Дослідження функціонального стану ліпідних рафтів у цитоплазматичній мембрані проростків Pisum Sativum при дії кліностатування
Рубрика:
| Артеменко, ОА |
| Косм. наука технол. 2021, 27 ;(5):035-046 |
| https://doi.org/10.15407/knit2021.05.035 |
| Мова публікації: Українська |
Анотація: Результати цитологічних, біохімічних і молекулярно-біологічних досліджень яскраво демонструють суттєвий вплив мікрогравітації на основні процеси розвитку рослин, розкриваючи механізми, які лежать в основі реакцій рослин на дію мікрогравітації та забезпечують пристосування рослин до дії цього чинника. Ключова роль у функціонуванні клітини належить цитоплазматичній мембрані (ЦМ); насамперед, за своїми якостями та функціями вона може відігравати важливу роль в адаптації рослин до мікрогравітації. Проте дані щодо впливу зміненої гравітації на фізико-хімічні властивості ЦМ обмежені. Останнім часом багато уваги дослідників приділяється вивченню функціональних мікродоменів ліпідного бішару із специфічною локалізацією та вмістом ліпідів і білків - ліпідних рафтів. Їх визначають як динамічну нанорозмірну, збагачену стеролом та сфінголіпідами, впорядковану асоціацію специфічних білків, в якій метастабільний стан спокою може бути активований об’єднанням специфічних ліпід-ліпідних, білково-ліпідних та білок-білкових взаємодій. З’являється все більше експериментальних даних, які підтверджують їхню учать в таких життєво важливих процесах, як ендоцитоз, апоптоз, інтерналізація токсинів, бактерій, вірусів тощо, а також їхню важливу роль у захисних механізмах клітини при різних стресових впливах.
У даній роботі для підтвердження наявності в ЦМ ліпідних рафтів, збагачених холестерином і сфінголіпідами, а також впливу повільного горизонтального кліностатування на функціональний стан мембрани та рухливість її доменів, використовували флуоресцентний маркер стеринів філіпін і флуоресцентний зонд лаурдан. Отримані нами результати стосовно збільшення генералізованої поляризації в умовах кліностатування корелюють з даними, отриманими в попередніх дослідженнях і вказують на чутливість ЦМ до більш тривалої дії кліностатування.
|
| Ключові слова: генералізована поляризація, кліностатування, ліпідні рафти, рослини, сфінголіпіди, холестерин, цитоплазматична мембрана |
References:
1. Allen J. A., Halverson-Tamboli R. A., Rasenick M. M. (2007). Lipid raft microdomains and neurotransmitter signaling. Nature reviews. Neuroscience. 8 (2), 128—140.
https://doi.org/10.1038/nrn2059
2. Beck J. G., Mathieu D., Loudet C., Buchoux S., Dufourc E. J. (2007). Plant sterols in “rafts”: a better way to regulate membrane thermal shocks. FASEB J., 21(8), 1714-23.
https://doi.org/10.1096/fj.06-7809com
3. Brown D.A., London E. (2000). Structure and function of sphingolipid- and cholesterol-rich membrane rafts. J. Biol. Chem., 275 (23), 17221-4.
https://doi.org/10.1074/jbc.R000005200
4. Chen Y., Qin J., Cai J., Chen Z. W. (2009). Cold Induces Micro- and Nano-Scale Reorganization of Lipid Raft Markers at Mounds of T-Cell Membrane Fluctuations.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0005386
5. Dietrich C., Bagatolli L. A., Volovyk Z. N., Thompson N. L., Levi M., Jacobson K., Gratton E. (2001). Lipid rafts reconstituted in model membranes. Biophys. J., 80, 1417—1428.
https://doi.org/10.1016/S0006-3495(01)76114-0
6. Gaus K., Gratton E., Kable E. P., Jones A. S., Gelissen I., Kritharides L., Jessup W. (2003). Visualizing lipid structure and raft domains in living cells with two-photon microscopy. PNAS, 100, 15554—15559.
https://doi.org/10.1073/pnas.2534386100
7. Gaus K., Le Lay S., Balasubramanian N., Schwartz M. A. (2006). Integrin-mediated adhesion regulates membrane order. J. Cell. Biol., 174(5), 725—734.
https://doi.org/10.1083/jcb.200603034
8. Hancock J.F. (2006). Lipid rafts: Contentious only from simplistic standpoints. Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 7, 456—462.
https://doi.org/10.1038/nrm1925
9. Harmaza Y. V. (2008). Cholesterol and Zn-induced membrane changes. Science and innovation, 9, 40—42 [in Russian].
10. Harris F. M., Best K. B., Bell J. D. (2002). Use of laurdan fluorescence intensity and polarization to distinguish between changes in membrane fluidity and phospholipid order. Biochim. Biophys. Acta., 1565(1), 123—128.
