МикроРНК и регуляция экспрессии генов Cu/Zn-СОД в растении Thellungiella salsuginea при действии различных концентраций меди | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2011. № 3 (15).

МикроРНК и регуляция экспрессии генов Cu/Zn-СОД в растении Thellungiella salsuginea при действии различных концентраций меди

Исследование посвящено изучению роли микроРНК в посттранскрипционной регуляции генов Cu/Zn-СОД и гена CCS в растении Thellungiella salsuginea при действии различных концентраций меди. Объектом исследований являлись растения Thellungiella salsuginea. Оценку содержания белка CSD1 и CCS1 проводили с помощью вестерн-блот анализа, уровень экспрессии других генов проводили методом ОТ-ПЦР с ген-специфичными праймерами. Показано, что в зависимости от концентрации меди в питательной среде в растениях прослеживается реципрокный характер взаимоотношений между экспрессией miR398 и экспрессией генов CSD1 CCS1. Сделано предположение, что повышенное содержание меди в питательной среде ингибирует процессинг белка Cu/Zn-СОД за счет нарушения структуры активного центра ионами меди.

MicroRNA and regulation of gene expression of Cu/Zn-SOD in Thellungiella salsuginea plants under effect of the different concentrations of copper.pdf ВведениеОдним из важных элементов посттранскрипционной регуляции активно-сти генов является механизм умолкания генов, обусловленный РНК-интерференцией, который связан с экспрессией малых РНК.В растениях Arabidopsis thaliana L. было обнаружено два основных классамалых РНК размером 21-23 нк., участвующих в подавлении экспрессии генов:small interfering РНК и microРНК [1]. Все больше появляется данных о том, чтов условиях стресса изменяется как экспрессия миРНК, так и экспрессиямРНК - генов мишеней, а также активность миРНК-белковых комплексов.Цель настоящих исследований заключалась в изучении роли микроРНК в по-сттранскрипционной регуляции генов Cu/Zn-СОД и гена CCS в растенииThellungiella salsuginea при действии различных концентраций меди, учитываято, что медь является эссенциальным микроэлементом для питания растений ивходит в состав кофакторов пластоцианина, Cu/Zn-СОД, цитохрома С и лакказы.Материалы и методики исследованияОбъектом исследований являлись растения Thellungiella salsuginea, Pallas,выращенные в водной культуре на среде Джонсона, в камере фитотрона.В возрасте 6 недель растения разделяли на группы и подвергали обработкеCuSO4 (0; 1 и 100 мкМ). Эксперименты проводили в трех биологических итрех аналитических повторностях.Выделение тотальной РНК осуществляли с реактивом TRIZOLтм. Уровеньэкспрессии микроРНК оценивали методом Нозерн-блот гибридизации. Оценкусодержания белка CSD1 и CCS1 проводили с помощью вестерн-блот анализа постандартной методике Laemmli (1970). Уровень экспрессии других исследован-ных генов проводили методом ОТ-ПЦР с ген-специфичными праймерами.Результаты исследования и обсуждениеВ ряде работ показано, что в условиях недостатка меди отмечалось сни-жение содержания белка Cu/Zn-СОД и его ферментативной активности. Былотакже показано, что у A. thaliana и некоторых других высших растений раз-личные концентрации меди регулируют экспрессию мРНК гена CCS1, коди-рующего шаперон меди, доставляющего Cu к апобелкам различных изофер-ментов Cu/Zn-СОД [4].Как показали данные Нозерн-блот гибридизации тотальной РНК Th.salsuginea, при внесении 100 мкМ CuSO4 в питательную среду происходило поч-ти полное ингибирование экспрессии miR398. В экспериментах с отсутствиеммеди в питательной среде наблюдали увеличение экспрессии miR398 (рис. 1, 2).Исследование экспрессии гена CSD1 показало, что через 24 ч отсутствиямеди в питательной среде вызывало снижение экспрессии этого гена. Приконцентрации меди 100 мкМ во всех частях растений Th. salsuginea наблюда-Рис. 1. Влияние различныхконцентраций CuSO4 на уровеньэкспрессии miR398 и CSD1 через 24 ч,выраженных в относительныхединицахРис. 2. Влияние различныхконцентраций CuSO4на уровень экспрессии miR398(Нозерн-блот) и CSD1(ОТ-ПЦР)через 24 члось увеличение количества мРНК гена CSD1. Однако вестерн-блот анализ соспецифичными для цитозольной формы Cu/Zn-СОД антителами показал, чтоэтот белок определялся только в листьях растения при всех исследованныхконцентрациях меди в питательной среде.Это свидетельствует о том, что синтез самого белка может осуществлять-ся только в листьях. При высокой концентрации меди 100 мкМ в листьях на-блюдалось усиление экспрессии гена CSD1, однако повышения содержаниябелка CSD1 не происходило. С другой стороны, при исследовании экспрес-сии гена CCS1 шаперона меди для СОД в листьях и корнях было показано,что количество мРНК этого гена увеличивалось в листьях при концентрацииCuSO4 1 и 100 мкМ, в условиях же отсутствия меди экспрессия этого геназначительно снижалась в листьях и корнях. Белок CCS1 обнаруживался толь-ко в листьях у контрольных растений (0,25 мкМ CuSO4), а также при внесе-нии 1 мкМ CuSO4 в питательную среду. В условиях различной концентрациимеди в питательной среде в растениях прослеживается реципрокный характервзаимоотношений между экспрессией miR398 и экспрессией генов CSD1CCS1. Можно предположить, что в условиях различной концентрации меди впитательной среде наблюдается miR398 опосредованная регуляция геновCSD1 и CCS1. Можно сделать предположение, что повышенное содержаниемеди в питательной среде ингибирует процессинг белка Cu/Zn-СОД за счетнарушения структуры активного центра ионами меди.Возможно также, что увеличение miR398 обусловленной регуляции мРНКCCS1 в условиях отсутствия меди в питательной среде сокращает количестводоставляемой меди к белку CSD1 и, как следствие, снижается его содержаниев листьях. Вероятно, в условиях отсутствия меди в питательной среде можетпроисходить перераспределение поступающих ионов меди между Cu/Zn-СОД и другими важными медьсодержащими белками, например, такими, какпластоцианин.ЗаключениеПродемонстрировано наличие обратной связи между интенсивностью экс-прессии генов CSD и CCS, с одной стороны, и уровнем miR398 в условияхвоздействия различных

