«Биология. Экология» 2013 2

Роль активных форм кислорода и участие митохондрий в развитии программируемой клеточной гибели в колеоптилях озимой пшеницы

Авторы: А. В. Корсукова, О. И. Грабельных, И. В. Любушкина, Т. П. Побежимова, Н. А. Королева, Н. С. Павловская, И. В. Федосеева, В. К. Войников
Аннотация:

Изучены содержание активных форм кислорода (АФК) и некоторые параметры функциональной активности митохондрий из колеоптилей этиолированных проростков озимой пшеницы в условиях естественного старения и в условиях окислительного стресса, вызванного обработкой 10 мМ перекисью водо- рода (4 ч). Показано, что старение колеоптиля (начиная с 6-х суток роста) сопровождается значительным снижением интактности митохондрий и коэффициента дыхательного контроля (ДК), увеличением содержания АФК в митохондриях и частичным высвобождением цитохрома с из митохондрий в цитозоль. Перекись водорода ускоряет гибель клеток колеоптилей по типу программируемой клеточной гибели с участием митохондрий.
Ключевые слова: активные формы кислорода, митохондрии, программируемая клеточная гибель, колеоптиль, Triticum aestivum L
УДК: 581.1, 633/635
Литература: 1. Апоптоз в первом листе у этиолированных проростков пшеницы: влияние антиоксиданта ионола (ВНТ) и перекисей / В. А. Замятнина [и др.] // Биохимия. – 2002. – Т. 67. – С. 253–264.
2. Ванюшин Б. Ф. Апоптоз у растений / Б. Ф. Ванюшин // Успехи биол. химии. – 2001. – Т. 41. – С. 3–38.
3. Действие антиоксиданта ионола (ВНТ) на рост и развитие этиолированных проростков пшеницы: контроль за апоптозом, делением клеток, ультраструктурой органелл и дифференцировкой пластид / Л. Е. Бакеева [и др.] // Биохимия. – 2001. – Т. 66. – С. 1048–1059.
4. Локализация белков, иммунохимически родственных субъединицам стрессового белка 310 кД, в митохондриях озимой пшеницы / Т. П. Побежимова [и др.] // Физиол. растений. – 2001. – Т. 48. – С. 238–244.
5. Межнуклеосомная фрагментация и синтез ДНК в проростках пшеницы / М. Д. Кирнос [и др.] // Физиология растений. – 1999. – Т. 46. – С. 48–57.
6. Об использовании 2,3,5-трифенилтетразолий хлорида для оценки жизнеспособности культур растительных клеток / А. Г. Еникеев [и др.] // Физиология растений. – 1995. – Т. 42, № 3. – С. 423–426.
7. Н2О2 усиливает СN--индуцированный апоптоз в листьях гороха / В. Д. Самуилов [и др.] // Биохимия. – 2006. – Т. 71. – С. 481–492.
8. Трушанов А. А. Изготовление в лабораторных условиях закрытого полярографического электрода Кларка // Руководство по изучению биологического окисления полярографическим методом / отв. ред. Г. М. Франк. – М. : Наука, 1973. – 221 с.
9. Циклоспорин А-чувствительная митохондриальная пора озимой пшеницы при низкотемпературном и окислительном стрессах / Н. С. Павловская [и др.] // Докл. АН. – 2007. – Т. 417, № 2. – С. 283–285.
10. A plant alternative to animal caspases: subtilisin-like proteases / A. B. Vartapetian [et al.] // Cell Death Differ. – 2011. – Vol. 18. – P. 1289–1297.
11. Amor Y. Anoxia pretreatment protects soybean cells against H2O2-induced cell death: possible involvement of peroxidase and of alternative oxidase / Y. Amor, M. Chevion, A. Levine // FEBS Lett. – 2000. – Vol. 477 – P. 175–180.
12. Apoptosis in plants: specific features of plant apoptotic cells and effect of various factors and agents / B. F. Vanyushin [et al.] // Int. Rev. Cytol. – 2004. – Vol. 233. – P. 135–179.
13. Baker C. J. An improved method for monitoring cell death in cell suspension and leaf disk assay using Evans blue / C. J. Baker, N. M. Mock // Plant Cell, Tissue and Organ Culture. – 1994. – Vol. 39. – P. 7–12.
14. Balk J. Translocation of cytochrome c from the mitochondria to the cytosol occurs during heat-induced programmed cell death in cucumber plants / J. Balk, C. J. Leaver, P. F. McCabe // FEBS Lett. –1999. – Vol. 463. – P. 151–154.
15. Balk J. The PET1-CMS mitochondrial mutation in sunflower is associated with premature programmed cell death and cytochrome c release / J. Balk, C. J. Leaver // The plant cell. – 2001. – Vol. 13. – P. 1803–1818.
16. Crompton M. The mitochondrial permeability transition pore and its role in cell death / M. Crompton // Biochem. J. – 1999. – Vol. 341. – P. 233–249.
17. Estabrook R. Mitochondrial respiratory control and the polarographic measurement of ADP:O ratio / R. Estabrook // Methods Enzymol. – 1967. – Vol. 10. – P. 41–47.
18. Guimarães C. A. Programmed cell death. Apoptosis and alternative deathstyles / C. A. Guimarães, R. Linden // Eur. J. Biochem. – 2004. – Vol. 271. – P. 1638–1650.
19. Haem oxygenase delays programmed cell death in wheat aleurone layers by modulation of hydrogen peroxide metabolism / M. Wu [et al.] // J. Exp. B. – 2011. – Vol. 62. – P. 235–248.
20. Hydrogen peroxide induces programmed cell death features in cultured tobacco BY-2 cells, in a dosedependent manner / V. Houot [et al.] // J. Exp. Bot. – 2001. – Vol. 52. – P. 1721–1730.
