Molecular and cellular aspects of programmed cell death in response to genotoxics in plants

Abstract

In multicellular organisms, programmed cell death (PCD) is an essential mechanism during development, morphogenesis and during the interaction with the environment. The regulation of PCD is highly regulated and conserved throughout the evolution. Animal apoptosis is the best described PCD type which is characterized by the condensation of cytoplasm, specific DNA fragmentation and the formation of apoptotic bodies which are finally engulfed by neighboring cells. Due to the structural specificities of plant cells, plant PCD exhibits rather autophagic character. In mammals, DSBs-induced PCD is mainly governed by ATM kinase. This response also involves downstream ATM effectors like p53 and E2F factors. P53 stabilization leads to the cell cycle arrest in G1/S whereas E2F can promote apoptosis by activating PCD-related genes including caspases. PCD could be induced also by E2F ectopic expression. In spite of a conservation of PCD signaling among Eukaryotes, number of animal PCD regulators was not identified in plants (caspases, p53), thus in plants the PCD response induced by DSBs is still poorly understood. On the contrary, E2F transcriptional factor is conserved between animals and plants but its role during plant PCD was not evaluated till now. The main goal of my thesis was to characterize the PCD in...

Programovaná buněčná smrt (PCD) je důležitý mechanizmus, se kterým se u mnohobuněčných živočichů setkáváme nejen během vývoje a morfogeneze, ale i během jejich interakce s prostředím. PCD je přesně regulovaný proces, který je navíc evolučně velmi konzervovaný. Jedním z nejlépe popsaných typů PCD je apoptóza u živočichů, která se vyznačuje smrštěním cytoplasmy, specifickým štěpením DNA a tvorbou apoptotických tělísek, které jsou nakonec pohlceny okolními buňkami. U rostlin se však díky specifické stavbě rostlinné buňky setkáváme s PBS autofagyckého typu. PCD může být spuštěna během nepříznivých podmínek okolního prostředí, zejména během přetrvávajícího poškození DNA v podobě dvouřetězcových zlomů (DSBs) molekuly DNA. U savců spuštění PCD navozené DSBs molekuly DNA vyžaduje aktivitu kinázy ATM a dalších proteinů jako například E2F a p53. Stabilizace p53 má za následek zastavení buněčného cyklu v kontrolním bodu G1/S zatímco E2F transkripční faktor spustí apoptózu aktivací PCD specifických genů, například kaspáz. Bylo popsáno, že E2F může navodit buněčnou smrt i během pouhé overexprese. Navzdory vysoké konzervovanosti signálních drah PCD u eukaryot, některé regulátory PCD (např. kaspázy nebo p53) nebyly dosud u rostlin identifikovány, proto toho o signalizaci rostlinné PCD moc nevíme. Výjimkou je E2F...