Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Участие аквапоринового гомолога aqpZ в реакции цианобактерии Synechocystis на гиперосмотический стресс

ВАК РФ 03.00.12, Физиология и биохимия растений

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Шапигузов, Алексей Юрьевич

ВВЕДЕНИЕ.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ.

ПОСТАВЛЕННЫЕ ЗАДАЧИ.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Уникальная роль воды в живой системе . Обнаружение водоспецифических каналов.

Некоторые структурные особенности воды.

Транспорт воды в живой системе.

Открытие первых аквапоринов.

Измерение водной проводимости мембран.

Многообразие субстратов аквапоринов.

1.2 Строение аквапоринов.

Третичная структура аквапоринов.

Четвертичная структура аквапоринов.

Структура водной поры.

1. 3 Многообразие аквапоринов.

Аквапорины растений.

Аквапорины млекопитающих.

Бактериальные аквапорины.

1. 4 Регуляция работы аквапоринов.

Транскрипционная регуляция аквапоринов.

Фосфорилирование аквапоринов.

Деградация аквапоринов.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2 .1 Штаммы цианобактерий.

2 . 2 Создание рекомбинантного штамма.

2.3 Трансформация клеток цианобактерий.

2 . 4 Условия культивирования.

2.5 Измерение цитоплазматического объема клеток.

2.6 Измерение активности фотосистемы II.

2 .7 измерение активности фотосистемы I.

2.8 Выделение РНК.

2.9 Микрокомплектный анализ экспрессии генов (DNA microarray).

ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

3 . 1 предсказание структуры продукта гена aQPZ.

3 .2 Гиперосмотический стресс : относительные изменения цит0плазматическ0г0 объема клеток aQPZ(~) мутанта и дикого типа.

3. 3 Гиперосмотический стресс : изменения активности фотосистем в клетках мутанта AQPZ ( - ) и дикого типа.

3.4 Фенотипическая маскированность мутации в гене AQPZ при стандартных условиях культивирования.

3.5 Гиперосмотический стресс: изменения генной экспрессии в клетках AQPZ (—) мутанта и дикого типа.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Участие аквапоринового гомолога aqpZ в реакции цианобактерии Synechocystis на гиперосмотический стресс"

Водная проницаемость клеточных мембран раннее объяснялась пассивной диффузией воды через липидный бислой, однако, открытие семейства трансмембранных белков аквапоринов показало, что существуют специализированные переносчики воды. Представители семейства обеспечивают двунаправленный пассивный транспорт воды и некоторых других соединений через мембраны. Как правило, аквапорины характеризуются высокой субстратной специфичностью и непроницаемостью для ионов, в том числе протонов. Эти белки были обнаружены во всех крупных таксонах живых организмов, как прокариотических, так и эукариотических.

Электронно-микроскопические исследования клеток Escherichia coli показали, что в условиях гиперосмотического стресса, созданных с помощью 0,3 М сахарозы, происходило быстрое уменьшение объема клеток примерно в два раза. Однако, при разрушении гена аквапорина с помощью направленного мутагенеза уменьшения объема не наблюдалось (Delamarche et al., 1999).

Ранее было показано, что специфический блокатор аквапоринов, р-хлоромеркурифенилсульфоновая кислота, предотвращала в гиперосмотических условиях сжатие клеток цианобактерии Synechococcus (Allakhverdiev et al., 2000a). Данные эксперименты предполагают важную роль аквапоринов в реакции клеток на гиперосмотические условия.

В настоящем исследовании роль аквапоринов в условиях гиперосмотического стресса была изучена на цианобактерии Synechocystis РСС 6803, геном которой содержит единственный ген, гомологичный аквапориновому - aqpZ. Для этого был создан мутантный штамм, содержащий делецию в гене aqpZ. В результате исследований влияния мутации на изменение клеточного объема, интенсивности фотосинтеза и генной экспрессии в стрессовых условиях было показано, что продукт гена aqpZ играет важную роль в реакции клеток Synechocystis на гиперосмотический стресс. До настоящего времени молекулярно-генетичес кие аспекты роли аквапоринов в стрессовых реакциях прокариотических организмов не исследовались.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение роли продукта гена aqpZ пресноводной цианобактерии

Synechocystis sp. РСС 6803 в клеточном ответе на гиперосмотический стресс.

ПОСТАВЛЕННЫЕ ЗАДАЧИ

1. Создание мутантного штамма Synechocystis с инактивированным геном аквапорина.

2. Исследование вклада AqpZ в трансмембранный перенос воды у Synechocystis in vivo.

3. Определение роли продукта гена aqpZ в реакции клетки Synechocystis на гиперосмотический стресс.

4. Изучение влияния делеции гена aqpZ на генную экспрессию в условиях гиперосмотического стресса.

Заключение Диссертация по теме "Физиология и биохимия растений", Шапигузов, Алексей Юрьевич

выводы

1. При стандартных условиях культивирования ген aqpZ (sir205 7) не является необходимым для жизнедеятельности Synechocystis sp. РСС 6803. При интенсивной культивации клеток дикого типа и мутанта aqpZ(-) в стандартных условиях штаммы характеризуются сходным профилем генной экспрессии.