21. Hydrogen peroxide–mediated activation of MAP Kinase 6 modulates nitric oxide biosynthesis and signal transduction in Arabidopsis / P. Wang [et al.] // Plant Cell. – 2010. – Vol. 22. – P. 2981–2998.
22. Jabs T. Reactive oxygen intermediates as mediators of PCD in plants and animals / T. Jabs // Biochem. Pharmacol. – 1998. – Vol. 57. – P. 231–245.
23. Kroemer G. Mitochondrial control of cell death / G. Kroemer, J. C. Reed // Nat. Med. – 2000. – Vol. 6. – P. 513–519.
24. Laemmli U. K. Cleavage of structural proteins during the assemble of the head bacteriophage T4 / U. K. Laemmli // Nature. – 1970. – Vol. 227. – P. 680–685.
25. Liu H. Endoplasmic reticulum stressassociated caspase 12 mediates cisplatin-induced LLCPK1 cell apoptosis / H. Liu, R. Baliga // J. Am. Soc. Nephrol. – 2005. – Vol. 16. – P. 1985–1992.
26. Mechanisms of cytochrome c release from mitochondria / C. Garrido [et al.] // Cell Death Differ. – 2006. – Vol. 13. – P. 1423–1433.
27. Mitochondrial involvement in tracheary element programmed cell death / X-H. Yu [et al.] // Cell Death Differ. – 2002. – Vol. 9. – P. 189–198.
28. Modified alternative oxidase expression results in different reactive oxygen species contents in Arabidopsis cell culture but not in whole plants / V. I. Tarasenko [et al.] // Biol. Plantarum. – 2012. – Vol. 56. – P. 635–640.
29. Moller I. M. Plant mitochondria and oxidativestress: electron transport, NADPH turnover, and metabolism of reactive oxygen species / I. M. Moller // Annu. Rev. Plant Physiol. Plant Mol. Biol. – 2001. – Vol. 52. – P. 561–591.
30. Nuclear-mitochondrial cross-talk during heat shock in Arabidopsis cell culture / E. G. Rikhvanov [et al.] // Plant J. – 2007. – Vol. 52, N 4. – P. 763–768.
31. Phytaspase, a relocalisable cell death promoting plant protease with caspase specificity / N. V. Chichkova [et al.] // EMBO J. – 2010. – Vol. 29. – P. 1149–1161.
32. Plant mitochondrial pathway leading to programmed cell death / A. Vianello [et al.] // Physiol. Plant. – 2007. – Vol. 129. – P. 242–252.
33. Production of reactive oxygen species, alteration of cytosolic ascorbate peroxidase, and impairment of mitochondrial metabolism are early events in heat shock-induced programmed cell death in tobacco Bright-Yellow 2 cells / R. A. Vacca [et al.] // Plant Physiol. – 2004. – Vol. 134. – P. 1100–1112.
34. Protein measurement with the Folin phenol reagent / O. H. Lowry [et al.] // J. Biol. Chem. – 1951. – Vol. 193. – P. 265–275.
35. Reape T. J. Apoptotic-like regulation of programmed cell death in plants / T. J. Reape, P. F. McCabe // Apoptosis. – 2010. – Vol. 15. – P. 249–256.
36. Scott I. Mitochondria and cell death pathways in plants: actions speak louder than words / I. Scott, D. C. Logan // Plant Signaling & Behavior. – 2008. – Vol. 3. – P.475–477.
37. Sorting out the role of reactive oxygen species during plant programmed cell death induced by ultraviolet C overexposure / C. Gao [et al.] // Plant Signaling & Behavior. – 2008. – Vol. 3. – P. 197–198.
38. Subcellular reorganization of mitochondria producing heavy DNA in aging wheat coleoptiles / L. E. Bakeeva [et al.] // FEBS Lett. – 1999. – Vol. 457. – P. 122–125.
39. The alternative oxidase lowers mitochondrial reactive oxygen production in plant cells / D. P. Maxwell [et al.] // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 1999. – Vol. 96. – P. 8271–8276.
40. The coordinate release of cytochrome c during apoptosis is rapid, complete and kinetically invariant / J. C. Goldstein [et al.] // Nature Cell Biol. – 2000. – Vol. 2. – P. 156–162.
41. The mitochondrion – an organelle commonly involved in programmed cell death in Arabidopsis thaliana. / N. Yao [et al.] // Plant J. – 2004. – Vol. 40. – P. 596–610.
42. Thornberry N. A. Caspases / N. A. Thornberry, Y. Lazebnik // Enemies Within Science. – 1998. – Vol. 281, N 5381. – P. 1312–1316.
43. Tiwari B. S. Oxidative stress increased respiration and generation of reactive oxygen species, resulting in ATP depletion, opening of mitochondrial permeability transition, and programmed cell death / B. S. Tiwari, B. Belenghi, A. Levine // Plant Physiol. – 2002. – Vol. 128. – P. 1271–1281.
44. Tsujimoto Y. Role of the mitochondrial membrane permeability transition in cell death / Y. Tsujimoto, S. Shimizu // Apoptosis. – 2007. – Vol. 12. – P. 835–840.
45. Virolainen E. Ca2+-induced high amplitude swelling and cytochrome c release from Wheat (Triticum aestivum L.) mitochondria under anoxic stress / E. Virolainen, O. Blokhina, K. Fagerstedt // Ann. Bot. – 2002. – Vol. 90. – P. 509–516.
46. Williams B. Plant programmed cell death: can't live with it; can't live without it / B. Williams, M. Dickman // Mol. Plant Path. – 2008. – Vol. 9. – P. 531–544.