Механизмы специфичности и токсичности патотоксинов

Низкая летальная доза и высокая селективность указывают на рецепторный механизм специфичности (устойчивые растения не имеют сайта связывания токсина). Первые симптомы, наблюдаемые уже через несколько минут после обработки клеток чувствительных растений токсинами, выражаются в утечке метаболитов и электролитов, деполяризации мембранного потенциала, инвагинации мембран. Поэтому считают, что рецепторы патотоксинов расположены на мембранах. AK-, HS-, AF-, АСТ-токсины связываются с цитоплазматической мембраной, T-, PM, ACR-токсины — с мембраной митохондрий, АМ-токсин — с плазмалеммой и мембраной хлоропластов. Для поиска рецепторов культуру гриба выращивают на среде, содержащей радиоактивно меченую соль, и по радиоактивной метке определяют фракцию мембран зараженного растения, с которой связался токсин. Для установления специфичности рецепции необходимо соблюдение нескольких условий: 1) связывание должно быть генетически специфичным (с фракцией чувствительного, но не устойчивого сорта); 2) оно должно коррелировать с биологической активностью (химические модификации токсина, снижающие токсичность, уменьшают и аффинность связывания); 3) связывание должно быть лигандо-специфичным (немеченый токсин защищает от связывания меченого). Для некоторых токсинов эти условия были соблюдены, выделены растительные сайты связывания и исследованы механизмы токсичности.
Меченый 125I викторин связывается с двумя белками овса: 100 кДа (P-компонент) и 15 кДа (Н-компонент). Соединение с первым рецептором происходит только in planta и в комбинации с мембранными фракциями чувствительного сорта, со вторым — как в чувствительном, так и в устойчивом сортах, in planta и in vitro. Функционально оба белка являются формами фермента глициндекарбоксилазы, принимающего участие в фотодыхании:

Последняя поступает в пероксисомы, где окисляется пероксидазой до глиоксиловой кислоты, которая конвертируется в глицин. В митохондриях глицин декарбоксилируется глициндекарбоксилазой и ацетилируется сери-ноксиметилтрансферазой до CO2, NH3, NAD+ и серина. Это — очень важный цикл в функционировании растительных клеток, ибо мутации по гену глициндекарбоксилазы, как правило, летальны. У человека мутации этого гена вызывают тяжелое заболевание — гиперглицинемия. Собственно ферментом является Р-белок, но в присутствии Н-белка его активность увеличивается в 10 000 раз.
T- и РМ-токсины вызывают повреждение мембран митохондрий кукурузы, имеющей цмс. В результате их воздействий на митохондрии происходит потеря Ca2+ и NAD+, разобщение окислительного фосфорилирования. Во внутренней мембране Т-митохондрий имеется белок с молекулярной массой 14 кДа (Urf13), отсутствующий в нормальных митохондриях.
Он ответственен за мужскую стерильность и чувствительность к токсинам. По-видимому, в соединение с токсином белок Urf13 полимеризуется и образует трансмембранные каналы, через которые происходит утечка электролитов. Ген, контролирующий синтез этого белка (T-urf13), был клонирован и перенесен в модельные про- и эукариоты (кишечную палочку, дрожжи, дрозофилу, табак). Все трансгенные объекта стали чувствительными к Т-токсину.
НС-токсин — структурный аналог трапоксина, который ингибирует фермент диацетилазу гистонов (HDAC). Такое же действие оказывает и НС-токсин в тканях растений, дрожжей, беспозвоночных и позвоночных животных. Какими путями ингибирование HDAC приводит к подавлению защитных реакций не ясно, показано, однако, что этот фермент полифункционален и способен к деацетилированию не только гистонов, но других функционально важных белков (факторов активации транскрипции, тубулинов) и выступать в качестве позитивных регуляторов транскрипции.
Устойчивость растений к патотоксинам обусловлена, главным образом, отсутствием рецепции. Однако, известны случаи, когда устойчивость связана с деградацией токсина в растении. Так устойчивые к С. carbonum сорта кукурузы образуют фермент НС-токсинредуктазу, разрушающий НС-токсин.