2. Продукт гена aqpZ играет существенную роль в обеспечении выхода воды из клетки в условиях гиперосмотического стресса. Водная проницаемость липидного бислоя вносит незначительный вклад в изменение цитоплазматического объема на ранних этапах гиперосмотического стресса.

3. В условиях гиперосмотического стресса мутант aqpZ(~) не демонстрирует снижения электрон-транспортной активности фотосистем I и II, характерного для клеток дикого типа.

4. Набор генов, уровень экспрессии которых изменяется в условиях гиперосмотического стресса, сходен у клеток мутанта aqpZ(-) и дикого типа, однако изменения генной экспрессии в мутанте значительно ослаблены количественно.

5. Выход воды из клетки, обеспеченный продуктом гена aqpZ и сопровождающийся изменениями цитоплазматического объема и клеточной формы, играет важную роль в формировании стрессорного клеточного ответа.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Мутантный штамм с разрушенным геном аквапоринового гомолога aqpZ демонстрирует нарушенную реакцию на гиперосмотический стресс, созданный с помощью сорбита. С одной стороны, у мутанта резко затруднен выход воды из клетки, с другой стороны, мутантный штамм отличается от клеток дикого типа менее выраженными изменениями фотосинтетической активности и генной экспрессии. Скорее всего, именно неспособность мутанта к быстрому выбросу воды из клетки в гиперосмотических условиях лежит в основе наблюдаемых нарушений. На основании этого заключения можно выдвинуть некоторые предположения относительно механизмов активации клеточного ответа на гиперосмотический стресс.

Влияние гиперосмотического стресса на генную экспрессию изучалась в разных группах организмов (Csonka, 1989; Hecker & Volker, 2001; Rep et al., 2000; Zhu, 2001; Poolman & Glaasker, 1998), причем на роль первичного стимула, ответственного за активацию клеточных систем ответа, претендовали различные аспекты гиперосмотического стресса (Csonka, 1989; Hoffmann & Dunham, 1995; Wood, 1999; Strom & Kaasen, 1993). Так, появление в среде культивирования растворенного осмотического агента вызывает снижение внеклеточного водного потенциала. Кроме того, осмотический агент может непосредственно воздействовать на клетку (как в случае солевого стресса, индуцированного с помощью NaCl), однако, использование сорбита в качестве осмотика позволяет устранить такое специфическое воздействие. Разность водного потенциала по разные стороны плазматической мембраны провоцирует выход воды из клетки. Это, в свою очередь, приводит к уменьшению объема цитоплазмы, деформации клеточных мембран и концентрированию цитоплазмы Каждое из указанных явлений могло бы лежать в основе активации определенных клеточных сенсорных систем (Рис. 22).

Можно предположить, что в клетках Synechocystis присутствуют сенсорные системы (возможно, представленные гистидиновыми киназами

АСПЕКТЫ ГИПЕРОСМОТИЧЕСКОГО СТРЕССА:

1. Снижение внеклеточного осмотического потенциала

2. Специфическое воздействие осмотического агента на клетку (например, при солевом стрессе)

3. Выход воды из клетки

4. Уменьшение цитоплазматического объема

5. Механическая деформация клеточных мембран

6. Увеличение концентрированное™ цитоплазмы

Рисунок 22, Какой из аспектов гиперосмотического стресса стимулирует клеточный ответ? двухкомионентных с и шальных систем или механосенсорными каналами (Johansson et al., 1998)), количественно реагирующие на степень изменений, сопровождающих гиперосмотический стресс. В случае мутанта aqpZ(-), лишенного аквапоринов и характеризующегося, в связи с этим, сильно затрудненным высвобождением воды, эти изменения значительно ослаблены, что и приводит к количественному, но не качественному, ослаблению реакции мутантных клеток.

С другой стороны, полноценная реакция на гиперосмотический стресс может предусматривать активацию Б клетках дикого типа дополнительных сенсорных молекул по мере выхода из них воды, в то время как в мутантных клетках эти молекулы будут оставаться неактивными.

Мы предполагаем, что такие гипотетические сенсорные молекулы, чувствительные к изменению формы/объема клетки, являются трансмембранными белками, реагирующими на состояние окружающего их липидного бислоя. Такие белки могут активироваться в результате изменения

Мутант aqpZ(-)

- первичный сенсор гиперосмотического стресса - сенсоры изменения формы/объема m

Рисунок 23. Возможные сенсорные системы, активирующиеся под действием гиперосмотнческого стресса. свойств мембраны при сжатии клетки и стимулировать дальнейшие изменения в генной экспрессии, наблюдаемые в клетках дикого тина, но не характерные для клеток aqpZ(-) мутанта (Рис. 23).

Недавние исследования свидетельствуют о том, что некоторые мембраносвязанные сенсорные гистидиновые киназы могут принимать участие в рецепции нескольких различных видов стресса. Это происходит в том случае, если эти стрессы сходно влияют на физическое состояние клеточных мембран (Los and Murata, 2000). Гак. трансмембранная гистидиновая киназа Hik33, известная ранее, как сенсор холодового стресса и, по-видимому, активирующаяся благодаря физическим изменениям своего липидного окружения, отвечает также за индукцию ряда генов при гиперосмотическом стрессе (Mikami et al., 2002).

