Российские исследователи обнаружили в семенах гороха посевного (Pisum sativum) амилоидоподобные скопления запасных белков, в первую очередь вицилина, сообщается в PLoS Biology. Это первый случай, когда растительные белки находят в такой форме. Амилоидные скопления вицилина образуются в клетках семядолей гороха, их содержание растет по мере созревания семени, а после прорастания падает. Они не распадаются под воздействием пищеварительных ферментов и при варке, сохраняются после консервирования и в больших концентрациях токсичны для клеток млекопитающих.
Амилоид (амилоидные волокна, бляшки и прочее) — это скопление молекул белков, прочно связанных бета-складчатыми листами. Они способны к самоорганизации: если несколько молекул белка перешло в форму амилоида, то и соседние молекулы тоже ее примут. Кроме того, белки в амилоидах часто образуют связи с полисахаридами или некоторыми другими молекулами. Эти стойкие образования выявляют у больных различными тяжелыми и неизлечимыми недугами, в том числе болезнью Альцгеймера. Некоторое количество амилоидов присутствует и в здоровых клетках, например в гиппокампе млекопитающих и грибовидных телах насекомых, и способствует запоминанию. Важны они и для хранения пептидных гормонов, создания биопленок (у бактерий), формирования специализированных гиф (у грибов) и ряда других целей.
Интересно, что хотя слово «амилоид» связано с крахмалом и изначально использовалось для обозначения углеводов растительной клетки (и до сих пор амилопластами называют структуры, образующие крахмал), у растений белков в форме амилоидных скоплений еще не находили. Однако биоинформатический анализ последовательностей аминокислот в составе различных растительных белков показал, что существование амилоидов в клетках этой группы организмов возможно: грубо говоря, аминокислоты в некоторых белках стоят в таком порядке, что могут образовать характерные для амилоидов структуры. Согласно ему, наиболее вероятные кандидаты на образование амилоидов в растениях — глобулиновые белки «размером» 11S и 7S (единиц Сведберга; определяют скорость осаждения, но не реальный размер молекулы)
Авторы этого анализа, сотрудники Всероссийского НИИ сельскохозяйственной микробиологии и еще нескольких российских научных учреждений во главе с Антоном Нижниковым проверили состояние ряда глобулиновых белков в семенах одного из модельных растений — гороха посевного (Pisum sativum). За содержанием различных белков в семенах следили с момента их образования до прорастания. Амилоиды выявляли жидкостной хроматографией, а также действием ионных детергентов (в отличие от других форм белков, амилоидные скопления после такого воздействия сохраняются).
Оказалось, что амилоидные скопления в семенах гороха есть, и большую их часть образует белок вицилин. Они служат одним из источников азота для проростков. Больше всего их оказалось в семядолях — структурах семени, где обычно бобовые запасают питательные вещества для зародышей. Содержание вицилиновых амилоидных скоплений росло по мере созревания семени, но после его прорастания падало. По всей видимости, такая форма хранения белка помогает стабилизировать его до момента, пока он не понадобится молодому растению.
Амилоидные скопления удалось извлечь из семян и посмотреть на их свойства in vitro и действие на другие организмы. Их присутствие в среде с неамилоидными молекулами вицилина способствовало тому, что вторые тоже формировали скопления. На поверхности клеток кишечной палочки и в клетках дрожжей они вели себя так же. В вареных и консервированных семенах гороха тоже присутствовали амилоидные фибриллы вицилина. Они оказались стойкими к воздействию ферментов, разрушающих белки, но распадались под направленным действием ультразвука.
Когда вицилиновый амилоид вводили в культуры клеток дрожжей в концентрации 0,5 микромоль на миллилитр и выше, почти все они гибли. То же происходило и с культурой клеток аденокарциномы толстой кишки человека DLD1. Стоит учесть, что в семенах гороха концентрация амилоида значительно ниже, поэтому такие результаты не означают, что есть горох опасно для здоровья.
Наверняка вицилин не единственный растительный протеин, способный образовывать амилоидные скопления. Искать другие похожие по свойствам белки следует в семенах и других частях растений, которые используются для переживания неблагоприятных условий. Исключительная стойкость амилоидов ко внешним воздействиям делает их надежной формой хранения белков.
Семя — удивительно стойкая структура. Она может храниться без потери жизнеспособности десятки, а то и тысячи лет. Самые старые семена, которые удалось прорастить, — это семена иудейских финиковых пальм возрастом около двух тысяч лет. А живые зародыши извлекли (и вырастили из них полноценные особи) из еще более старых семян смолевки узколистой (или, по некоторым данным, зорьки сибирской) возрастом 31800 лет. В обоих случаях сохранить «посадочный материал» помог климат: косточки финиковой пальмы до прибытия ученых лежали в жарком месте с очень низкой влажностью на юго-западном побережье Мертвого моря, а плоды смолевки — в многолетней мерзлоте на северо-востоке Якутии.
Светлана Ястребова