Ключевые слова

superoxide dismutase, microRNA, heavy metal, copper, супероксиддисмутаза, микроРНК, медь, тяжелые металлы

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Радюкина Наталья ЛьвовнаИнститут физиологии растений им. К.А. Тимирязева РАН (г. Москва)кандидат биологических наук, старший научный сотрудник лаборатории физиологических и молекулярных механизмов адаптацииpashkovskiy.pavel@gmail.com
Пашковский Павел ПавловичРоссийский университет дружбы народов (г. Москва)кандидат биологических наук, научный сотрудник кафедры ботаники, физиологии растений и агробиотехнологии аграрного факультетаpashkovskiy.pavel@gmail.com
Всего: 2

Ссылки

Beauclair L., Yu A., Bouche N. microRNA-directed cleavage and translational repression of the copper chaperone for superoxide dismutase mRNA in Arabidopsis // The Plant Journal. 2010. Vol. 62. Р. 454-462.
Leung A.K., Sharp P.A. MicroRNA functions in stress responses. Review // Molecular Cell. 2010. Vol. 40. P. 205-215.
Vionnet O. Origin, biogenesis, and activity of plant microRNAs // Cell. 2009. Vol. 136. Р. 669-687.
Jones L., Hamilton A.J., Voinnet O., Thomas C.L., Maule A.J., Baulcombe D.C. RNA-DNA interactions and DNA methylation in post-transcriptional gene silencing // The Plant cell. 1999. Vol. 11. Р. 2291-2301.
 МикроРНК и регуляция экспрессии генов Cu/Zn-СОД в растении <i>Thellungiella salsuginea </i>при действии различных концентраций меди | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2011. № 3 (15).

МикроРНК и регуляция экспрессии генов Cu/Zn-СОД в растении Thellungiella salsuginea при действии различных концентраций меди | Вестн. Том. гос. ун-та. Биология. 2011. № 3 (15).

Полнотекстовая версия