Description

• Title:
  Udział etylenu w indukowanym kinetyną procesie śmierci komórek kory pierwotnej korzeni siewek Vicia faba ssp. minor
• Creator:
  Doniak, Magdalena
• Contributor:
  Katedra Cytofizjologii, Instytut Biologii Eksperymentalnej, Uniwersytet Łódzki;
  magdadoniak@o2.pl
• Description:
  Proces PCD (programowana śmierć komórki) jest integralnym zjawiskiem wzrostu i rozwoju wszystkich organizmów, zarówno roślinnych, zwierzęcych, jak i jednokomórkowych. W przypadku roślin nie określono jednoznacznej klasyfikacji procesów PCD. Jednakże, wiadomo, że podobnie jak u organizmów zwierzęcych, śmierć komórkowa organizmów roślinnych może być wywołana czynnikami egzogennymi i/lub endogennymi. W odniesieniu do organizmów roślinnych, grupą czynników mogącą zapoczątkować proces śmierci komórkowej są hormony roślinne, głównie należące do grupy cytokinin oraz etylen. Szereg badań przeprowadzonych w tym zakresie z wykorzystaniem modelowego układu badawczego jakim są 2-cm apikalne fragmenty korzeni siewek Vicia faba ssp. minor wskazuje, że jedna z naturalnych cytokinin – kinetyna – jest czynnikiem wywołującym specyficzne przejawy programowanej śmierci komórkowej, gdzie etylen i ROS (reaktywne formy tlenu) mogą być jednymi z wtórnych przekaźników sygnału. W badaniach niniejszej rozprawy doktorskiej wykorzystano inhibitory recepcji etylenu takie jak STS (tiosiarczan srebra) i NBD (2,5-norbornadien) oraz opracowano układ eksperymentalny, w którym materiał hodowano w warunkach kontrolnych i po działaniu kinetyny oraz po działaniu z tymi inhibitorami bez kinetyny, jak i z kinetyną. Analizy przeprowadzono na kilku płaszczyznach organizacji struktury, funkcji i metabolizmu komórki z wykorzystaniem metod spektrofotometrycznych, spektrofluorometrycznych, mikroskopowych, ze szczególnym uwzględnieniem mikroskopii fluorescencyjnej, a także elektronowej. Potwierdzono, że KIN (kinetyna) indukuje programowaną śmierć komórek kory pierwotnej korzeni siewek bobiku (KIN-PCD), co prowadzi do powstania przestworów aerenchymatycznych. Wielkość tych przestworów zależy od czasu wzrostu siewek w środowisku z kinetyną, przy czym 72 godzina jest kulminacyjna dla tego procesu. Dowiedziono, że KIN-PCD przejawia się tworzeniem wakuol litycznych, kondensacją chromatyny, ze szczególnym uwzględnieniem kondensacji heterochromatyny oraz wzrostem aktywności kinaz histonów korowych i spadkiem aktywności kinaz histonu H1, wzrostem aktywności kwaśnych fosfataz i aktywności nukleaz/DNaz kwaśnych i zasadowych, aktywności deaminazy ACC, aktywności CAT (katalazy), SOD (dysmutazy ponadtlenkowe) i LDH (dehydrogenaza mleczanowa), a także wzrostem płynności błon komórkowych i wzrostem ich przepuszczalności, stopniem zakwaszenia cytoplazmy, zawartości jonów potasu i wapnia w roztworach hodowlanych, aktywności podjednostek β1 i β5 proteasomów 26S, całkowitej zawartości cukrów, ze szczególnym uwzględnieniem cukrów rozpuszczalnych oraz spadkiem zawartości jonów potasu i zawartości ATP (adenozyno-5’-trifosforan) w korzeniach, ogólnej aktywności proteaz i nieznaczny spadek aktywności proteaz cysteinowych i zawartości białek. Wykazano również, że kinetyna jest zarówno induktorem, jak i inhibitorem procesu śmierci komórkowej i indukuje śmierć komórkową z udziałem elementów szlaku syntezy i recepcji etylenu. Wstępnie zakładano, że etylen jest wtórnym przekaźnikiem śmierci komórkowej indukowanej kinetyną i rozpoczyna ten proces poprzez nadrzędne receptory ETR1 (ang. ethylene triple reaction 1). Jednakże, wydaje się, że głównym czynnikiem inicjującym te zmiany, może nie być etylen, tylko ACC (kwas 1-aminocyklopropano-1-karboksylowy) oraz elementy szlaku transdukcji sygnałów zależnych od