基質特異的エンドグルカナーゼによって誘導される生体力学的変化に基づく一次細胞壁の改訂されたアーキテクチャ

キシログルカンは、原発性細胞壁のセルロースミクロフィブリル間のテザーとして機能すると広く信じられており、マイクロフィブリルが横方向に分離する能力を制限することにより、細胞の拡大を制限します。この「つながれたネットワーク」モデルの生体力学的予測をテストするために、3つのファミリー-12エンドβ-1,4に応じてクリープ（長期的、不可逆的な拡張）を受けるキュウリ（cucumis sativus）の極大壁の能力を評価しました。 - キシログルカン、セルロース、またはその両方を具体的に加水分解できるグルカナーゼ。キシログルカン特異的エンドグルカナーゼ（Aspergillus aculeatusのXeg）は細胞壁のクリープを誘導することができませんでしたが、キシログルカンとセルロース（偽善JecorinaのCEL12A）の両方を加水分解するエンドグルカナーゼは、高いクリープ速度を誘発しました。セルロース特異的エンドグルカナーゼ（Aspergillus nigerのCEG）は、それ自体またはXEGと組み合わせて細胞壁のクリープを引き起こさなかった。家族-5エンドグルカナーゼを含む追加の酵素を含む検査は、クリープを引き起こすために、エンドグルカナーゼがキシログルカンとセルロースの両方を切断しなければならないという結論を確認しました。弾性およびプラスチックコンプライアンスの測定で同様の結果が得られました。XEGとCEL12Aの両方は、無傷の壁にXyloglucanを加水分解しましたが、CEL12AはXEG消化に対してマイナーなXyloglucanコンパートメントの反発剤を加水分解できます。これらの酵素応答へのキシログルカンの関与は、シロイヌナズナ（シロイヌナズナ）の双極子型の実験によって確認されました。そこでは、CEL12Aが野生型でクリープを誘導しましたが、Xyloglucan欠損（XXT1/XXT2）壁では誘導されませんでした。私たちの結果は、セルロースミクロフィブリル間の20〜40 nmの間隔にまたがる荷重をかけるテザーとしてのキシログルカンの一般的な描写と互換性がありませんが、壁の整備士にはマイナーなキシログルカン成分を巻き込んでいます。構造的に重要なキシログルカンは、ミクロフィブリル間の緊密な接触の限られた領域に位置する可能性があります。

Xyloglucan is widely believed to function as a tether between cellulose microfibrils in the primary cell wall, limiting cell enlargement by restricting the ability of microfibrils to separate laterally. To test the biomechanical predictions of this "tethered network" model, we assessed the ability of cucumber (Cucumis sativus) hypocotyl walls to undergo creep (long-term, irreversible extension) in response to three family-12 endo-β-1,4-glucanases that can specifically hydrolyze xyloglucan, cellulose, or both. Xyloglucan-specific endoglucanase (XEG from Aspergillus aculeatus) failed to induce cell wall creep, whereas an endoglucanase that hydrolyzes both xyloglucan and cellulose (Cel12A from Hypocrea jecorina) induced a high creep rate. A cellulose-specific endoglucanase (CEG from Aspergillus niger) did not cause cell wall creep, either by itself or in combination with XEG. Tests with additional enzymes, including a family-5 endoglucanase, confirmed the conclusion that to cause creep, endoglucanases must cut both xyloglucan and cellulose. Similar results were obtained with measurements of elastic and plastic compliance. Both XEG and Cel12A hydrolyzed xyloglucan in intact walls, but Cel12A could hydrolyze a minor xyloglucan compartment recalcitrant to XEG digestion. Xyloglucan involvement in these enzyme responses was confirmed by experiments with Arabidopsis (Arabidopsis thaliana) hypocotyls, where Cel12A induced creep in wild-type but not in xyloglucan-deficient (xxt1/xxt2) walls. Our results are incompatible with the common depiction of xyloglucan as a load-bearing tether spanning the 20- to 40-nm spacing between cellulose microfibrils, but they do implicate a minor xyloglucan component in wall mechanics. The structurally important xyloglucan may be located in limited regions of tight contact between microfibrils.