Каждая клетка окружена жирной клеточной мембраной. Сигналы от других клеток и из окружающей среды должны восприниматься на поверхности клетки, передаваться через эту мембрану и транслироваться в определенный ответ внутри клетки.
Все организмы развили белки мембранных рецепторов для выполнения этих сложных задач, но мембранные рецепторы растений кардинально отличаются от хорошо изученных игроков у животных и бактерий. Стероидный рецептор растений BRI1, который может воспринимать небольшой стероидный гормон, способствующий росту растений, принадлежит к семейству рецепторных киназ с богатыми лейцином повторами (LRR), которые ответственны за большинство событий передачи сигналов через мембрану растений. Ранее было показано, что BRI1 напрямую связывает малый стероидный гормон с его LRR-доменом на поверхности клетки.
Джулия Сантьяго, научный сотрудник лаборатории Hothorn, теперь смогла продемонстрировать, что BRI1 требуется вспомогательный белок для правильного восприятия гормона и передачи сигнала через мембрану.
Помощник SERK1 является известным участником сигнального пути брассиностероида, но было неожиданно увидеть, насколько рано он требуется. Поражая кристаллы белка, содержащие тройной комплекс BRI1 – стероидный гормон – SERK1, интенсивным рентгеновским излучением, Сантьяго смог увидеть, что SERK1 вносит непосредственный вклад в формирование кармана связывания гормона, причем оба белка взаимодействуют с гормоном.
Таким образом, стероид действует как молекулярный клей, который способствует ассоциации LRR-доменов BRI1 и SERK1 на поверхности клетки. Затем это вызывает взаимодействие доменов цитоплазматических киназ внутри клетки, что, в свою очередь, активирует хорошо изученный сигнальный путь, запускающий ответную реакцию роста.
Интересной особенностью SERK1 является то, что он может помочь активировать несколько, казалось бы, неродственных киназ рецепторов растений, которые связывают совершенно разные лиганды и вызывают разные ответы. Новые структуры дают первое представление о том, как SERK1 может это сделать. Вместо того, чтобы пожать руку BRI1, он использует только несколько “ кончиков пальцев ” для контакта с рецептором.
Другие, строго консервативные участки поверхности остаются доступными для взаимодействия с другими рецепторными киназами растений и, возможно, их лигандами. «Должно быть какое-то преимущество в том, чтобы объединить все эти различные функции в один вспомогательный белок», – предполагает Хорнхорн. Примечательно, что использование общего вспомогательного белка может позволить различным сигнальным путям связываться друг с другом.
Атомные модели также предлагают другие новые идеи: «Глядя на наши модели, мы теперь можем довольно хорошо предсказать, какая мутация в рецепторе или вспомогательном белке должна влиять на последующий путь передачи сигналов. Мы также знаем, какие части гормона действительно важны для его связывания с рецептором или с белком-помощником.«Такое подробное понимание может способствовать рациональному дизайну синтетических растительных стероидных гормонов и антагонистов рецепторов с применением в фундаментальных исследованиях и, возможно, когда-нибудь в полевых условиях.