Oxiprolinrika glykoproteiner

De proteiner som är bundna till den primära växtcellväggen är vanligtvis glykoproteiner. De är antingen kovalent bundna till cellväggen eller stannar kvar i cellväggen i löst tillstånd. Vissa av dem är enzymer, andra utför strukturella funktioner.

De flesta cellväggsglykoproteiner är rika på oxyprolin. De oxyprolinrika glykoproteinerna (ORG) är linjära molekyler som är rika på basiska aminosyror. En hög halt av dessa aminosyror omvandlar cellväggen till en polykationisk barriär som binder negativt laddade partiklar eller celler som liknar bakterieceller.

Plantceller utsöndrar minst tre klasser av glykoproteiner som innehåller en stor mängd oxyprolin: extensins, arabinogalaktanproteiner och lektiner.

Extensin utsöndras som ett lösligt protein som är svagt bundet till cellväggarna genom isodityrosinbryggor; så småningom produceras en olöslig cellkomponent. Två tredjedelar av den lösliga formen av extensin består av kolhydrater och en tredjedel av proteiner. Molekylvikten för morotsextensin är 86 kDa, och ungefär 36 kDa frigörs vid deglykosylering. Extensinets tvärbindning med cellväggskomponenterna verkar byggas upp med inblandning av ett specifikt peroxidas.

Extensin har en ovanlig aminosyrasammansättning: Extensin har en ovanlig sammansättning: 41 mol.% oxyprolin, 12 mol.% serin, 10 mol.% lysin, 8 mol.% tyrosin och 0-11 mol.% histidin. Avsaknaden av sura aminosyror och det stora innehållet av lysin och histidin bestämmer den basiska isoelektriska punkten inom 10-12. Cellväggsextensin kan omvandlas till ett lösligt glykoprotein med hjälp av prolylhydroxylas och oxyprolylarabinosyltransferas. Båda enzymerna är lokaliserade i Golgiapparaten. Tri- och tetrarabinosidernas sidokedjor är mestadels kopplade till oxyprolinrester.

I motsats till extensin är arabinogalaktanproteiner lösliga oxyprolininnehållande glykoproteiner som lokaliseras både i cytoplasma och extracellulärt. Aminosyrorna i arabinogalaktanproteiner är huvudsakligen oxyprolin, serin, alanin och glycin. Arabinos- och arabinogalaktankedjor med hög polymeriseringsgrad samt den grenade kolhydratkärnan av α-D-galac-topyranosylrester är kopplade till oxyprolin. Arabinosid- och glykuronsyror är dessutom knutna till kärnan. Hydroxylering av prolin och transport av arabinosid till oxyprolin verkar ske på samma sätt som i extensin.

Och slutligen är den tredje ORG-klassen lektiner från växterna i Solanaceae-familjen som är lokaliserade både intracellulärt och extracellulärt. Dessa proteiner innehåller 50-60 % oxyprolin, serin, glycin och cystein som är de dominerande aminosyrorna. Arabinosaresterna är bundna till oxyprolin och galaktosylresterna till serin. ORG från potatis agglutinerar avirulenta men inte virulenta stammar av den bakteriella vissnesjukdomen Ralstonia solanacearum. De benämndes ”agglutininer” för att skilja dem från strukturellt liknande lektiner som endast har låg hemagglutinerande aktivitet. Agglutininer är lösliga föreningar av cellväggar som innehåller upp till 61 % kolhydrater. Kolhydratdelen består av arabinos och en liten mängd galaktos, glukos och glukosamin. Molekylvikten är 91 kDa och minskar vid deglykosilation till 56 kDa. Hittills är det svårt att bedöma om agglutininer spelar någon roll i relationen mellan växt och parasit.

Mekanismerna för ORG-biosyntesen är ännu inte helt klara. Man antar att etylen är inblandat i denna process, eftersom elicitorerna inducerar dess bildning. Dessutom kan etylen i sig självt inducera ORG-bildning. I melonens cellväggar ökar ORG-innehållet med flera gånger som svar på inokulering med Gloeosporium lagenarium, vilket åtföljs av en kraftig ökning av etylenproduktionen i växten. Elicitorerna från denna svamp eller melonens cellväggar orsakade en liknande reaktion. Behandling av melonplantorna med etylen före inokulationen ökade både ORG-innehållet och motståndskraften, medan hämning av ORG:erna främjade deras kolonisering av patogenen.

Specifik hämning av etylenbiosyntesen i inokulerade eller elicitorbehandlade växtvävnader undertryckte oxyprolinavlagringen i väggarna. Etylenprekursorn aminocyclopropankarboxylsyra inducerade ORGs i vävnaderna hos de obehandlade plantorna och återställde även ORG-bildningen i de vävnader som behandlades med inhibitorn.

Elicitorn från Phytophthora megasperma inducerade syntesen av etylen och ORGs i sojabönans hypokotyler. Ett ökat innehåll av oxyprolin uppstod också vid inkompatibel men inte kompatibel interaktion av gurka med Cladosporium cucumerinum. Tvärtom ökade oxyprolinkoncentrationen i vetets cellväggar vid inokulering med en kompatibel linje av Erysiphe graminis.

Ackumulation av ORGs och deras mRNA i infekterade vävnader och cellkultur inträffade i bönor som angripits av Colletotrichum lindemutianum, tillsammans med tillfällig aktivering av prolylhydroxylas och arabinosyltransferas. Arabinosyltransferas är kopplat till Golgiapparaten, medan prolylhydroxylas är koncentrerat till det endoplasmatiska retikulumet.

En ökning av ORG-nivån i cellväggarna i infekterade vävnader förändrar kraftigt deras egenskaper. Som polymerer förstärker ORG cellytan, och som polykationer ändrar de ytladdningen.

ORG-gener från morot, tomat och bönor har klonats och sekvenserats. I alla tre fallen hade generna betydande homologi till varandra och innehöll en karakteristisk upprepande sekvens som kodar för serin-fyra prolinpentapeptid. ORG-bildningen kodas av en familj av gener som regleras på olika sätt i skadade eller infekterade växter.

Mängden och hastigheten av mRNA-ackumulationen för ORGs i hypokotyler av bönor som inokulerats med en inkompatibel ras av C. lindemuthianum visade sig vara betydligt högre än i en kompatibel interaktion. Det visades också att mRNA för ORGs ackumulerades även i oinfekterad vävnad vid sidan av inokulationsstället, vilket tyder på en systemisk karaktär av deras bildning.

Tyvärr innehåller växternas cellväggar glykoproteiner, varav många har jäsningsaktivitet. Vissa av dem, särskilt peroxidaser och glykosylhydrolaser, kan spela en viktig roll i växternas försvarsreaktioner mot fytopatogener. Det specifika peroxidaset är till exempel inblandat i ligninbiosyntesen och bildandet av isodityrosinbryggor av extensin, liksom de bryggor där cellväggarna är bundna av ferulsyra. Glykosylhydrolaser, som är en vanlig komponent i växternas cellväggar, kan vara ansvariga för frisättningen av oligosackariner från växters eller svampars cellväggar.