cytokinin. Dowodzą tego wyniki badań z udziałem inhibitorów receptorów etylenu, gdzie ostateczny efekt działania STS polegał na podnoszeniu żywotności komórek, braku zmian liczby kwaśnych pęcherzyków cytoplazmatycznych przy ich większej intensywności fluorescencji, zwiększeniu zawartości białek, zawartości O2*-, natomiast NBD w tych przypadkach zachowywał się w sposób przeciwstawny i nie podnosił lub obniżał żywotności komórek, zwiększał liczbę kwaśnych pęcherzyków przy ich mniejszej intensywności fluorescencji, obniżał zawartość białek i zawartość nadtlenków, natomiast podwyższał aktywność fosfataz kwaśnych oraz nukleaz/DNaz kwaśnych i zasadowych. Dowiedziono również, że kinetyna wpływa stymulująco na produkcję etylenu, który poprzez specyficzne dla niego receptory uruchamia PCD. W proces ten, w sposób bezpośredni lub pośredni, są zaangażowane jony wapnia, które są jednymi z kluczowych wtórnych przekaźników sygnałów komórkowych. Niezależnym czynnikiem odpowiedzialnym za wykorzystanie jonów wapnia w transdukcji sygnałów może być sama kinetyna, która aktywuje kanały wapniowe w ER (retikulum endoplazmatyczne), następnie jony wapnia mogą aktywować syntezę i transport z mitochondriów do cytoplazmy cytochromu c, którego rola w śmierci komórkowej roślin jest potwierdzona, natomiast nie jest znany mechanizm jego działania. W przypadku jonów wapnia ważne jest ich pochodzenie i prawdopodobnie kolejność ich uwalniania do cytoplazmy ze źródeł magazynowania. Wapń pochodzący ze ściany komórkowej może kontrolować szlak syntezy etylenu poprzez CDPK (kinazy zależne od jonów wapnia) i poprzez kinazy szlaku transdukcji sygnału etylenowego, a przede wszystkim przez SIMKK/SIMK/MPK6 oraz MKK4 (ang. mitogen-activated protein kinase (MAPK) kinase 4)/5-MPK6. Nie jest wykluczony udział w indukcji KIN-PCD fosfolipidów błonowych, takich jak PA (kwas fosfatydowy) i PI (fosfatydyloinozytol) oraz kwasów tłuszczowych, głównie kwasu linolowego, które mogą wpływać na regulację transdukcji sygnałów szlaku cytokininowego poprzez czynniki RR (regulator odpowiedzi) oraz regulację syntezy etylenu na poziomie syntezy ACC i jego przemiany do etylenu. Równolegle może następować modulacja sygnału z udziałem PA, który wpływa hamująco na kinazę CTR1 (ang. constitutive triple response 1) szlaku etylenowego o ile przyjmujemy, że uczestniczy ona w procesie indukcji śmierci komórkowej zależnej od kinetyny. Idąc tym tokiem myślenia, w którym kinetyna jest bezpośrednim czynnikiem indukującym zdarzenia związane ze śmiercią komórkową, to należy wskazać na czynniki HP (ang. histidine-containing phosphotransfer protein) szlaku cytokininowego, które przenoszą sygnał z receptorów cytokininowych bezpośrednio do jądra komórkowego. Czynniki HP mogą być również wykonawcą sygnalizacji zależnej od etylenu tym samym przejawy śmierci komórkowej mogą się uwidaczniać na różnych poziomach struktury i funkcji. Dodatkowo można sugerować, że czynniki HP poprzez RR z jednej strony mogą stymulować śmierć komórkową a z drugiej strony mogą ją hamować, co zaobserwowano w badaniach z udziałem kinetyny.;
  Badania niniejszej pracy doktorskiej zostały sfinansowane z dotacji celowej dla młodych naukowców oraz uczestników studiów doktoranckich w latach 2015-2017 oraz dofinansowane z dotacji statutowej Katedry Cytofizjologii Wydziału Biologii i Ochrony Środowiska UŁ .
• Object availability:
  free access
• Date:
  2018.07.30;
  2018.05.23;
  2019.11.27
• Type:
  PhD/Doctoral Dissertation
• Language:
  Polish
• Format:
  application/pdf
• Subject:
  PCD;
  kinetyna;
  etylen
• Identifier: http://hdl.handle.net/11089/25381
• Data provider:
  Repozytorium Uniwersytetu Łódzkiego
• Can I use it?:
  seek permission
• Type:
  text