1.2. Молекулярные аспекты регуляции ицл

1.2.1. Экспрессионная регуляция изоцитратлиазы

Ранние сведения о функционировании ГЦ в клетках различных организмов были получены с помощью биохимических, цитохимических и ультраструктурных методов. Таким образом, был использован совершенно иной подход, предполагающий, что регуляция экспрессии ГЦ осуществляется на уровне транскрипции генов ИЦЛ и МС [Епринцев А.Т. Глиоксилатный цикл: универсальный механизм адаптации? / А.Т. Епринцев, В.Н. Попов, М.Ю. Шевченко. – М.: ИКЦ «Академкнига» , 2007. – 228 с.].

У растений в большинстве случаев глиоксисомы развиваются из неспециализированных микротелец путем приобретения ими специфичных ферментных систем. На стадии созревания семян в них появляются глиоксисомоподобные образования, содержащие каталазу и малатсинтазу (неполные глиоксисомы) [Игамбердиев А.У. Роль пероксисом в организации метаболизма растений / А.У. Игамбердиев // Соросовский Образовательный журнал. – 2000. – Т. 6, № 12. – С. 113-124.]. Обнаружено, что эти микротельца могут содержать небольшие количества ферментов β-окисления жирных кислот, но не имеют изоцитратлиазы, которая появляется в глиоксисомах на стадии прорастания [Frevert J. Occurrence and biosynthesis of glyoxysomal enzymes in ripening cucumber seeds / J. Frevert, W. koller, H. Kindl // Physiol.Chem. – 1980. – Vol. 361, №10. – P. 1557-1565.]. По мере прорастания семян происходит импорт образующихся на полисомах белков в глиоксисомы. Матричная РНК, кодирующая глиоксисомальные ферменты, обнаруживается на поздних стадиях созревания семян и сохраняется в зрелых семенах [Are Isocitrate Lyase and Phosphoenolpyruvate Carboxykinase Involved in Cotyledons? / Z. Chen [et. al.] // Plant and Cell Physiology. – 2000. – Vol. 41, №8. – P. 669-676.].

В ходе импорта белков в глиоксисомы при прорастании семян наблюдается увеличение размера глиоксисом, но не их количества; при этом увеличивается процент изоцитратлиазы и малатсинтазы, связанных с микротельцами (с 5% в начале прорастания до 75% в период максимальной активности). В настоящее время не имеется данных о специфических рецепторах этих белков на глиоксисомальной мембране, хотя предполагается, что импорт в глиоксисомы достигается за счет гидрофобных участков этих белков. Специфичным для транспорта в глиоксисомы является наличие на С-терминальном конце импортируемого белка трипептида ser-lys-leu. Однако, для импорта ИЦЛ была показана несущественность наличия данной сигнально последовательности. Установлено также, что глиоксисомальные белки могут легко проникать в пероксисомы как растений, так и животных [Are Isocitrate Lyase and Phosphoenolpyruvate Carboxykinase Involved in Cotyledons? / Z. Chen [et. al.] // Plant and Cell Physiology. – 2000. – Vol. 41, №8. – P. 669-676.].

Об индуцированном синтезе ИЦЛ у бактерий и низших растений сообщалось неоднократно. Индукторами, как правило, являются ацетат, этанол и другие С₂- соединения [Fat-to-glucose interconversion by hydrodynamic transfer of two glyoxylate cycle enzyme genes / P. Cordero [et. al.] // Lipids Health Dis. – 2008. – Vol. 7, № 49. – P. 123-134.]. Повышение уровня содержания углеводов приводит к подавлению синтеза ферментов ГЦ [Promoter analysis of the acetate-inducible isocitrate lyase gene (acu-3) from Neurospora crassa / M. Bibbins [et. al.] // Biochim Biophys Acta. – 1998. – Vol. 144, № 2. – P. 320-325.], [Menendez J. The ICL1 gene of Pichia pastoris, transcriptional regulation and use of its promoter / J. Menendez, I. Valdes, N. Cabrera // Yeast. – 2003. – Vol. 20, №13. – P. 1097–1108]. Синтез ИЦЛ может также подавляться глиоксилатом и аналогом сукцината – итаконатом. Сукцинат не вызывал репрессии синтеза ИЦЛ [Modification of the active site of isocitrate lyase from Pinus pinea / E. Giachetti [et. al.] // Life Sci. Adv. – 1993. – Vol. 12, № 3. – P. 159-167.].

Изучение влияния света на активность глиоксилатного цикла показало, что экспозиция на свету вызывала снижение активности ИЦЛ [Transient occurrence of seed germination processes during coffee post-harvest treatment / G. Bytof [et. al.] // Selmar Ann Bot (Lond.) – 2007. – Vol. 100, № 1. – P. 61-67.]. Для Chlorella fusca показан тип регуляции синтеза этого фермента, когда его активность максимальна в темноте в присутствии ацетата. Механизмом такой регуляции является увеличение в темноте синтеза мРНК и увеличение синтеза фермента на уровне трансляции при появлении на в среде ацетата [Pacy B.J. Distribution of Isocitrate Lyase in Induced and De-adapting Cells of the Green Alga Chlorella fusca / B.J. Pacy, C.F. Thurston // Journal of General Microbiology. – 1987. – Vol. 133. – P. 3341-3346.]. Предполагается, что ферменты глиоксилатного цикла синтезируются в ответ на деградацию липидов [Burow L.C. Anaerobic glyoxylate cycle activity during simultaneous utilization of glycogen and acetate in uncultured Accumulibacter enriched in enhanced biological phosphorus removal communities / L.C. Burow, A.N. Mabbett, L.L. Blackall // ISME J. – 2008. – Vol. 2, № 10. – P. 1040-1051.]. По мере исчерпания запасов липидов в прорастающих семенах происходит спад активности глиоксисомальных ферментов. При этом глиоксисомы либо переходят в пероксисомы, метаболизирующие фотодыхательный гликолат, как в семядолях, или деградируют, как в эндосперме клещевины [Are Isocitrate Lyase and Phosphoenolpyruvate Carboxykinase Involved in Cotyledons? / Z. Chen [et. al.] // Plant and Cell Physiology. – 2000. – Vol. 41, №8. – P. 669-676.].