ? ATP, inhibice rustu korenu
• Vliv na syntézu škrobu ? ADPGázy i degradaci ?
  glukan-voda-dikináza, ? ?-amyláza,
• ale !!! jen ve zdrojových listech a ne v korenech
• 
  
  
  Ramon et al., 2007

• Tabák zvýšená aktivita TPS ---zvýšená
  fotosyntetická kapacita na jednotku listové
  plochy
• 
  
  
  Pellny et al., 2004

Pr.
? ? hladiny T-6-P ? zmeny v nástupu senescence
19
Ostatní ?? Jiná funkce ? Regulacní subjednotky
TPS1 ??
Jenže !
Pouze TPS 1 prokazatelná aktivita (skupina I)
TPS 1- konstitutivní exprese, N- koncové
rozšírení je autoinhibicní
TPS skupiny II regulovány svetlem, cukry,
hladovením, denním rytmem, cytokininy.. ,
Fosforylace SnRK1 a Ca2 dependentními kinázami,
TPS 5-7 po fosforylaci vazba s 14-3-3
(DNA x protein analýzy TPSs skupiny II ?
synonymní substituce )
20
Differential expression profiles of Arabidopsis
TPP genes.
Vandesteene et al., 2012
21
Glukóza, sacharóza, nitrát, ABA, cytokinin, vývoj
ovlivnují expresi a post-translacní regulaci
enzymu syntézy trehalózy
Tvorba komplexu AtTPS s CDKA1 ? Interakce s
bunecným cyklem ??
Geelen et al., 2007
SnRK1
sacharóza
G-6-P

T-6-P syntáza
T-6-P fosfatáza
T-6-P
trehalóza
UDPG
AKIN 11 exprese, ale ne !! v dospelých listech,
faktor I
ABI4 exprese
Fotosyntéza
Stresová reakce
Vývoj embryí
ADPGPáza
Architektura kvetenství
Bunecné delení
škrob
Utilizace C
chloroplast
Podle Paul, 2007
22
Stenová invertáza generující signál o hladine
sacharózy v apoplastu ????
Sacharidová signalizace

• Mnohocetný systém vnímání vytvárející
  signalizacní sít

• Komplexní sít interagující s ostatními
  signálními systémy

• Nemá hierarchickou stavbu, každá složka systému
  monitoruje jinou úroven metabolizmu

• Signály jsou integrovány, a teprve poté je
  ovlivnen konkrétní rustový nebo vývojový proces

Neprímá úcast invertáz a transportéru na cukerné
signalizaci kontrolou cytosolické koncentrace
cukerných signálních molekul (sacharózy, glukóza,
G-6-P, fruktóza.)
23
Regulace dostupnosti N
jako odpoved na zmeny vnejších a vnitrních
podmínek

• upravují transportní aktivity NO3- dle
  dostupnosti

• skladují NO3- ve vakuole

• upravují architektutu korene dostupnosti NO3-

• upravují asimilaci NO3- podle požadavku
  rostliny

Krouk et al., 2010
Koordinace asimilace N a dostupnosti C a energie
Signální sít zahrnující NO3-, NH4, glutamát,
glutamin, aspartát, NADH..
a signály z C metabolizmu
24
C/N
C/N rovnováha

• NR regulace
• exprese nia genu ? nitrát, ? cukry, ? Gln,
  svetlo/tma
• post-translacní modifikace inhibice fosforylací
  a vazbou 14-3-3 proteinu
• fosforylace/ defosforylace závislá na G-6-P
  hladine (SnRK1), svetle

Kapacita asimilace N reaguje na dostupnost C
pomocí integrovaných signálu fytohormonu,
nitrátu, cukru, org. kyselin a AK
SnRK1
P
SPS
SPS
Sacharóza
Hexóza-P
chloroplast
Trióza-P
PEP
OAA
P
PEPC
PEPC
NH4
NO2-
NO3-
NO2-
NR
AK
GS/GOGAT
P
NR
2-OG
PEPC regulace aktivace svetlem a NO3- Modulace
svetlem fosforylací/defosforylací --
katalyzováno PEPC protein kinázou ? zmena
citlivosti k efektorum (? citlivost k inhibici
malátem) Transkripce PEPC protein kinázy rízena
metabolickými signály NO3- a metabolity C a N
metabolismu
25
C/N
Porušení rovnováhy v získávání C a N ? zmena
alokace ve prospech nadz. cásti resp. korenu
Rozdelování asimilátu pri N deficienci
Posílení rustu korenu Omezení rustu nadzemní
cásti
 
Alokace C do korenu protože
-N ? ? produkce cytokininu ? ? transportu
cytokininu
? obsahu cytokininu



list
koren
 
? delení bunek
? delení bunek
? síly sinku
? síly sinku
? konc. C ve floému
? konc. C ve floému
gradient C ? smerování toku do korenu
X
26
Velké nároky na koordinaci procesu v rostline
Transport a distribuce asimilátu v rostlinách a
sacharidová signalizace podstatná role

• Pravdepodobne mnohem složitejší rostliny s
  významným podílem metabolizmu manitolu,
  sorbitolu, volemitolu, RFO a oligosacharidu s
  cyklitoly jako základními komponentami

27
Díky za pozornost..