https://doi.org/10.1016/s0005-2736(02)00514-x. PMID: 12225860
11. Klymchenko A. S., Kreder R. (2014). Fluorescent Probes for Lipid Rafts: From Model Membranes to Living Cells. Chemistry & Biology, 21(1), 97—113.
https://doi.org/10.1016/j.chembiol.2013.11.009
12. Kordyum E. L. (2014). Plant cell gravisensitivity and adaptation to microgravity. J. Plant Biology,16 (l), 79—90.
https://doi.org/10.1111/plb.12047
13. Kordyum E. L., Klymenko О. М., Bulavin І. V., Zhupanov І. V., Vorobyova Т. V., Ruelland Е. (2018). Lipid rafts in plant cells are sensitive to the influence of simulated microgravity (clinorotation). Space Science and Technology, 24 (4), 48—58.
https://doi.org/10.15407/knit2018.04.051 [in Russian].
14. Lefebvre B., Furt F., Hartmann M. A., Michaelson L. V., Carde J. P., Sargueil-Boiron F., Rossignol M. (2007). Characterization of lipid rafts from Medicago truncatula root plasma membranes: a proteomic study reveals the presence of a raft-associated redox system. Plant Physiol., 144, 402—418.
https://doi.org/10.1104/pp.106.094102
15. Lingwood D., Simons K. (2010). Lipid rafts as a membrane-organizing principle.Science, 327 (5961), 46—50.
https://doi.org/10.1126/science.1174621
16. London E., Brown D. A. (2000). Insolubility of lipids in triton X-100: physical origin and relationship to sphingolipid/cholesterol membrane domains (rafts). Biochim. Biophys. Acta, 1508 (1-2), 182-95.
https://doi.org/10.1016/s0304-4157(00)00007-1
17. M’Baye G., Mély Y., Duportail G., Klymchenko A. S. (2008). Liquid ordered and gel phases of lipid bilayers: fluorescent probes reveal close fluidity but different hydration. Biophys. J., 95, 1217—1225.
https://doi.org/10.1529/biophysj.107.127480
18. Mongrand S., Morel J., Laroche J., Claverol S., Carde J. P., Hartmann M. A., Bonneu M., Simon-Plas F., Lessire R., Bessoule J. J. (2004). Lipid rafts in higher plant cells. The J. Biolog. Chemistry, 279 (35), 36277—36286.
https://doi.org/10.1074/jbc.M403440200
19. Nickels J. D., Smith M. D., Alsop R. J., Himbert S., Yahya A., Cordner D., Zolnierczuk P., Stanley C. B., Katsaras J., Cheng X., Rheinstädter M. C. (2019). Lipid Rafts: Buffers of Cell Membrane Physical Properties. J. Phys. Chem. B., 123(9), 2050—2056.
https://doi.org/doi: 10.1021/acs.jpcb.8b12126.
20. Owen D. M., Rentero C., Magenau A., Abu-Siniyeh A., Gaus K. (2011). Quantitative imaging of membrane lipid order in cells and organisms. Nat. Protoc., 7(1), 24—35.
https://doi/org/10.1038/nprot.2011.419.
21. Parasassi T., De Stasio G., d’Ubaldo A., Gratton E. (1990). Phase fluctuation in phospholipid membranes revealed by Laurdan fluorescence. Biophys. J., 57(6), 1179—1186.
https://doi.org/10.1016/S0006-3495(90)82637-0
22. Parasassi T., Gratton E., Yu W., Wilson P., Levi M. (1997). Two photon fluorescence microscopy of LAURDAN generalized polarization domains in model and natural membranes. Biophys. J., 72, 2413—2429.
https://doi.org/10.1016/S0006-3495(97)78887-8
23. Parasassi T., Krasnowska E. K., Bagatolli L., Gratton E. (1998). Laurdan and prodan as polarity-sensitive fluorescent membrane probes. J. Fluoresc, 8 (4), 365—373.
https://doi.org/10.1023/A:1020528716621.
24. Risselada H. J., Marrink S. J. (2008). The molecular face of lipid rafts in model membranes.PNAS, 105 (45), 17367—17372.
https://doi.org/10.1073/pnas.0807527105
25. Sanchez S. A., Tricerri M. A., Gunther G., Gratton E. (2007). Laurdan generalized polarization: from cuvette to microscope. Modern Research and Educational Topics in Microscopy (Formatex). 2, 1007—1014.