К числу генов, экспрессия которых нарушена в клетках мутантного штамма ЫкЗЗ{-) в условиях гиперосмотического стресса, относятся, например, sill483, clpB, sigB и htrA. Индукция указанных генов также нарушена в мутанте aqpZ(-). Это говорит о том, что гистидиновая киназа Hik33, скорее всего, является одним из сенсорных белков, участвующих в рецепции гиперосмотического стресса. С другой стороны, Hik33 не может быть единственным существующим сенсором, так как спектр нарушений генной экспрессии отличается в мутантных штаммах kik33(-) и aqpZ{~). Прочих участников активации сигнальных путей в ответ на гиперосмотический стресс еще предстоит найти.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Шапигузов, Алексей Юрьевич, Москва

1. Agre, P., Preston, G.M., Smith, B.L., Jung, J.S., Raina, S., Moon, C., Guggino, W.B., and Nielsen, S. (1993). Aquaporin CHIP: the archetypal molecular water channel. Am. J. Physiol. 265, F463-F476.

2. Allakhverdiev, S.I., Sakamoto, A., Nishiyama, Y., Inaba, M., and Murata, N. (2000a). Ionic and osmotic effects of NaCl-induced inactivation of photosystems I and II in Synechococcus sp. Plant Physiol. 123, 1047-1056.

3. Allakhverdiev, S.I., Sakamoto, A., Nishiyama, Y., and Murata, N. (2000b). Inactivation of photosystems I and II in response to osmotic stress in Synechococcus. Contribution of water channels. Plant Physiol. 122, 1201-1208.

4. Anthony, T.L., Brooks, H.L., Boassa, D., Leonov, S., Yanochko, G.M., Regan, J.W., and Yool, A.J. (2000). Cloned human aquaporin-1 is a cyclic GMP-gated ion channel. Mol. Pharmacol. 57, 576-588.

5. Baiges, I., Schaffiier, A.R., Affenzeller, M.J., and Mas, A. (2002). Plant aquaporins. Physiol. Plant. 115, 175-182.

6. Barrowclough, D.E., Peterson, C.A., and Steudle, E. (2000). Radial hydraulic conductivity along developing onion roots. J. Exp. Bot. 51,547-557.

7. Bill, R.M., Hedfalk, K., Karlgren, S., Mullins, J.G., Rydstrom, J., and Hohmann, S. (2001). Analysis of the pore of the unusual major intrinsic protein channel, yeast Fpslp. J. Biol. Chem. 276,36543-36549.

8. Blumwald, E., Mehlhorn, R.J., and Packer, L. (1983). Studies of osmoregulation in salt adaptation of cyanobacteria with ESR spin-probe techniques. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 80,2599-2602.

9. Boassa, D. and Yool, A.J. (2002). A fascinating tail: cGMP activation of aquaporin-1 ion channels. Trends Pharmacol. Sci. 23, 558-562.

10. Borgnia, M., Nielsen, S., Engel, A., and Agre, P. (1999). Cellular and molecular biology of the aquaporin water channels. Annu. Rev. Biochem. 68,425-458.

11. Borgnia, M.J. and Agre, P. (2001). Reconstitution and functional comparison of purified GlpF and AqpZ, the glycerol and water channels from Escherichia coli. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 98,2888-2893.

12. Braun, Т., Philippsen, A., Wirtz, S., Borgnia, M.J., Agre, P., Kuhlbrandt, W., Engel, A., and Stahlberg, H. (2000). The 3.7 A projection map of the glycerol facilitator GlpF: a variant of the aquaporin tetramer. EMBO Rep. 1, 183-189.

13. Calamita, G., Bishai, W.R., Preston, G.M., Guggino, W.B., and Agre, P. (1995). Molecular cloning and characterization of AqpZ, a water channel from Escherichia coli. J. Biol. Chem. 270,29063-29066.

14. Carvajal, M., Cooke, D.T., and Clarkson, D.T. (1996). Responses of wheat plants to nutrition deprivation may involve the regulation of water-channel function. Planta. 199, 372-381.

15. Chaumont, F., Barrieu, F., Jung, R., and Chrispeels, M.J. (2000). Plasma membrane intrinsic proteins from maize cluster in two sequence subgroups with differential aquaporin activity. Plant Physiol. 122,1025-1034.

16. Chaumont, F., Barrieu, F., Wojcik, E., Chrispeels, M.J., and Jung, R. (2001a). Aquaporins constitute a large and highly divergent protein family in maize. Plant Physiol. 125, 1206-1215.

17. Chen, Т.Н., Hsu, C.S., Tsai, P.J., Ho, Y.F., and Lin, N.S. (2001). Heterotrimeric G-protein and signal transduction in the nematode-trapping fungus Arthrobotrys dactyloides. Planta. 212, 858-863.

18. Cheng, A., Van Hoek, A.N., Yeager, M., Verkman, A.S., and Mitra, A.K. (1997). Three-dimensional organization of a human water channel. Nature. 387, 627-630.

19. Chrispeels, M.J., Crawford, N.M., and Schroeder, J.I. (1999). Proteins for transport of water and mineral nutrients across the membranes of plant cells. Plant Cell. 11,661-676.

