A virulencia tényezők a gyógyszerkutató gazdaszervezete legfontosabb fehérjéit célozzák meg
Anne-Ruxandra Carvunis 1, 2 * és Matija Dreze 1, 2
1 Rákrendszerbiológiai Központ (CCSB) és Rákbiológiai Tanszék, Dana-Farber Rákkutató Intézet, Boston, MA 02215, USA
2 Genetikai Tanszék, Harvard Medical School, Boston, MA 02115, USA
A növények a legtöbb ökoszisztémában központi szerepet játszanak, mivel képesek a napenergiát "biológiai" energiává alakítani. A földi gáznemű oxigén egyetlen forrása, a növények az emberi táplálék fő forrása, és fosszilis tüzelőanyagokat és textilszálakat szolgáltatnak. A jelenlegi és jövőbeni agronómiai és környezeti kihívások megválaszolásához elengedhetetlen a kifejezetten a növényekben található biokémiai és molekuláris folyamatokat szabályozó mechanizmusok mélyreható ismeretének megszerzése. Ennek érdekében különösen érdekeltek voltak a növények és a fitopatogének kölcsönhatásai molekuláris szinten. A nyilvánvaló agronómiai és környezeti perspektívák mellett munkánk azt sugallja, hogy léteznek olyan egyetemes elvek, amelyek az immunrendszer szerveződését irányítják a gazda-patogén interakció során.
Növények és fitopatogének közötti kölcsönhatások: a cikk-cakk modell
Húsz éves alapkutatás az Arabette des dames (Arabidopsis thaliana) mint modell organizmus cikk-cakk névre keresztelt koncepciót eredményezett, amely molekuláris skálán írja le a növényi sejtek és a növényi kórokozók közötti dinamikus kölcsönhatásokat [1]. A „nem én” molekulák membránreceptorokkal történő detektálása egy általános első védelmi vonalat, a „zig” -et indítja el. Számos kórokozó azonban képes molekuláris effektorokat injektálni a növényi sejtekbe, amelyek a zig hatását gyengítve növelik a fertőzésekre való hajlamot: a "zag" -t. Válaszként úgy tűnik, hogy az intracelluláris receptorok képesek felismerni a "módosított önmagat", és egy második immunhullámot, egy második zeg-t okoznak. A növények kórokozókkal szembeni ellenállásának mértéke függ a két védelmi vonal nagyságától, valamint a támadás intenzitásától.
Eleganciája ellenére a cikk-cakk mintázat olyan feltételezéseken alapul, amelyeket többnyire nem mutattak be következetesen. Különösen az immunrendszer szereplőinek identitása nagyrészt ismeretlen, eltekintve a fehérjék bizonyos csoportjaitól (főként a receptoroktól). Ezen túlmenően kevéssé vizsgálták azokat a fizikai kölcsönhatásokat, amelyeket az immunitásfehérjék egymással és patogén effektorokkal hoznak létre.
Interaktomikai megközelítés
Ma egyértelmű, hogy a fehérjék közötti fizikai interakciók összetett és rendkívül dinamikus hálózatokat (interaktómákat) alkotnak, amelyek a genotípus-fenotípus kapcsolatok alapját képezik [2]. E hálózatok kísérleti leírása (feltérképezés) elengedhetetlen a biológiai rendszerek - például az immunitás - és a megfelelő molekuláris mechanizmusok átfogó megértéséhez. Az interaktómikus térképek létrehozása rengeteg erőforrást kínált a nem növényfajokban. A rengeteg molekuláris és genetikai ismeret ellenére köztudottan hiányoznak a fehérjék közötti kölcsönhatásokat leíró kísérleti adatok a hölgyek Arabette-jére (és nem csak az immunitás fehérjéi), és általánosabban a növényvilág fajaira vonatkozóan.
A növények és a fitopatogének közötti kölcsönhatásokra alkalmazott interakomi megközelítés
Ezért két interaktikus térképet készítettünk Ladies Arabette számára élesztő kettős hibrid módszerrel. Az első [3], amelyet több mint 35 millió növényi fehérjepár szisztematikus tesztelésével hoztak létre, megközelítőleg 6200 interakciót mutatott ki 2700 fehérje között. Becsléseink szerint ez a térkép lefedi a Ladies 'Arabette teljes interaktómájának 2% -át. A második térkép [4] az immunrendszerre és annak kölcsönhatásaira összpontosít két fitopatogén: a gram-negatív baktériumok effektoraival. Pseudomonas syringae (Lelki) és oomycete Hyaloperonospora arabidopsidis (Hpa). Ez a térkép 3000 interakciót mutat be 900 fehérje között, beleértve a patogén effektorokat, az immunrendszer által korábban ismert fehérjéket, valamint más gazdafehérjéket, amelyekről megállapítottuk, hogy kölcsönhatásba lépnek e csoportok bármelyikével. ) (1.ábra). E két térkép együttes elemzése lehetővé tette számunkra, hogy rávilágítsunk a gazda-patogén kapcsolatok néhány alapelvére az Arabette dames-ben.
Célzás csomópontok (csomópontok) a gazda fehérje interaktómájának kórokozó támadása során (itt Psy és Hpa).
Célzott támadások
Katonai metaforát alkalmazva a kórokozó-gazda kapcsolatok leírására, a kórokozó effektorok célzott támadásokba keverednek (1.ábra) kulcsfontosságú gazdaproteinek ellen, annak érdekében, hogy megszerezzék a sejt irányítását és gyengítsék annak védekező képességét. Bár az evolúciós elméletek és a jelenlegi ismeretek alátámasztják ezt a modellt, azt még nem kellett igazán bemutatni. Szimulációink azt jósolják, hogy ha az effektorok ugyanannyi kapcsolatot létesítenek, de véletlenszerűen kiválasztott gazdafehérjékkel az első térképen, akkor átlagosan 320 gazdafehérjével lépnek kölcsönhatásba, amelyeknek körülbelül 1% -a közös Hpa és Lelki. Valójában kísérleti eredményeink azt mutatják, hogy az effektor fehérjék ismételten csak 165 gazdaproteint céloztak meg, amelyeknek 10% -a osztozik Hpa és Lelki. Két olyan kórokozó ilyen mértékű konvergenciája, amelyet mintegy egymilliárd éves evolúció választ el egymástól, erős érvet ad a célzott támadások hipotézise mellett.