Действие низкомолекулярного хитозана на клетки эпидермиса из листьев гороха

Испытано действие на клетки эпидермиса из листьев гороха низкомолекулярных хитозанов с молекулярной массой 5, 6, 10, 25, 45 кДа и степенью деацетилирования (СД) 85–99%, полученных при помощи химической деполимеризации и ферментативного гидролиза. Низкомолекулярный хитозан вызывал модификацию плазматической мембраны устьичных клеток, регистрируемую по изменению ее проницаемости для флуоресцирующего красителя йодида пропидия, и программируемую гибель эпидермальных клеток, определяемую по разрушению клеточных ядер. Эти эффекты были сходны с действием коммерческого высокомолекулярного хитозана с молекулярной массой 290 кДа (СД 90%), проявлявшимся в более высоких концентрациях, чем в случае низкомолекулярного хитозана. Губительное действие хитозана на клетки зависело в большей степени от СД и не проявлялось в концентрациях до 10 мкг/мл включительно. Низкомолекулярный хитозан усиливал образование активных форм кислорода в эпидермисе, детектируемое по флуоресценции 2',7'-дихлорфлуоресцеина. Антиоксиданты нитросиний тетразолий и пропилгаллат замедляли, а Н₂О₂ стимулировал этот процесс.

1. Феофилова Е.П. Клеточная стенка грибов М.: Наука, 1983. 248 с.

2. Shagdarova B.T., Il’ina A.V., Varlamov V.P. Antibacterial activity of alkylated and acylated derivatives of low-molecular weight chitosan // Appl. Biochem. Microbiol. 2016. Vol. 52. N 2. P. 222–225.

3. Hadwiger L.A. Multiple effects of chitosan on plant systems: solid science or hype // Plant Sci. 2013. Vol. 208. P. 42–49.

4. Davydova V.N., Yermak I.M. The conformation of chitosan molecules in aqueous solutions // Biophysics. 2018. Vol. 63. N 4. P. 501–511.

5. Varlamov V.P., Il’ina A.V., Shagdarova B.T., Lunkov A.P., Mysyakina I.S. Chitin/chitosan and its derivatives: fundamental problems and practical approaches // Biochemistry (Mosc). 2020. Vol. 85. Suppl. 1. P. S154–S176.

6. Wang W., Xue C., Mao X. Chitosan: Structural modification, biological activity and application // Int. J. Biol. Macromol. 2020. Vol. 164. P. 4532–4546.

7. Young D.H., Köhle H., Kauss H. Effect of chitosan on membrane permeability of suspension-cultured Glycine max and Phaseolus vulgaris cells // Plant Physiol. 1982. Vol. 70. N 5. P. 1449–1454.

8. Muxika A., Etxabide A., Uranga J., Guerrero P., de la Caba K. Chitosan as a bioactive polymer: Processing, properties and applications // Int. J. Biol. Macromol. 2017. Vol. 105. Pt. 2. P. 1358–1368.

9. Pospieszny H., Chirkov S., Atabekov J. Induction of antiviral resistance in plants by chitosan // Plant Sci. 1991. Vol. 79. N 1. P. 63–68.

10. Liu D, Jiao S, Cheng G, Li X, Pei Z, Pei Y, Yin H, Du Y. Identification of chitosan oligosaccharides binding proteins from the plasma membrane of wheat leaf cell // Int. J. Biol. Macromol. 2018. Vol. 111. P. 1083–1090.

11. Srivastava N., Gonugunta V.K., Puli M.R., Raghavendra A.S. Nitric oxide production occurs downstream of reactive oxygen species in guard cells during stomatal closure induced by chitosan in abaxial epidermis of Pisum sativum // Planta. 2009. Vol. 229. N 4. P. 757–765.

12. Ye W., Munemasa S., Shinya T., Wu W., Ma T., Lu J., Kinoshita T., Kaku H., Shibuya N., Murata Y. Stomatal immunity against fungal invasion comprises not only chitin-induced stomatal closure but also chitosaninduced guard cell death // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2020. Vol. 117. N 34. P. 20932–20942.

13. Vasil’ev L.A., Dzyubinskaya E.V., Zinovkin R.A., Kiselevsky D.B., Lobysheva N.V., Samuilov V.D. Chitosaninduced programmed cell death in plants // Biochemistry (Mosc). 2009. Vol. 74. N 9. P. 1035–1043.

14. Vasil’ev L.A., Dzyubinskaya E.V., Kiselevsky D.B., Shestak A.A., Samuilov V.D. Programmed cell death in plants: protective effect of mitochondrial-targeted quinones // Biochemistry (Mosc). 2011. Vol. 76. N 10. P. 1120–1130.

15. Kiselevsky D.B., Frolova O.Y., Solovyev A.G., Dorokhov Y.L., Morozov S.Y., Samuilov V.D. Plant cell death caused by fungal, bacterial, and viral elicitors: protective effect of mitochondria-targeted quinones // Biochemistry (Mosc). 2014. Vol. 79. N 12. P. 1322–1332.

16. Kiselevsky D.B., Samuilov V.D. Permeability of the plasma membrane for propidium iodide and destruction of cell nuclei in the epidermis of pea leaves: the effect of polyelectrolytes and detergents // Moscow Univ. Biol. Sci. Bull. 2019. Vol. 74. N 3. P. 147–153.

17. Khasanova L.M., Il’ina A.V., Varlamov V.P., Sinitsyna O.A., Sinitsyn A.P. Hydrolysis of chitozan with an enzyme complex from Myceliophthora sp. // Appl. Biochem. Microbiol. 2014. Vol. 50. N 4. P. 381–386.

18. Luttge U., Higinbotham N. Transport in plants. N.Y.: Springer Verlag, 1979. 468 pp.

19. Darzynkiewicz Z., Bruno S., Del Bino G., Gorczyca W., Hotz M.A., Lassota P., Traganos F. Features of apoptotic cells measured by flow cytometry // Cytometry. 1992. Vol. 13. N 8. P. 795–808.

20. Samuilov V.D., Lagunova E.M., Kiselevsky D.B., Dzyubinskaya E.V., Makarova Ya.V., Gusev M.V. Participation of chloroplasts in plant apoptosis // Biosci. Rep. 2003. Vol. 23. N 2–3. P. 103–117.

21. Samuilov V.D., Kiselevsky D.B., Shestak A.A., Nesov A.V., Vasil’ev L.A. Reactive oxygen species in programmed death of pea guard cells // Biochemistry (Mosc). 2008. Vol. 73. N 10. P. 1076–1084.

22. Karlsson M., Kurz T., Brunk U.T., Nilsson S.E., Frennesson C.I. What does the commonly used DCF test for oxidative stress really show? // Biochem. J. 2010. Vol. 428. N 2. P. 183–190.