20. Clarkson, D.T., Carvajal, M., Henzler, Т., Waterhouse, R.N., Smyth, A.J., Cooke, D.T., and Steudle,E. (2000). Root hydraulic conductance: diurnal aquaporin expression and the effects of nutrient stress. J. Exp. Bot. 51, 61-70.

21. Cooper, G.J., Zhou, Y., Bouyer, P., Grichtchenko, I.I., and Boron, W.F. (2002). Transport of volatile solutes through AQPl. J. Physiol. 542,17-29.

22. Csonka, L.N. (1989). Physiological and genetic responses of bacteria to osmotic stress. Microbiol. Rev. 53,121-147.

23. Daniels, M.J., Chaumont, F., Mirkov, Т.Е., and Chrispeels, M.J. (1996). Characterization of a new vacuolar membrane aquaporin sensitive to mercury at a unique site. Plant Cell. 8,587-599.

24. Delamarche, C., Thomas, D., Rolland, J.P., Froger, A., Gouranton, J., Svelto, M., Agre, P., and Calamita, G. (1999). Visualization of AqpZ-mediated water permeability in Escherichia coli by cryoelectron microscopy. J. Bacterid. 181,4193-4197.

25. Denker, B.M., Smith, B.L., Kuhajda, F.P., and Agre, P. (1988). Identification, purification, and partial characterization of a novel Mr 28,000 integral membrane protein from erythrocytes and renal tubules. J. Biol Chem. 263,15634-15642.

26. Dixit, R., Rizzo, C., Nasrallah, M., and Nasrallah, J. (2001). The brassica MP-MOD gene encodes a functional water channel that is expressed in the stigma epidermis. Plant Mol. Biol. 45,51-62.

27. Echevarria,M. and Ilundain,A.A. (1998). Aquaporins. J. Physiol. Biochem. 54,107-118.

28. Ehring, G.R., Zampighi, G., Horwitz, J., Bok, D., and Hall, J.E. (1990). Properties of channels reconstituted from the major intrinsic protein of lens fiber membranes. J. Gen. Physiol. 96,631-664.

29. Elkjaer, M., Vajda, Z., Nejsum, L.N., Kwon, Т., Jensen, U.B., Amiry-Moghaddam, M., Frokiaer, J., and Nielsen, S. (2000). Immunolocalization of AQP9 in liver, epididymis, testis, spleen, and brain. Biochem. Biophys. Res. Commun. 276, 1118-1128.

30. Fang, X., Yang, В., Matthay, M.A., and Verkman, A.S. (2002). Evidence against aquaporin-1-dependent C02 permeability in lung and kidney. J. Physiol. 542,63-69.

31. Fischbarg, J., Kuang, K.Y., Vera, J.C., Arant, S., Silverstein, S.C., Loike, J., and Rosen, O.M. (1990). Glucose transporters serve as water channels. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 87,3244-3247.

32. Fotiadis, D., Suda, K., Tittmann, P., Jeno, P., Philippsen, A., Muller, D.J., Gross, H., and Engel, A. (2002). Identification and structure of a putative Ca2+-binding domain at the С terminus of AQPl. J. Mol. Biol. 318, 1381-1394.

33. Fu, D., Libson, A., Miercke, L.J., Weitzman, C., Nollert, P., Krucinski, J., and Stroud, R.M. (2000). Structure of a glycerol-conducting channel and the basis for its selectivity. Science. 290,481-486.

34. Fu, D., Libson, A., and Stroud, R. (2002). The structure of GlpF, a glycerol conducting channel. Novartis. Found. Symp. 245, 51-61.

35. Girsch, S.J. and Peracchia, C. (1991). Calmodulin interacts with a C-terminus peptide from the lens membrane protein MIP26. Curr. Eye Res. 10, 839-849.

36. Gorin, M.B., Yancey, S.B., Cline, J., Revel, J.P., and Horwitz, J. (1984). The major intrinsic protein (MIP) of the bovine lens fiber membrane: characterization and structure based on cDNA cloning. Cell. 39,49-59.

37. Hasegawa, H., Ma, Т., Skach, W., Matthay, M.A., and Verkman, A.S. (1994). Molecular cloning of a mercurial-insensitive water channel expressed in selected water-transporting tissues. J. Biol. Chem. 269, 5497-5500.

38. Hecker, M., and Volker, U. (2001). General stress response of Bacillus subtilis and other bacteria. Adv. Microb. Physiol. 44, 35-41.

39. Heller, R.A., Schena, M., Shalon, D., Bedilion, Т., Gilmore, J., Wooley, D.E., and Davis, R.W. (1997). Discovery and analysis of inflammatory disease-related genes using cDNA microarrays. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 94,2150-2155.

40. Henzler, T. and Steudle, E. (2000). Transport and metabolic degradation of hydrogen peroxide in Chara corallina: model calculations and measurements with the pressure probe suggest transport of H202 across water channels. J. Exp. Bot. 51,2053-2066.

41. Heymann, J.B. and Engel, A. (1999). Aquaporins: Phytogeny, Structure, and Physiology of Water Channels. News Physiol. Sci. 14,187-193.

42. Hoffert, J.D., Leitch, V., Agre, P., and King, L.S. (2000). Hypertonic induction of aquaporin-5 expression through an ERK-dependent pathway. J. Biol. Chem. 275, 9070-9077.

