|
 |
|
по Материалам XVIII Международной научной конференции диатомологов «Диатомовые водоросли: морфология, биология, систематика, экология, флористика, палеогеография, биостратиграфия», посвящённой памяти выдающихся российских диатомологов Н.И. Стрельниковой и Л.Я. Каган (28.08.2023 - 03.09.2023) Роль метакаспаз в развитии и гибели клеток в лабораторной культуре диатомовой водоросли Ulnaria acus (Kützing) Aboal
Байрамова Э.М., Марченков А.М., Захарова Ю.Р., Петрова Д.П., Elvira M. Bayramova, Artem M. Marchenkov, Yulia R. Zakharova,
Лимнологический институт СО РАН (Иркутск, Россия)
УДК 577.218
Исследование участия метакаспаз и антиоксидантной системы на примере генов UaMC1, UaMC2, UaMC3 и альдегиддегидрогеназы и глутатионсинтетазы в разных условиях культивирования пресноводной диатомовой водоросли Ulnaria acus (Kützing) Aboal с помощью ПЦР в реальном времени показало их участие не только в процессах гибели клетки, но и экспрессию с разной активностью на протяжении интерфазы. Ключевые слова: диатомовые водоросли; клеточная гибель; клеточный цикл; метакаспазы
Сталкиваясь с изменениями окружающей среды, диатомовые водоросли проявляют высокую адаптационную способность. Однако интенсивные и продолжительные изменения (например, дефицит нутриентов или изменение освещенности) приводят к гибели клеток (Bidle, 2016; Mizrachi et al., 2019). Акклиматизации и гибель клеток представляют собой сложные процессы, регулируемые на молекулярном уровне. Все больше данных появляется о том, что важными участниками в данных процессах являются метакаспазы, которые представляют собой протеазы, специфически разрезающие пептидный субстрат после аминокислот аргинина и/или лизина в процессах программируемой гибели клеток у растений и микроводорослей (Bidle and Bender, 2008; Wang et al., 2020; Graff van Creveld et al., 2021). Метакаспазы также важны и для других клеточных процессов (Nakajima and Kuranaga, 2017). Окислительный стресс, который является основной причиной гибели клеток (Lauritano et al., 2015), компенсируется работой антиоксидантной системы – альдегиддегидрогеназы и глутатионсинтетазы (ALDH и GSHS). Следует отметить, что в настоящее время недостаточно данных о работе антиоксидантной системы и метакаспаз у диатомей. Ранее, в геноме U. acus было обнаружено 8 генов метакаспаз (Morozov, 2019). Анализ предсказанных аминокислотных последовательностей показала, что необходимые для функциональной активности аминокислотные мотивы имеют только метакаспазы UaMC1, UaMC2, UaMC3, у остальных пяти они нарушены (Байрамова и др., 2021). В качестве объекта исследования использовался аксеничный штамм BK498 пресноводной диатомовой водоросли Ulnaria acus из коллекции отдела ультраструктуры клетки ЛИН СО РАН. Клетки инкубировали при 4 °C, с освещенностью 16 мкмоль/м2/с при цикле дня/ночи 12:12, в среде DM в течении двух недель для достижения экспоненциальной фазы роста. После этого клетки разделялись на две группы – для исследования стрессового воздействия и синхронизации культуры. В качестве стрессового воздействия использовался дефицит кремния, который является лимитирующим фактором для диатомей. Для этого клетки отмывали от среды и помещали в среду DM без метасиликата натрия после чего культивировали неделю, как описано выше. Для выделения РНК биомассу собирали каждые два дня. Для синхронизации культуры клетки помещали в среду без метасиликата натрия в темноту на 24 часа. Затем добавляли метасиликат натрия до конечной концентрации 0,2 мМ и культивировали в обычных условиях. Биомассу для выделения РНК отбирали каждые 4 часа в течении 24 часов. В данной работе анализировали экспрессию мРНК метакаспаз UaMC1, UaMC2, UaMC3, а также альдегиддегидрогеназы и глутатионсинтетазы (ALDH и GSHS) методом ПЦР в реальном времени. Анализ относительной экспрессии генов проводили с использованием метода delta delta ct. По результатам анализа RefFinder в качестве референсного гена для исследования синхронизированной культуры использовали ген 18S рРНК, а в условиях дефицита кремния – ген E2. Для выяснения значение метакаспаз на деление диатомей в среду добавляли специфический ингибитор (Z-Val-Arg-Pro-DLArg-fluoromethylketone trifluoroacetate salt, Bachem); клетки культивировали при нормальных условиях, и проводили подсчет численности клеток. Нами было показано, что в условиях дефицита кремния клетки U. acus прекращают делиться уже через сутки. Окрашивание флуоресцентным красителем Live Cell Labeling Kit (Abcam) показало, что клетки сохраняют свою жизнеспособность в течение недели. Спустя 1 сутки возрастает уровень экспрессии UaMC1 и высокий уровень сохраняется в течение пяти дней кремниевого голодания, после чего уровень резко снижается. Уровень экспрессии UaMC2 возрастает на третьи сутки депривации кремния и постепенно снижается, однако, оставаясь выше контрольного значения. Экспрессия UaMC3 возрастает на третий день культивирования без кремния и сохраняется высокой на протяжении всего эксперимента. На седьмой день голодания по кремнию возрастает экспрессия ALDH, а экспрессия GSHS увеличивается на третьи сутки и остается постоянной до конца эксперимента. Таким образом, анализ ALDH и GSHS подтверждает процесс окислительного стресса в культуре при депривации кремния. При воздействии ингибитора метакаспаз на клетки U. acus наблюдается угнетение деления клеток, при этом в контроле было показано, что уровень экспрессии исследуемых метакаспаз остается постоянным в течение всего эксперимента. Полученный результат может указывать на важную роль метакаспаз UaMC1, UaMC2, UaMC3 для диатомей. Эксперимент с синхронизированной культурой показал различие в экспрессии генов метакаспаз UaMC1, UaMC2, UaMC3 в процессе морфогенеза створки и на протяжение интерфазы. Экспрессия UaMC1 и UaMC3 имеет колебательный характер. В первые часы увеличивается, падает спустя 12 часов от начала эксперимента и резко повышается через 20 часов, а затем вновь снижается до минимальных значений. Колебания уровня экспрессии UaMC2 имеют сходную, но менее выраженную динамику. Уровень экспрессии генов антиоксидантной системы защиты колеблется незначительно, однако, отмечается пик спустя 20 часов от начала эксперимента у обоих генов. Уменьшение уровня экспрессии всех исследуемых генов спустя 24 часа после возобновления деления может указывать на переход клеток непосредственно к митозу, демонстрируя известное явление транскрипционного молчания при входе в него (Palozola et al., 2017). Таким образом, в данной работе нами исследовано участие метакаспаз и антиоксидантной системы в процессах, связанных с реакцией на дефицит кремния в среде у диатомей. На примере U. acus впервые показана активность метакаспаз в интерфазе. Полученные данные будут способствовать пониманию роли данных протеаз в клеточном цикле и в ответе на стрессовые условия.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, требующего раскрытия в данной статье.
