Элементы стрессового ответа

У дрожжей S. cerevisiae факторы стресса активируют несколько систем контроля транскрипции: элементы стрессового ответа на тепловой шок, связывающие фактор транскрипции теплового шока, элементы общего ответа на стресс, в основном взаимодействующие с фактором ответа на общий стресс, который до сих пор остается гипотетическим, и другие. Потенциал выживания дрожжей в условиях стресса может быть увеличен посредством преадаптации клеток. Процесс подобной преадаптации не требует участия факторов транскрипции теплового шока. Тот факт, что некоторые факторы стресса (например, тепловой шок) может повышать устойчивость к другим стрессовым факторам (таким как повышение осмотического давления среды), позволяет предположить, что эти факторы стресса активируют систему генерального ответа клетки на стресс [12].

Участок ДНК, ответственный за “генеральный” ответ клетки на стресс, был обнаружен в промоторной части ряда дрожжевых генов. Этот элемент соответствует нуклеотидной последовательности ЦЦЦЦT (цитозин-цитозин-цитозин-цитозин-тимин) или AГГГГ (аденин-гуанин-гуанин-гуанин-гуанин), и определяет индуцированнную стрессом транскрипцию генов GPD1, CTT1, HAL1, ENA1, DDR2, HSP12. Помимо этого, вышеназванная ДНК-последовательность обнаружена в промоторах ряда других генов. Она индуцируется различными факторами стресса, например, тепловым шоком, низким значением рН, высоким осмотическим давлением и т.д.

Недавно было показано, что быстрая передача сигнала о повышении осмотического давления среды к ЦЦЦЦТ-элементу промотора гена осуществляется через АМП-киназный путь передачи сигналов [10], по механизму, не требующему синтеза новых белков [13].

Участие цАмф в передаче стрессовых сигналов

Недавно было показано, что цАМФ вовлечен в активацию АТФазы плазматической мембраны и необходим для внутриклеточной аккумуляции глицерина у дрожжей Z. rouxii, выступая в роли вторичного мессенджера [14]. Изменения внутриклеточного уровня цАМФ происходят за счет активации аденилатциклазы (К.Ф. 4.6.1.1, АЦ) (катализирует синтез цАМФ из АТФ) и инактивации фосфодиэстеразы (К.Ф. 3.1.4.1, ФДЭ) (катализирует реакцию перехода цАМФ в 5’-АМФ).

Передача сигналов через цАМФ-зависимую протеин-киназу А (ПКА) обеспечивает эффективный механизм контроля активности ЦЦЦЦТ-элемента [13]. Этот механизм, по-видимому, обеспечивает взаимодействие стрессового ответа и клеточного цикла, так как цАМФ сигнал необходим для перехода клеток к митозу [12].

Белки-рецепторы цАМФ сигнала (РАС-белки) обеспечивают контроль работы аденилатциклазы у дрожжей S. cerevisiae, подобно тому, как G-белки контролируют аденилатциклазу животных [15].

Наружный сигнал, полученный рецепторами (в данном случае - сигнал о солевом стрессе), передается ГТФ-связывающим регуляторным протеинам - G-белкам [14], в результате чего активируется аденилат-циклаза и возрастает уровень цАМФ [16].

Штаммы дрожжей с разрушенным RAS2 геном, растут в присутствии NaCl с большими скоростями, чем штаммы дикого типа, что говорит о важной роли РАС-пути в регуляции клеточного ответа на стресс: цАМФ-зависимая ПКА может осуществлять посттрансляционную модификацию фактора (или факторов) связывающегося с ЦЦЦЦT-последовательностью, вызывающую его инактивацию. В настоящее время хорошо известно, что ЦЦЦЦT-последовательность негативно регулируется ПКА [17].

Существует так же возможность, что продукт гена RAS2 является негативным регулятором активности киназы, кодируемой геном PBS2; кроме того, этот фермент может оказывать негативный эффект на другие компоненты пути проведения стрессового сигнала (например, путем их фосфорилирования) [18].

Пересечение и взаимодействие РАС-ПKA пути с другими путями передачи сигналов можно проиллюстрировать противоположно направленными эффектами ПКА и HOG путей на экспрессию гена малого “стрессового” белка HSP12. Можно предположить, что HOG-путь оказывает влияние на некоторый компонент РАС-пути, но недавние исследования говорят в пользу того, что эти пути работают скорее параллельно. Это подтверждается анализом мутантных штаммов. Клетки дикого типа имеют сходный уровень индукции гена HSP12 при осмотическом и температурном стрессах. Однако для мутантных клеток с высокой или низкой ПКА активностью характерен значительно более высокий уровень индукции этого гена при осмострессе. Так как путь через HOG-белок специфически активируется осмострессом, можно предположить, что Pbs2-Hog1 каскад способен частично подавлять влияние высокой активности ПКА в условиях повышенного осмотического давления. С другой стороны, неактивная ПКА не способна противостоять влиянию HOG-пути, что приводит к аномально высокому уровню HSP12 мРНК при осмострессе [19].

На примере РАС-пути можно сделать вывод, что процессы ответа клетки на стресс и процессы контроля роста и деления клетки тесно связаны. Тот факт, что ответственная за стрессовый ответ последовательность ЦЦЦЦT регулируется и уровнем цАМФ, и работой АМП-киназного каскада, позволяет понять молекулярную основу такого взаимодействия [19].