イソチオシアネートによる化学的プライミングは、マスタードオイルボムの生成物による中毒から保護します

Chemical Priming by Isothiocyanates Protects Against Intoxication by Products of the Mustard Oil Bomb.

• Elena Ferber
• Julian Gerhards
• Miriam Sauer
• Markus Krischke
• Marcus T Dittrich
• Tobias Müller
• Susanne Berger
• Agnes Fekete
• Martin J Mueller

抄録

アブラナ科の植物では、組織の損傷はマスタードオイルボム、すなわちミロシナーゼによるグルコシノレートの分解を活性化し、損傷部位にイソチオシアン酸塩の急速な蓄積をもたらします。イソチオシアン酸塩は、タンパク質中のチオールとグルタチオンと共有結合することで知られる反応性求電子種（RES）であり、このプロセスは草食動物や微生物に毒性があるだけでなく、健康な植物組織の細胞死を引き起こす可能性があります。これまでに、亜毒性のイソチオシアネート濃度が、無傷の植物細胞において転写リプログラミングを誘導することが示されている。RESによるグルタチオンの枯渇が酸化還元電位の破壊につながることは、RESのシグナル伝達機構の中心的かつ一般的なものとして提案されている。我々はトランスクリプトーム解析を用いて、シロイヌナズナの苗（液体培養）を亜毒性濃度のスルフォラファンに曝露した後、細胞内のグルタチオンプールを枯渇させることなく、数百の遺伝子が制御されていることを示した。熱ショック遺伝子は最も高度に制御された遺伝子の一つであり、この応答は熱ショック因子 A1 (HSFA1)に依存していることが明らかになった。HSFA1欠損植物は野生型植物よりもイソチオシアン酸塩に対して感受性が高かった。さらに、シロイヌナズナの苗を亜毒性濃度のイソチオシアン酸塩で前処理すると、毒性レベルのイソチオシアン酸塩への暴露に対する抵抗性が増加し、したがって、細胞保護機構を誘導することにより、マスタード油爆弾の自己毒性を減少させる可能性がある。

In Brassicaceae, tissue damage triggers the mustard oil bomb i.e., activates the degradation of glucosinolates by myrosinases leading to a rapid accumulation of isothiocyanates at the site of damage. Isothiocyanates are reactive electrophilic species (RES) known to covalently bind to thiols in proteins and glutathione, a process that is not only toxic to herbivores and microbes but can also cause cell death of healthy plant tissues. Previously, it has been shown that subtoxic isothiocyanate concentrations can induce transcriptional reprogramming in intact plant cells. Glutathione depletion by RES leading to breakdown of the redox potential has been proposed as a central and common RES signal transduction mechanism. Using transcriptome analyses, we show that after exposure of Arabidopsis seedlings (grown in liquid culture) to subtoxic concentrations of sulforaphane hundreds of genes were regulated without depletion of the cellular glutathione pool. Heat shock genes were among the most highly up-regulated genes and this response was found to be dependent on the canonical heat shock factors A1 (HSFA1). HSFA1-deficient plants were more sensitive to isothiocyanates than wild type plants. Moreover, pretreatment of Arabidopsis seedlings with subtoxic concentrations of isothiocyanates increased resistance against exposure to toxic levels of isothiocyanates and, hence, may reduce the autotoxicity of the mustard oil bomb by inducing cell protection mechanisms.

Copyright © 2020 Ferber, Gerhards, Sauer, Krischke, Dittrich, Müller, Berger, Fekete and Mueller.