В иммунитете растений задействованы производные NAD

Ученые из Китая и Германии показали, что белки, защищающие растения от патогенов, катализируют формирование сигнальных молекул — производных NAD. Образование этих молекул критически важно для протекания последующих этапов иммунного ответа у растений.

У многих организмов белки, функционирующие в клетках иммунной системы, имеют домены рецептора Toll/интерлейкина 1 (TIR-домены). У растений в распознавании патогенов и связанных с ними эффекторных молекул задействованы внутриклеточные нуклеотид-связывающие обогащенные лейцином домены (NLR-домены).

Один из основных подклассов NLR на N-конце несет TIR-домен. Белки обоих групп играют важнейшую роль в работе растительного иммунитета, в частности, запускают реакцию гиперчувствительности первого типа. Авторы новой работы, опубликованной в Science, показал, что TIR синтезируют особые эффекторные молекулы, также задействованные в фитоиммунитете.

Сначала авторы работы идентифицировали малые молекулы, активирующие сигнальный путь EDS1-SAG101-NRG1. Все три компонента являются консервативными белками иммунной системы растений. Экстракция из клеток арабидопсиса и последующий анализ с помощью хроматографии и масс-спектрометрии позволили выделить и охарактеризовать новые сигнальные молекулы — АДФ-рибозилированные АТФ (ADPr-ATP).

Далее ученые выяснили, каким именно образом ADPr-ATP распознается EDS1-SAG101. Для этого они с помощью криоэлектронной микроскопии получили структуру комплексе, попутно проверив, как на связывание с ADPr-ATP и EDS1-SAG101 влияют мутации в предполагаемом кармане взаимодействия с ADPr-ATP. Полученная структура помогла авторам детально описать механизм, по которому ADPr-ATP активирует EDS1-SAG101.

Последующие эксперименты показали, что именно TIR-домен ответственен за образование ADPr-ATP. Авторы работы показали, что TIR-домен катализирует реакцию АДФ-рибозилирования, используя только NAD+ или NAD+ и АТФ в качестве субстрата. В результате образуются ADPr-ATP, а также молекула, состоящая из двух АДФ-рибозилированных групп (ADPR). Обе они функционируют как вторичные посредники в иммунной системе растений.

Источник:

Aolin Jia, et al. TIR-catalyzed ADP-ribosylation reactions produce signaling molecules for plant immunity // Science, published 7 Jul 2022, DOI: 10.1126/science.abq8180

Abstract

Plant pathogen-activated immune signaling by nucleotide-binding leucine-rich repeat (NLR) receptors with an N-terminal Toll/Interleukin-1 receptor (TIR) domain converges on Enhanced Disease Susceptibility 1 (EDS1) and its direct partners Phytoalexin Deficient 4 (PAD4) or Senescence-Associated Gene 101 (SAG101). TIR-encoded NADases produce signaling molecules to promote exclusive EDS1-PAD4 and EDS1-SAG101 interactions with helper NLR sub-classes. Here we show that TIR-containing proteins catalyze adenosine diphosphate (ADP)-ribosylation of adenosine triphosphate (ATP) and ADP ribose (ADPR) via ADPR polymerase-like and NADase activity, forming ADP-ribosylated ATP (ADPr-ATP) and ADPr-ADPR (di-ADPR), respectively. Specific binding of ADPr-ATP or di-ADPR allosterically promotes EDS1-SAG101 interaction with helper NLR N requirement gene 1A (NRG1A) in vitro and in planta. Our data reveal an enzymatic activity of TIRs that enables specific activation of the EDS1-SAG101-NRG1 immunity branch.