26. Sanchez S. A., Tricerri M. A., Gratton E. (2012).Laurdan GP fluctuations. PNAS, 109 (19), 7314—7319.
https://doi.org/10.1073/pnas.1118288109
27. Sezgin E., Levental I., Mayor S., Eggeling C. (2017). The mystery of membrane organization: composition, regulation and roles of lipid rafts. Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 18, 361—374.
https://doi.org/10.1038/nrm.2017.16
28. Shevyreva Т. А. (2008). Vesicular transport of PIP-aquaporins in a plant cell under osmotic stress. PhD dissertation abstract. Moscow: IPP [in Russian].
29. Simons K., Gerl M. (2010). Revitalizing membrane rafts: new tools and insights. Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 11, 688—699.
https://doi.org/10.1038/nrm2977
30. Vesnina L. (2013). Lipid rafts: the role in the regulation of the functional state of cell membranes. Actual problems of modern medicine, 13 (2), 5—10 [in Russian].
31. Wheeler G., Tyler K. M. (2011). Widefield microscopy for live imaging of lipid domains and membrane dynamics. Biochim. Biophys. Acta, 1808 (3), 634—641.
https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2010.11.017
32. Zhao X., Zhang X., Qu Y., Li R., Baluška F., Wan Y. (2015). Mapping of membrane lipid order in root apex zones of arabidopsis thaliana. Front. Plant Sci., 6, 1151.
https://doi.org/10.3389/fpls.2015.01151
https://doi.org/10.1038/nrn2059
2. Beck J. G., Mathieu D., Loudet C., Buchoux S., Dufourc E. J. (2007). Plant sterols in “rafts”: a better way to regulate membrane thermal shocks. FASEB J., 21(8), 1714-23.
https://doi.org/10.1096/fj.06-7809com
3. Brown D.A., London E. (2000). Structure and function of sphingolipid- and cholesterol-rich membrane rafts. J. Biol. Chem., 275 (23), 17221-4.
https://doi.org/10.1074/jbc.R000005200
4. Chen Y., Qin J., Cai J., Chen Z. W. (2009). Cold Induces Micro- and Nano-Scale Reorganization of Lipid Raft Markers at Mounds of T-Cell Membrane Fluctuations.
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0005386
5. Dietrich C., Bagatolli L. A., Volovyk Z. N., Thompson N. L., Levi M., Jacobson K., Gratton E. (2001). Lipid rafts reconstituted in model membranes. Biophys. J., 80, 1417—1428.
https://doi.org/10.1016/S0006-3495(01)76114-0
6. Gaus K., Gratton E., Kable E. P., Jones A. S., Gelissen I., Kritharides L., Jessup W. (2003). Visualizing lipid structure and raft domains in living cells with two-photon microscopy. PNAS, 100, 15554—15559.
https://doi.org/10.1073/pnas.2534386100
7. Gaus K., Le Lay S., Balasubramanian N., Schwartz M. A. (2006). Integrin-mediated adhesion regulates membrane order. J. Cell. Biol., 174(5), 725—734.
https://doi.org/10.1083/jcb.200603034
8. Hancock J.F. (2006). Lipid rafts: Contentious only from simplistic standpoints. Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 7, 456—462.
https://doi.org/10.1038/nrm1925
9. Harmaza Y. V. (2008). Cholesterol and Zn-induced membrane changes. Science and innovation, 9, 40—42 [in Russian].
10. Harris F. M., Best K. B., Bell J. D. (2002). Use of laurdan fluorescence intensity and polarization to distinguish between changes in membrane fluidity and phospholipid order. Biochim. Biophys. Acta., 1565(1), 123—128.
https://doi.org/10.1016/s0005-2736(02)00514-x. PMID: 12225860
11. Klymchenko A. S., Kreder R. (2014). Fluorescent Probes for Lipid Rafts: From Model Membranes to Living Cells. Chemistry & Biology, 21(1), 97—113.
https://doi.org/10.1016/j.chembiol.2013.11.009
12. Kordyum E. L. (2014). Plant cell gravisensitivity and adaptation to microgravity. J. Plant Biology,16 (l), 79—90.
https://doi.org/10.1111/plb.12047
13. Kordyum E. L., Klymenko О. М., Bulavin І. V., Zhupanov І. V., Vorobyova Т. V., Ruelland Е. (2018). Lipid rafts in plant cells are sensitive to the influence of simulated microgravity (clinorotation). Space Science and Technology, 24 (4), 48—58.
https://doi.org/10.15407/knit2018.04.051 [in Russian].