43. Hoffmann, E.K., and Dunham, P.B. (1995). Membrane mechanisms and intracellular signalling in cell volume regulation. Int. Rev. Cytol. 161,173-262.

44. Hohmann, I., Bill, R.M., Kayingo, I., and Prior, B.A. (2000). Microbial MIP channels. Trends Microbiol. 8,33-38.

45. Jauh, G.Y., Fischer, A.M., Grimes, H.D., Ryan, C.A., and Rogers, J.C. (1998). delta-Tonoplast intrinsic protein defines unique plant vacuole functions. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 95,12995-12999.

46. Jauh, G.Y., Phillips, Т.Е., and Rogers, J.C. (1999). Tonoplast intrinsic protein isoforms as markers for vacuolar functions. Plant Cell. 11, 1867-1882.

47. Javot, H., Lauvergeat, V., Santoni, V., Martin-Laurent, F., Guclu, J., Vinh, J., Heyes, J., Franck, K.I., Schaffiier, A.R., Bouchez, D., and Maurel, C. (2003). Role of a single aquaporin isoform in root water uptake. Plant Cell. 15, 509-522.

48. Javot, H. and Maurel, C. (2002). The role of aquaporins in root water uptake. Ann. Bot. (Lond). 90,301-313.

49. Jensen, M.O., Tajkhorshid, E., and Schulten, K. (2001). The mechanism of glycerol conduction in aquaglyceroporins. Structure. (Camb.). 9,1083-1093.

50. Johanson, U. and Gustavsson, S. (2002). A new subfamily of major intrinsic proteins in plants. Mol. Biol. Evol. 19,456-461.

51. Johansson, I., Karlsson, M., Johanson, U., Larsson, C., and Kjellbom, P. (2000). The role of aquaporins in cellular and whole plant water balance. Biochim. Biophys. Acta. 1465, 324-342.

52. Johansson, I., Karlsson, M., Shukla, V.K., Chrispeels, M.J., Larsson, C., and Kjellbom, P. (1998). Water transport activity of the plasma membrane aquaporin PM28A is regulated by phosphorylation. Plant Cell. 10,451-459.

53. Johansson, I., Larsson, С., Ek, В., and Kjellbom, P. (1996). The major integral proteins of spinach leaf plasma membranes are putative aquaporins and are phosphorylated in response to Ca2+ and apoplastic water potential. Plant Cell. 8,1181-1191.

54. Kaldenhoff, R., Grote, K., Zhu, J.J., and Zimmermann, U. (1998). Significance of plasmalemma aquaporins for water-transport in Arabidopsis thaliana. Plant J. 14,121128.

55. Kaldenhoff, R., Kolling, A., and Richter, G. (1996). Regulation of the Arabidopsis thaliana aquaporin gene AthH2 (PIPlb). J. Photochem. Photobiol. В 36, 351-354.

56. Kanesaki, Y., Suzuki, I., Allakhverdiev, S.I., Mikami, K., and Murata, N. (2002). Salt stress and hyperosmotic stress regulate the expression of different sets of genes in Synechocystis sp. PCC 6803. Biochem. Biophys. Res. Commun. 290, 339-348.

57. Karlsson, M., Johansson, I., Bush, M., McCann, M.C., Maurel, C., Larsson, C., and Kjellbom, P. (2000). An abundant TIP expressed in mature highly vacuolated cells. Plant J. 21, 83-90.

58. King, L.S. and Agre, P. (1996). Pathophysiology of the aquaporin water channels. Annu. Rev. Physiol. 58,619-648.

59. Kirch, H.H., Vera-Estrella, R., Golldack, D., Quigley, F., Michalowski, C.B., Barkla, B.J., and Bohnert, H.J. (2000). Expression of water channel proteins in Mesembryanthemum crystallinum. Plant Physiol. 123, 111-124.

60. Kiseleva, L.L., Serebriiskaya, T.S., Horvath, I., Vigh, L., Lyukevich, A.A., and Los D.A. (2000). Expression of the gene for the D9 acyl-lipid desaturase in the thermophilic cyanobacterium. J. Mol. Microbiol. Biotechnol. 2, 331-338.

61. Kjellbom, P., Larsson, C., Johansson, I., I, Karlsson, M., and Johanson, U. (1999). Aquaporins and water homeostasis in plants. Trends Plant Sci. 4,308-314.

62. Knepper, M.A., Wade, J.B., Tenis, J., Ecelbarger, C.A., Marples, D., Mandon, В., Chou, C.L., Kishore, B.K., and Nielsen, S. (1996). Renal aquaporins. Kidney Int. 49, 17121717.

63. Kong, Y. and Ma, J. (2001). Dynamic mechanisms of the membrane water channel aquaporin-1 (AQP1). Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 98,14345-14349.

64. Kozono, D., Ding, X., Iwasaki, I., Meng, X., Kamagata, Y., Agre, P., and Kitagawa, Y. (2003). Functional expression and characterization of an archaeal aquaporin: AqpM from Methanothermobacter marburgensis. J. Biol. Chem. 278, 10649-10656.

