«Заводы уникальны в этом, они застревают везде, где они прорастают, таким образом, они должны использовать множество способов иметь дело с экологическими проблемами», говорит Джоанн Чори, ведущий автор бумаги и директор Завода Солка Молекулярная и Клеточная Лаборатория Биологии. «Понимание использования заводов методов, чтобы справиться с напряжением может помочь нам спроектировать более сильные зерновые культуры с улучшенным урожаем, чтобы стоять перед нашей растущей нехваткой продовольствия».У заводов есть клеточные органоиды, сродни крошечным солнечным батареям в каждом листе.
Эти микроскопические структуры, названные хлоропластами, преобразовывают солнечный свет в химическую энергию позволить заводу вырасти. Центр управления клетки, ядра, иногда отсылает сигналы разрушить все эти 50-100 хлоропластов в клетке, такой как осенью, когда листья становятся коричневыми и понижаются. Однако команда Salk нашла, как ядро завода начинает ухудшать и снова использовать материалы избранных, работающих со сбоями хлоропластов – механизм, который подозревался, но никогда не показывался до сих пор.
«Мы обнаружили новый путь, который позволяет клетке сделать, контроль качества проверяет хлоропласты», говорит Джесси Вудсон, научный сотрудник Salk и первый автор статьи. Хлоропласты полны ферментов, белков и других материалов, которые может иначе использовать завод, если хлоропласт дефектный (например, создавая токсичные материалы) или не необходимый.Изучая версию мутанта образцового завода Arabidopsis, команда заметила, что завод делал дефектные хлоропласты, которые создали реактивную, токсичную молекулу, названную кислородом майки, который накопился в клетках. Команда заметила, что клетки отмечали поврежденные хлоропласты для деградации с признаком белка, названным ubiquitin, который используется в организмах от дрожжей до людей, чтобы изменить функцию белка.
Под более близким следствием команда заметила, что белок под названием PUB4 начинал маркировку.«Поврежденные хлоропласты покрывались в этом ubiquitin белке», говорит Вудсон. «Мы думаем, что это существенно отличается, чем сигнал всей клетки, потому что клетка хочет продолжить делать фотосинтез, но имеет некоторые плохие хлоропласты, чтобы предназначаться и удалить».В то время как PUB4 был связан с некрозом клеток в другой работе, команда Salk показала, что этот белок начинает ухудшение хлоропластов, помещая ubiquitin признаки, чтобы отметить органоид для клеточной переработки. Этот процесс, говорит Вудсон, похож на маркирующие дефектные солнечные батареи, чтобы сломать их для других материалов.
«Понимание базовой биологии заводов как эта отборная деградация хлоропласта приводит нас шаг ближе к изучению, как управлять хлоропластами и зерновыми культурами дизайна, которые являются более стойкими к стрессорам», говорит Чори, который является также Говардом Хьюзом Медицинский следователь Института и держатель Стула Говарда Х. и Марьям Р. Ньюман в Биологии Завода. Например, если растение растет в окружающей среде, которая справедливо смягчена, можно было потенциально уменьшить ухудшение хлоропластов, чтобы стимулировать рост завода. Или, если окружающая среда содержала много солнца, поощряющего на расстройстве, и регенерация хлоропластов могла помочь заводу процветать.Интересно, хлоропласты могли помочь нам понять мозги также.
У нейронов есть производящие энергию органоиды, подобные хлоропластам, названным митохондриями. «Недавно стало очевидно, что митохондрии выборочно ухудшены в клетке и что плохое накопление митохондрий могло привести к болезни как болезнь Паркинсона и возможно болезнь Альцгеймера», говорит Вудсон. «Клетки, или завод или животное, изучают, как ухудшить более не существующие энергетические органоиды выборочно, чтобы выжить».Лучшим пониманием этого процесса в хлоропластах команда Salk может быть в состоянии также подобрать понимание как ручка клеток, неправильно себя ведущая митохондрии. «До сих пор кажется, что это мог бы быть параллельный процесс», добавляет Вудсон. «Мы надеемся с нашими молекулярными и генетическими инструментами, доступными для заводов, мы можем продолжить раскрывать общие понятия о том, как клетки делают их, контроль качества проверяет органоиды, и узнайте что-то о нейродегенеративном заболевании также».