Ατομικές ιδέες για το πώς μεγαλώνουν τα φυτά φυτών

Οι φυτικές στεροειδείς ορμόνες, γνωστές και ως Brassinosteroids (BRS), διαδραματίζουν κρίσιμους ρόλους σε διάφορες διεργασίες ανάπτυξης φυτών και αναπτυξιακών. Παρά τη σημασία τους, οι μοριακοί μηχανισμοί που αποτελούν τη βάση του τρόπου με τον οποίο τα BRS ρυθμίζουν την ανάπτυξη των φυτών σε ατομικό επίπεδο δεν έχουν διευκρινιστεί πλήρως. Οι πρόσφατες εξελίξεις στη δομική βιολογία και τις βιοφυσικές τεχνικές έδωσαν σημαντικές γνώσεις στις αλληλεπιδράσεις μεταξύ BRS και των υποδοχέων τους, ρίχνοντας φως στη μοριακή βάση της σηματοδότησης BR.

Το μη ευαίσθητο από τα μπαστετοστεροειδή 1 (BRI1) είναι ο κύριος υποδοχέας για το BRS. Ανήκει στην οικογένεια των κινάσεων υποδοχέα που μοιάζουν με πλούσια σε λευκίνη (LRR) (RLKs). Δομικές μελέτες που χρησιμοποιούν κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ και μικροσκοπία κρυο-ηλεκτρονικής (Cryo-EM) αποκάλυψαν την λεπτομερή αρχιτεκτονική του συμπλέγματος BRI1-BR. Η περιοχή δέσμευσης ορμόνης του BRI1 αποτελείται από μια εξωκυτταρική περιοχή LRR και μια διαμεμβρανική περιοχή. Κατά τη δέσμευση BR, η BRI1 υφίσταται αλλαγές διαμόρφωσης, οδηγώντας στην ενεργοποίηση της περιοχής ενδοκυτταρικής κινάσης.

Η ενεργοποιημένη BRI1 κινάση φωσφορυλιώνει ειδικά κατάντη υποστρώματα, ξεκινώντας έναν καταρράκτη συμβάντων σηματοδότησης που τελικά ελέγχουν την ανάπτυξη και την ανάπτυξη των φυτών. Ένα κρίσιμο υπόστρωμα είναι η σχετιζόμενη με BRI1 κινάση 1 (BAK1), ένα άλλο LRR-RLK. Το σύμπλεγμα BRI1-BAK1 εντοπίζεται στη μεμβράνη πλάσματος και διαδραματίζει κεντρικό ρόλο στη σηματοδότηση BR. Η δομική ανάλυση του συμπλέγματος BRI1-BAK1 έχει δώσει πληροφορίες για τους μοριακούς μηχανισμούς της αλληλεπίδρασης και ενεργοποίησης BRI1-BAK1.

Εκτός από το BRI1, άλλα συστατικά της οδού σηματοδότησης BR έχουν επίσης μελετηθεί σε ατομικό επίπεδο. Για παράδειγμα, έχει προσδιοριστεί η κρυσταλλική δομή της κινάσης 1 Brassinosteroid-Signaling 1 (BSK1), μια κατάντη κινάση στην οδό σηματοδότησης BR. Η δομή αποκαλύπτει τη μοριακή βάση για την ενεργοποίηση BSK1 και την αλληλεπίδρασή της με άλλα συστατικά σηματοδότησης.

Επιπλέον, οι δομικές μελέτες σχετικά με τις αλληλεπιδράσεις μεταξύ των BRS και των διαφόρων πρωτεϊνών που εμπλέκονται στη μεταφορά BR και τον μεταβολισμό συνέβαλαν στην κατανόηση της συνολικής βιολογικής δραστηριότητας της ορμόνης. Αυτές οι μελέτες έχουν εντοπίσει βασικά υπολείμματα και θέσεις δέσμευσης που είναι απαραίτητες για την αντίληψη, τη σηματοδότηση και τη ρύθμιση.

Η κατανόηση του ατομικού επιπέδου της σηματοδότησης BR παρέχει ένα θεμέλιο για περαιτέρω έρευνες για τους μοριακούς μηχανισμούς της ρύθμισης της ανάπτυξης των φυτών από στεροειδείς ορμόνες. Προσφέρει επίσης πιθανές οδούς για την ανάπτυξη νέων στρατηγικών για τον χειρισμό της ανάπτυξης και ανάπτυξης των φυτών για γεωργικές και βιοτεχνολογικές εφαρμογές.