ZNAJDŹ ARTYKUŁ

Volume: 
Issue: 
1
Date of issue: 

Pozakomórkowe nukleotydy (eNTP), czyli nukleotydy występujące poza obszarem cytoplazmy, w matriks pozakomórkowej, zostały odkryte prawie 100 lat temu w komórkach zwierzęcych. Okazało się, że nukleotydy nie tylko mogą budować nić DNA/RNA czy być rezerwuarem energii dla różnych procesów biochemicznych (jak np. ATP czy GTP), ale również mogą pełnić istotną funkcję w koordynacji wzrostu i rozwoju komórek. Dodatkowo zaangażowane są one w zachowanie homeostazy całego organizmu zwierzęcego przez utrzymywanie odpowiedniego ciśnienia krwi czy odpowiedź immunologiczną. Scharakteryzowanie receptorów (purynoceptorów) rozpoznających pozakomórkowe nukleotydy oraz enzymów (apyraz), które działając w matriks pozakomórkowej mogą przeprowadzać hydrolizę eNTP, pozwoliło na lepsze poznanie roli, jaką nukleotydy te pełnią w komórkach. Nukleotydy pozakomórkowe syntetyzowane są w obrębie cytoplazmy komórki, a następnie transportowane do matriks pozakomórkowej. Wskazano trzy różne drogi sekrecji nukleotydów obejmujące: stopniową polegającą na wydzielaniu ich przez egzocytozę pęcherzyków; szybką wydzielanie przez kanały jonowe i trzecią przy udziale transporterów oporności wielolekowej. Powszechność występowania eNTP oraz istotna rola, jaką pełnią u zwierząt, kazała przypuszczać, iż podobny system regulacji wzrostu i rozwoju komórek czy odbierania sygnałów ze środowiska może być obecny w wiecie roślin. Pierwsze doniesienia o możliwości występowania pozakomórkowych nukleotydów u roślin pochodzą z lat 70. ubiegłego wieku, z badań nad wpływem egzogennie podawanego ATP na zamknięcie pułapki muchołówki, działanie aparatu szparkowego komeliny czy szybkość podziałów komórkowych pylnika lilii. Jednak dowody na to, że pozakomórkowe nukleotydy mogą pełnić funkcje równie ważne, jak w komórkach zwierzęcych, pojawiły się na przestrzeni kilku ostatnich lat. Wyniki badań wskazują, że eNTP mogą być zaangażowane w odpowiedzi roślin na stres biotyczny i abiotyczny czy udział w rozwoju oraz wzroście komórek. Zaczęto poznawać mechanizmy odbioru i inaktywacji sygnału wzbudzanego przez nukleotydy pozakomórkowe, m.in. u coraz większej liczby gatunków roślin są identyfikowane białka z rodziny apyraz przeprowadzających hydrolizę eATP (pozakomórkowego ATP). Wykazano, iż mutacja tego enzymu u Arabidopsis thaliana skutkuje zaburzeniem wzrostu siewek oraz sterylnością roślin powodowaną niekiełkowaniem ziaren pyłku. Badania nad rozwojem włośników ryżu, gdzie zachodzi wzrost szczytowy, wskazały na istotną rolę apyraz w wydłużaniu wypustki włośnikowej. Udowodniono również występowanie większych stężeń nukleotydów pozakomórkowych w obszarach dynamicznego wzrostu czy różnicowania komórek. Badania komórek roślinnych pokazały, iż pozakomórkowe nukleotydy są cząsteczkami sygnałowymi indukującymi zmiany stężenia jonów wapnia w cytoplazmie lub wytwarzanie reaktywnych form tlenu. Mechanizmy te należą do jednych z najbardziej uniwersalnych i podstawowych w wiecie roślin. Dodatkowo wykazano wzrost stężenia eATP w miejscu zranienia bądź w odpowiedzi na atak patogennych grzybów czy w warunkach stresu osmotycznego. Oznacza to, że pozakomórkowe nukleotydy odgrywają ważną rolę w aktywowaniu roślinnych mechanizmów obronnych oraz umożliwiają dostosowanie się organizmu do nowych warunków środowiska. Występowanie pozakomórkowych nukleotydów może być bardzo stare ewolucyjnie i towarzyszyć
roślinom już od milionów lat. U zielenic odkryto białka homologiczne do apyraz, jak również receptory częściowo podobne do purynoceptorów. Ponieważ rośliny już we wczesnym dewonie narażone były na kontakt z grzybami, początków powstania mechanizmu obrony przed tymi patogenami należy szukać w tak odległych czasach. Badania nad reakcją glonów na fragmenty ścian komórkowych grzybów wykazały,
że jest ona oparta na zwiększeniu sekrecji ATP na zewnątrz cytoplazmy. Podobne wyniki otrzymano dla odpowiedzi komórek glonu na zranienie. Połączenie informacji o powszechnym występowaniu nukleotydów pozakomórkowych, ich wczesnym pochodzeniu ewolucyjnym, udziale w koordynacji wzrostu i rozwoju komórek oraz pełnieniu ważnej funkcji w odpowiedzi na stresy biotyczne oraz abiotyczne wskazuje na eNTP, jako kluczowe cząsteczki sygnałowe w wiecie roślin. W pracy przedstawiono przegląd artykułów potwierdzających tę hipotezę.

Author of the article: 
Download the article: 

Redakcja
Andrzej ŁUKASZYK – przewodniczący, Szczepan BILIŃSKI,
Mieczysław CHORĄŻY, Włodzimierz KOROHODA,
Leszek KUŹNICKI, Lech WOJTCZAK

Adres redakcji:
Katedra i Zakład Histologii i Embriologii Uniwersytetu Medycznego w Poznaniu, ul. Święcickiego 6, 60-781 Poznań, tel. +48 61 8546453, fax. +48 61 8546440, email: mnowicki@ump.edu.pl

PBK Postępby biologi komórki