Mikrobiol. Z. 2020; 82(2):3-13.
doi: https://doi.org/10.15407/microbiolj82.02.003

Роль поліфосфатаз PPN1 і PPX1 у стрес-індукованих змінах полісахаридного складу клітинної стінки
і позаклітинного матриксу клітин Saccharomyces cerevisiae

С.І. Войчук, О.М. Громозова

Інститут мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України
вул. Академіка Заболотного, 154, Київ, 03143, Україна

Полісахариди (ПС) є важливими структурними елементами всіх живих організмів. Вони виконують низку важливих функцій і захищають клітини від дії різних факторів стресу. Синтез ПС є енергозатратним процесом, який потребує фосфатів, так само й структура ПС потребує участі фосфатів і поліфосфатів (poly(P)) як зв’язуючих елементів. Проте роль ферментів метаболізму poly(P) (поліфосфатаз, полі(Ф)аз) у процесах синтезу компонентів клітинної стінки і позаклітинного матриксу вивчена недостатньо. Мета. Метою дослідження було вивчення ролі полі(Ф)аз PPN1 та PPX1 у процесах формування клітинної стінки та позаклітинного матриксу клітинами дріжджів. Методи. У дослідженні використовували клітини дріжджів Saccharomyces cerevisiae з відповідними делеціями (Δppn1 та Δppx1). Для індукції стресової реакції клітини піддавали впливу перекису водню (25–100 мМ), оцтової кислоти (25–100 мМ) та сорбітолу (0,25–1,0 М). Радіочастотне електро-магнітне випромінювання (40,68 МГц, потужність 15 Вт, експозиція 30 хв) вивчали окремо, а також як індуктор адаптивної відповіді, для чого клітини дріжджів опромінювали РЧ ЕМВ до моменту впливу інших факторів стресу. Вплив факторів стресу оцінювали за зміною кількості цукрів. Цукрові залишки та цукри в клітинних стінках та в позаклітинному матриксі визначали за допомогою методу GC/MS та методу лектинів мічених колоїдним золотом. Оцінювали вміст D-манози/D-глюкози (Man/Glu), D-галактози (Gal), N-ацетил-D-глюкозаміну (GlcNAc), N-ацетил-D-галактозаміну (GalNAc) та N-ацетилнейрамінової кислоти (NANA). Результати. Дефектність за PPN1 та PPX1 впливає на вміст цукрів у клітинних стінках та в позаклітинному матриксі. Кількість глюкозаміну ( за даними GC/MS-аналізу) зменшується у 3–5 разів у клітинних стінках клітин дефектних за PPN1 та PPX1. Метод мічених лектинів показав, що вміст Man/Glu був найбільш стабільним (27–38%) серед всіх вивчених клітин дріжджів, тоді як кількість інших цукрів суттєво варіювала. Дефектність за полі(Ф)азами мала різний вплив на вміст цукрів в клітинних стінках та в позаклітинному матриксі: в позаклітинному матриксі відмічалося значне зниження GlcNAc, GalNAc та збільшення NANA, тоді як вміст GalNAc в клітинних стінках залишався майже постійним, а вміст NANA зменшувався при дефектності за PPN1 та збільшувався при делеції PPX1. Проведений кореляційний аналіз показав потенційновисокий (до 97%) зв’язок між вмістом Man/Glu, GlcNAc та GalNAc у клітинних стінках із життєздатністю клітин (стійкістю до стресів). Однак серед цих цукрів лише GlcNAc виявив зв’язок із дефектністю за PPN1 та PPX1. Відмінності між ефектами, відміченими в клітинах із одиночною і подвійною делеціями генів полі(Ф)аз, вказують на те, що обидві полі(Ф)ази позитивно регулюють біосинтез GlcNAc клітинної стінки та позаклітинного матриксу та біосинтез GalNAc позаклітинного матриксу. Висновки. Обидві полі(Ф) ази (PPN1 та PPX1) беруть участь в організації будови клітинної стінки та позаклітинного матриксу і впливають, головним чином, на вміст мінорних складових: Gal, GalNAc, GlcNAc та NANA. Зміни стійкості клітин дріжджів до впливу стресових факторів, які виникають при дефектності за PPN1 та PPX1, корелюють із вмістом окремих цукрів, серед яких й GlcNAc, синтез якого регулюється функціональною активністю обох полі(Ф)аз. Встановлені відмінності та зміни у складі ПС можуть опосередковано вказувати на зменшення міцності клітинної стінки та зменшення в ній GPI-зв’язаних білків, а також на конформаційні зміни ПС в позаклітинному матриксі, які відбуваються внаслідок делеції полі(Ф)аз.

Ключові слова: полісахариди, клітинна стінка, позаклітинний матрикс, поліфосфатази, стрес, Saccharomyces cerevisiae.

Повний текст (PDF, англ)