Список литературы
Статья поступила в редакцию 25.06.2023
Об авторах Байрамова Эльвира Махаловна – Elvira M. Bayramova аспирант, младший научный сотрудник, Лимнологический институт СО РАН, Иркутск, Россия (Limnological Institute SB RAS, Irkutsk, Russia) bairamovaelvria@gmail.com Марченков Артём Михайлович – Artem M. Marchenkov кандидат биологических наук marchenkov.am@gmail.com Захарова Юлия Робертовна – Yulia R. Zakharova кандидат биологических наук julia.zakharova@gmail.com Петрова Дарья Петровна – Darya P. Petrova кандидат биологических наук daryapetr@gmail.com Бедошвили Екатерина Джамбулатовна – Yekaterina D. Bedoshvili кандидат биологических наук bedoshvilied@list.ru Корреспондентский адрес: Россия, 664033, Иркутск, ул. Улан-Баторская, 3, ЛИН СО РАН. Телефон: (3952) 42-00-58
ССЫЛКА: Байрамова Э.М., Марченков А.М., Захарова Ю.Р., Петрова Д.П., Бедошвили Е.Д. Роль метакаспаз в развитии и гибели клеток в лабораторной культуре диатомовой водоросли Ulnaria acus (Kützing) Aboal // Вопросы современной альгологии. 2023. № 2 (32). С. 26–28. URL: http://algology.ru/2039 DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2023-2(32)-26-28 EDN – TNPHXX
При перепечатке ссылка на сайт обязательна Уважаемые коллеги! Если Вы хотите получить версию статьи в формате PDF, пожалуйста, напишите в редакцию, и мы ее вам с удовольствием пришлем бесплатно.
The role of metacaspases in the development and death of cells in a laboratory culture of the diatom Ulnaria acus (Kützing) Aboal Elvira M. Bayramova, Artem M. Marchenkov, Yulia R. Zakharova, Limnological Institute SB RAS (Irkutsk, Russia) The study of the participation of metacaspases and the antioxidant system on the example of the genes UaMC1, UaMC2, UaMC3, aldehyde dehydrogenase and glutathione synthetase under different conditions of cultivation of the freshwater diatom Ulnaria acus (Kützing) Aboal using real-time PCR showed their participation not only in cell death processes, but also expression with different activity during the interphase. Key words: diatoms; cell death; cell cycle; metacaspase
References
Authors Bayramova Elvira M. ORCID – https://orcid.org/0000-0001-7433-1580 Limnological Institute SB RAS, Irkutsk, Russia bairamovaelvria@gmail.com Marchenkov Artem M. Limnological Institute SB RAS, Irkutsk, Russia marchenkov.am@gmail.com Zakharova Yulia R. Limnological Institute SB RAS, Irkutsk, Russia julia.zakharova@gmail.com Petrova Darya P. ORCID – https://orcid.org/0000-0002-5594-504X Limnological Institute SB RAS, Irkutsk, Russia daryapetr@gmail.com Bedoshvili Yekaterina D. ORCID – https://orcid.org/0000-0001-9620-5745 Limnological Institute SB RAS, Irkutsk, Russia bedoshvilied@list.ru
ARTICLE LINK: Bayramova E.M., Marchenkov A.M., Zakharova Yu.R., Petrova D.P., Bedoshvili Ye.D. The role of metacaspases in the development and death of cells in a laboratory culture of the diatom Ulnaria acus (Kützing) Aboal. Voprosy sovremennoi algologii (Issues of modern algology). 2023. № 2 (32). P. 26–28. URL: http://algology.ru/2030 DOI – https://doi.org/10.33624/2311-0147-2023-2(32)-26-28 EDN – TNPHXX
When reprinting a link to the site is required Dear colleagues! If you want to receive the version of the article in PDF format, write to the editor, please and we send it to you with pleasure for free.
К разделу ОБЗОРЫ, СТАТЬИ И КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
|
|
|
 | | ||
|
| ||