65. Maggio, A. and Joly, R.J. (1995). Effects of mercuric chloride on the hydraulic conductivity of tomato root systems (evidence for a channel-mediated water pathway). Plant Physiol. 109,331-335.

66. Marin-Olivier, M., Chevalier, Т., Fobis-Loisy, I., Dumas, C., and Gaude, T. (2000). Aquaporin PIP genes are not expressed in the stigma papillae in Brassica oleracea. Plant J. 24,231-240.

67. Martre, P., North, G.B., and Nobel, P.S. (2001). Hydraulic conductance and mercury-sensitive water transport for roots of Opuntia acanthocarpa in relation to soil drying and rewetting. Plant Physiol. 126, 352-362.

68. Maurel, C., Javot, H., Lauvergeat, V., Gerbeau, P., Tournaire, C., Santoni, V., and Heyes, J. (2002). Molecular physiology of aquaporins in plants. Int. Rev. Cytol. 215, 105-148.

69. Maurel, C., Kado, R.T., Guern, J., and Chrispeels, M.J. (1995). Phosphorylation regulates the water channel activity of the seed- specific aquaporin alpha-TIP. EMBO J. 14, 3028-3035.

70. Maurel, C., Reizer, J., Schroeder, J.I., and Chrispeels, M.J. (1993). The vacuolar membrane protein gamma-TIP creates water specific channels in Xenopus oocytes. EMBO J. 12, 2241-2247.

71. Meinild, A.K., Klaerke, D.A., and Zeuthen, T. (1998). Bidirectional water fluxes and specificity for small hydrophilic molecules in aquaporins 0-5. J. Biol. Chem. 273, 32446-32451.

72. Mikami, К., Kanesaki, Y., Suzuki, I., Murata, N. (2002). The histidine kinase Hik33 perceives osmotic stress and cold stress in Synechocystis sp. PCC 6803. Mol. Microbiol. 46,905-915.

73. Mitra, A.K. (2001). Three-Dimensional Organization of the aquaporin water channel: what can structure tell us about function? Vitam. Horm. 62,133-166.

74. Modesto, E., Lampe, P.D., Ribeiro, M.C., Spray, D.C., and Campos de Carvalho, A.C. (1996). Properties of chicken lens MIP channels reconstituted into planar lipid bilayers. J. Membr. Biol. 154,239-249.

75. Morillon, R., Catterou, M., Sangwan, R.S., Sangwan, B.S., and Lassalles, J.P. (2001). Brassinolide may control aquaporin activities in Arabidopsis thaliana. Planta. 212, 199-204.

76. Morillon, R. and Chrispeels, M.J. (2001). The role of ABA and the transpiration stream in the regulation of the osmotic water permeability of leaf cells. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 98,14138-14143.

77. Morinaga, Т., Nakakoshi, M., Hirao, A., Imai, M., and Ishibashi, K. (2002). Mouse aquaporin 10 gene (AQP10) is a pseudogene. Biochem. Biophys. Res. Commun. 294, 630-634.

78. Moura, T.F., Macey, R.I., Chien, D.Y., Karan, D., and Santos, H. (1984). Thermodynamics of all-or-none water channel closure in red cells. J. Membr. Biol. 81, 105-111.

79. Murata, K., Mitsuoka, K., Hirai, Т., Walz, Т., Agre, P., Heymann, J.B., Engel, A., and Fujiyoshi, Y. (2000). Structural determinants of water permeation through aquaporin-1. Nature. 407,599-605.

80. Murata, K., Mitsuoka, K., Hirai, Т., Walz, Т., Agre, P., Heymann, J.B., Engel, A., and Fujiyoshi, Y. (2001). Molecular basis of water selectivity on aquaporin-1. Kidney Int. 60, 399.

81. Nakhoul, N.L., Davis, B.A., Romero, M.F., and Boron, W.F. (1998). Effect of expressing the water channel aquaporin-1 on the C02 permeability of Xenopus oocytes. Am. J. Physiol. 274, C543-C548.

82. Otto, B. and Kaldenhoff, R. (2000). Cell-specific expression of the mercury-insensitive plasma-membrane aquaporin NtAQPl from Nicotiana tabacum. Planta. 211, 167-172.

83. Park, J.H. and Saier, M.H. (1996). Phylogenetic characterization of the MIP family of transmembrane channel proteins. J. Membr. Biol. 153, 171-180.

84. Pfeuffer, J., Flogel, U., and Leibfritz, D. (1998). Monitoring of cell volume and water exchange time in perfused cells by diffusion-weighted 1H NMR spectroscopy. NMR Biomed. 11,11-18.

85. Phillips, A.L. and Huttly, A.K. (1994). Cloning of two gibberellin-regulated cDNAs from Arabidopsis thaliana by subtractive hybridization: expression of the tonoplast water channel, gamma-TIP, is increased by GA3. Plant Mol. Biol. 24,603-615.

86. Poolman, B. and Glaasker, E. (1998). Regulation of compatible solute accumulation in bacteria. Mol. Microbiol. 29, 397-407.

87. Prentki, P., and Krisch, H.M. (1984). In vitro insertional mutagenesis with a selectable DNA fragment. Gene. 29, 303-313.

88. Preston, G.M., Jung, J.S., Guggino, W.B., and Agre, P. (1993). The mercury-sensitive residue at cysteine 189 in the CHIP28 water channel. J. Biol. Chem. 268,17-20.

