Человеческий фермент активировал рост корней у растения

Люди не похожи на растения ни по внешнему виду, ни по физиологии. Но есть белки, которые у человека и растений устроены и работают сходным образом, напоминая, что у всех нас когда-то были общие предки. Один из таких белков – фермент аминопептидаза у растения арабидопсиса стал предметом изучения группы биологов факультета растениеводства Университета Пердью (Department of Horticulture Purdue University).

Доцент Венди Энн Пир (Wendy Ann Peer) и ее коллеги в экспериментах с растениями-мутантами, лишенными этого белка, показали, что он необходим для развития корневой системы.

Аминопептидаза М1 (APM1) в растительном организме меняет функции других белков. Делает она это в соответствии со своей ферментативной природой: отщепляет аминокислоту от аминокислотной цепочки молекулы белка. Тем самым она способна как активировать, так и дезактивировать белок.

Чтобы разобраться, какие процессы в жизнедеятельности растений APM1 может изменять, надо найти все белки-мишени, на которые она действует. Ученые еще только в начале этого пути. Пока что они убедились в том, что белок необходим для образования корней. Семена мутантных растений при прорастании выпускали редуцированный корешок, который не развивался в нормальную корневую систему, и растение погибало.

Человеческий фермент спасает растение

Команда под руководством Венди Пир показала, что растительный белок APM1 чрезвычайно сходен с человеческим белком IRAP, который также относится к аминопептидазам. Роль последнего в человеческом организме также до конца не ясна, хотя ученым известны про него два факта. С одной стороны, он препятствует отложению в виде бляшек амилоидного белка при болезни Альцгеймера. С другой стороны, он связан с механизмами развития рака. По крайней мере, дефект этого белка часто сопровождает лейкемию и другие формы рака.

Биологи из Университета Пердью выяснили, что APM1 и IRAP очень похожи по аминокислотной последовательности, оба они состоят их двух доменов, один из которых отвечает за собственно ферментативные свойства, а другой обеспечивает белок-белковое взаимодействие. Оба белка функционально активны в виде димеров – перед началом работы две молекулы объединяются.

Но самое интересное, что человеческий фермент смог на деле заменить растительный. Мутантное растение можно было спасти от гибели, если в среду, в которой развивались проростки, добавить растительный белок APM1. Он стимулировал образование корней. Но точно так же действовал и человеческий IRAP.

Почему важно, что они похожи

Ученые считают, что сходство аминопептидаз растений и человека очень интересно с эволюционной точки зрения: это пример белка, столь мало изменившегося за более чем миллиард лет.

С практической точки зрения сходство белков открывает перед учеными новые возможности. «Изучать многие биохимические процессы в экспериментах с растениями, например арабидопсисом, намного проще, чем изучать их в экспериментах с животными, -- говорит Венди Пир. – Эти исследования могут помочь нам лучше понять заболевания человека». Соответственно, открывается перспектива исследовать биохимию человеческого рака на растительной модели.

Но сначала ученые собираются найти все белки-мишени, на которые действует белок APM1, и описать происходящие с ними изменения.

О сходстве растений и человека на уровне белка можно прочитать в журнале Plant Physiology.