14. Lefebvre B., Furt F., Hartmann M. A., Michaelson L. V., Carde J. P., Sargueil-Boiron F., Rossignol M. (2007). Characterization of lipid rafts from Medicago truncatula root plasma membranes: a proteomic study reveals the presence of a raft-associated redox system. Plant Physiol., 144, 402—418.
https://doi.org/10.1104/pp.106.094102
15. Lingwood D., Simons K. (2010). Lipid rafts as a membrane-organizing principle.Science, 327 (5961), 46—50.
https://doi.org/10.1126/science.1174621
16. London E., Brown D. A. (2000). Insolubility of lipids in triton X-100: physical origin and relationship to sphingolipid/cholesterol membrane domains (rafts). Biochim. Biophys. Acta, 1508 (1-2), 182-95.
https://doi.org/10.1016/s0304-4157(00)00007-1
17. M’Baye G., Mély Y., Duportail G., Klymchenko A. S. (2008). Liquid ordered and gel phases of lipid bilayers: fluorescent probes reveal close fluidity but different hydration. Biophys. J., 95, 1217—1225.
https://doi.org/10.1529/biophysj.107.127480
18. Mongrand S., Morel J., Laroche J., Claverol S., Carde J. P., Hartmann M. A., Bonneu M., Simon-Plas F., Lessire R., Bessoule J. J. (2004). Lipid rafts in higher plant cells. The J. Biolog. Chemistry, 279 (35), 36277—36286.
https://doi.org/10.1074/jbc.M403440200
19. Nickels J. D., Smith M. D., Alsop R. J., Himbert S., Yahya A., Cordner D., Zolnierczuk P., Stanley C. B., Katsaras J., Cheng X., Rheinstädter M. C. (2019). Lipid Rafts: Buffers of Cell Membrane Physical Properties. J. Phys. Chem. B., 123(9), 2050—2056.
https://doi.org/doi: 10.1021/acs.jpcb.8b12126.
20. Owen D. M., Rentero C., Magenau A., Abu-Siniyeh A., Gaus K. (2011). Quantitative imaging of membrane lipid order in cells and organisms. Nat. Protoc., 7(1), 24—35.
https://doi/org/10.1038/nprot.2011.419.
21. Parasassi T., De Stasio G., d’Ubaldo A., Gratton E. (1990). Phase fluctuation in phospholipid membranes revealed by Laurdan fluorescence. Biophys. J., 57(6), 1179—1186.
https://doi.org/10.1016/S0006-3495(90)82637-0
22. Parasassi T., Gratton E., Yu W., Wilson P., Levi M. (1997). Two photon fluorescence microscopy of LAURDAN generalized polarization domains in model and natural membranes. Biophys. J., 72, 2413—2429.
https://doi.org/10.1016/S0006-3495(97)78887-8
23. Parasassi T., Krasnowska E. K., Bagatolli L., Gratton E. (1998). Laurdan and prodan as polarity-sensitive fluorescent membrane probes. J. Fluoresc, 8 (4), 365—373.
https://doi.org/10.1023/A:1020528716621.
24. Risselada H. J., Marrink S. J. (2008). The molecular face of lipid rafts in model membranes.PNAS, 105 (45), 17367—17372.
https://doi.org/10.1073/pnas.0807527105
25. Sanchez S. A., Tricerri M. A., Gunther G., Gratton E. (2007). Laurdan generalized polarization: from cuvette to microscope. Modern Research and Educational Topics in Microscopy (Formatex). 2, 1007—1014.
26. Sanchez S. A., Tricerri M. A., Gratton E. (2012).Laurdan GP fluctuations. PNAS, 109 (19), 7314—7319.
https://doi.org/10.1073/pnas.1118288109
27. Sezgin E., Levental I., Mayor S., Eggeling C. (2017). The mystery of membrane organization: composition, regulation and roles of lipid rafts. Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 18, 361—374.
https://doi.org/10.1038/nrm.2017.16
28. Shevyreva Т. А. (2008). Vesicular transport of PIP-aquaporins in a plant cell under osmotic stress. PhD dissertation abstract. Moscow: IPP [in Russian].
29. Simons K., Gerl M. (2010). Revitalizing membrane rafts: new tools and insights. Nat. Rev. Mol. Cell Biol., 11, 688—699.
https://doi.org/10.1038/nrm2977
30. Vesnina L. (2013). Lipid rafts: the role in the regulation of the functional state of cell membranes. Actual problems of modern medicine, 13 (2), 5—10 [in Russian].
31. Wheeler G., Tyler K. M. (2011). Widefield microscopy for live imaging of lipid domains and membrane dynamics. Biochim. Biophys. Acta, 1808 (3), 634—641.
https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2010.11.017
32. Zhao X., Zhang X., Qu Y., Li R., Baluška F., Wan Y. (2015). Mapping of membrane lipid order in root apex zones of arabidopsis thaliana. Front. Plant Sci., 6, 1151.
https://doi.org/10.3389/fpls.2015.01151