89. Quigley, F., Rosenberg, J.M., Shachar-Hill, Y., and Bohnert, HJ. (2002). From genome to function: the Arabidopsis aquaporins. Genome Biol. 3, RESEARCH0001.

90. Ren, G., Reddy, V.S., Cheng, A., Melnyk, P., and Mitra, A.K. (2001). Visualization of a water-selective pore by electron crystallography in vitreous ice. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 98, 1398-1403.

91. Reuss, L. (1998). Focus on "Effect of expressing the water channel aquaporin-1 on the C02 permeability ofXenopus oocytes". Am. J. Physiol. 274, C297-C298.

92. Rivers, R.L., Dean, R.M., Chandy, G., Hall, J.E., Roberts, D.M., and Zeidel, M.L. (1997). Functional analysis of nodulin 26, an aquaporin in soybean root nodule symbiosomes. J. Biol. Chem. 272,16256-16261.

93. Sambrook, J., Fritsch, E.T., and Maniatis, T. (1989). Molecular cloning: a laboratory manual. Cold Spring Harbor Laboratory Press, NY.

94. Santoni, V., Gerbeau, P., Javot, H., Mid Maurel, C. (2000). The high diversity of aquaporins reveals novel facets of plant membrane functions. Curr. Opin. Plant Biol. 3,476-481.

95. Sarda, X., Tousch, D., Ferrare, K., Legrand, E., Dupuis, J.M., Casse-Delbart, F., and Lamaze, T. (1997). Two TIP-like genes encoding aquaporins are expressed in sunflower guard cells. Plant J. 12,1103-1 111.

96. Scheuring, S., Ringler, P., Borgnia, M., Stahlberg, H., Muller, D.J., Agre, P., and Engel, A. (1999). High resolution AFM topographs of the Escherichia coli water channel aquaporin Z. EMBO J. 18,4981-4987.

97. Siefritz, F., Biela, A., Eckert, M., Otto, В., Uehlein, N., and Kaldenhoff, R. (2001). The tobacco plasma membrane aquaporin NtAQPl. J. Exp. Bot. 52,1953-1957.

98. Siefritz, F., Tyree, M.T., Lovisolo, C., Schubert, A., and Kaldenhoff, R. (2002). PIP1 plasma membrane aquaporins in tobacco: from cellular effects to function in plants. Plant Cell. 14, 869-876.

99. Spencer, R.H. and Rees, D.C. (2002). The alpha-helix and the organization and gating of channels. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct. 31,207-233.

100. Stanier, R. Y., Kunisawa, R., Mandel, M. and Cohen-Bazire, G. (1971). Purification and properties of unicellular blue-green algae (order Chroococcales). Bacteriol. Rev. 35, 171-205.

101. Steudle, E. and Peterson, C.A. (1998). How does water get through roots? J. Exp. Bot. 49, 775-788.

102. Storm, R., Klussmann, E., Geelhaar, A., Rosenthal, W., and Marie, K. (2003). Osmolality and solute composition are strong regulators of AQP2 expression in renal principal cells. Am. J. Physiol. Renal Physiol. 284, F189-F198.

103. Strom, A.R., and Kaasen, I. (1993). Trehalose metabolism in Escherichia coli'. stress protection and stress regulation of gene expression. Mol. Microbiol. 8,205-210.

104. Suga, S., Komatsu, S., and Maeshima, M. (2002). Aquaporin isoforms responsive to salt and water stresses and phytohormones in radish seedlings. Plant Cell Physiol. 43, 1229-1237.

105. Sui, H., Han, B.G., Lee, J.K., Walian, P., and Jap, B.K. (2001). Structural basis of water-specific transport through the AQP1 water channel. Nature. 414, 872-878.

106. Sui, H., Walian, P.J., Tang, G., Oh, A., and Jap, B.K. (2000). Crystallization and preliminary X-ray crystallographic analysis of water channel AQPl. Acta Crystallogr. D. Biol. Crystallogr. 56, 1198-1200.

107. Swamy-Mruthinti, S. (2001). Glycation decreases calmodulin binding to lens transmembrane protein, MIP. Biochim. Biophys. Acta. 1536,64-72.

108. Tajkhorshid, E., Nollert, P., Jensen, M.O., Miercke, L.J., O'Connell, J., Stroud, R.M., and Schulten, K. (2002). Control of the selectivity of the aquaporin water channel family by global orientational tuning. Science. 296, 525-530.

109. Tazawa, M., Sutou, E., and Shibasaka, M. (2001). Onion root water transport sensitive to water channel and K+ channel inhibitors. Plant Cell Physiol. 42,28-36.

110. Terashima, I. and Ono, K. (2002). Effects of HgCl2 on C02 dependence of leaf photosynthesis: evidence indicating involvement of aquaporins in C02 diffusion across the plasma membrane. Plant Cell Physiol. 43,70-78.

111. Thomas, D., Bron, P., Ranchy, G., Duchesne, L., Cavalier, A., Rolland, J.P., Raguenes-Nicol, C., Hubert, J.F., Haase, W., and Delamarche, C. (2002). Aquaglyceroporins, one channel for two molecules. Biochim. Biophys. Acta. 1555, 181-186.

112. Tyerman, S.D., Niemietz, C.M., and Bramley, H. (2002). Plant aquaporins: multifunctional water and solute channels with expanding roles. Plant Cell Environ. 25,173-194.

113. Tyerman, S.D., Bohnert, H.J., Maurel, C., Steudle, E., and Smith, J.A.C. (1999). Plant aquaporins: their molecular biology, biophysics and significance for plant water relations. J. Exp. Bot. 50,1055-1071.

114. Umenishi, F. and Verkman, A.S. (1998). Isolation and functional analysis of alternative promoters in the human aquaporin-4 water channel gene. Genomics. 50,313-311.

115. Venero, J.L., Vizuete, M.L., Machado, A., and Cano, J. (2001). Aquaporins in the central nervous system. Prog. Neurobiol. 63, 321-336.

116. Verbavatz, J.M., Brown, D., Sabolic, I., Valenti, G., Ausiello, D.A., Van Hoek, A.N., Ma, Т., and Verkman, A.S. (1993). Tetrameric assembly of CHIP28 water channels in liposomes and cell membranes: a freeze-fracture study. J. Cell Biol. 123, 605-618.

117. Verkman, A.S. (2000). Water permeability measurement in living cells and complex tissues. J. Membr. Biol. 173,73-87.

118. Verkman, A.S., Van Hoek, A.N., Ma, Т., Frigeri, A., Skach, W.R., Mitra,A., Tamarappoo, B.K., and Farinas, J. (1996). Water transport across mammalian cell membranes. Am. J. Physiol. 270, C12-C30.

119. Wallace, I.S., Wills, D.M., Guenther, J.F., and Roberts, D.M. (2002). Functional selectivity for glycerol of the nodulin 26 subfamily of plant membrane intrinsic proteins. FEBS Lett. 523, 109-112.

120. Wayne, R. and Tazawa, M. (1988). The actin cytoskeleton and polar water permeability in characean cells. Protoplasma. Suppl. 2,116-130.

121. Weaver, C.D., Shomer, N.H., Louis, C.F., and Roberts, D.M. (1994). Nodulin 26, a nodule-specific symbiosome membrane protein from soybean, is an ion channel. J. Biol. Chem. 269, 17858-17862.

122. Weig, A., Deswarte, C., and Chrispeels, M.J. (1997). The major intrinsic protein family of Arabidopsis has 23 members that form three distinct groups with functional aquaporins in each group. Plant Physiol. 114, 1347-1357.

123. Williams, J.G.K. (1988). Construction of specific mutations in photosystem П photosynthetic reaction center by genetic engineering methods in Synechocystis PCC6803. Methods Enzymol. 167,766-778.

124. Wood, J.M. (1999). Osmosensing by bacteria: signals and membrane-based sensors. Microbiol. Mol. Biol. Rev. 63,230-262.

125. Yamada, S., Katsuhara, M., Kelly, W.B., Michalowski, C.B., and Bohnert, H.J. (1995). A family of transcripts encoding water channel proteins: tissue- specific expression in the common ice plant. Plant Cell. 7, 1129-1142.

126. Yang, В., Fukuda, N., Van Hoek, A., Matthay, M.A., Ma, Т., and Verkman, A.S. (2000). Carbon dioxide permeability of aquaporin-1 measured in erythrocytes and lung of aquaporin-1 null mice and in reconstituted proteoliposomes. J. Biol. Chem. 275,26862692.

127. Yasui, M., Hazama, A., Kwon, Т.Н., Nielsen, S., Guggino, W.B., and Agre, P. (1999). Rapid gating and anion permeability of an intracellular aquaporin. Nature. 402, 184187.

128. Ye, R.W., Tao, W., Bedzyk, L., Young, Т., Chen, M., and Li, L. (2000) Global gene expression profiles of Bacillus subtilis grown under anaerobic conditions. J. Bacteriol. 182,4458-4465.

129. Zampighi, G.A., Hall, J.E., and Kreman, M. (1985). Purified lens junctional protein forms channels in planar lipid films. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 82, 8468-8472.

130. Zardoya, R., Ding, X., Kitagawa, Y., and Chrispeels, MJ. (2002). Origin of plant glycerol transporters by horizontal gene transfer and functional recruitment. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 99,14893-14896.

131. Zardoya, R. and Villalba, S. (2001). A phylogenetic framework for the aquaporin family in eukaryotes. J. Mol. Evol. 52,391-404.

132. Zeidel, M.L., Ambudkar, S.V., Smith, B.L., and Agre, P. (1992). Reconstitution of functional water channels in liposomes containing purified red cell СШР28 protein. Biochemistry. 31,7436-7440.

133. Zheng, X. and Chen, X. (2001). Aquaporin 3, a glycerol and water transporter, is regulated by p73 of the p53 family. FEBS Lett. 489,4-7.

134. Zhu, F., Tajkhorshid, E., and Schulten, K. (2001). Molecular dynamics study of aquaporin-1 water channel in a lipid bilayer. FEBS Lett. 504, 212-218.

135. Zhu, J.K. (2001). Cell signaling under salt, water and cold stresses. Curr. Opin. Plant Biol. 4,401-406.