Effect of cadmium ions on the content of ∆5-sterols in microdomains of the vacuolar membrane

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The effect of 100 μM cadmium ions (Cd2+) on the content of ∆5-sterols in microdomains of the vacuolar membrane was studied. Cd2+ was shown to cause an increase in the content of sterols in the tonoplast microdomains of zone 2 of the sucrose gradient and a decrease in the sterol content in zone 4. The sum of free sterols was higher than the sum of sterol esters in both the tonoplast and microdomains of zones 2, 4, and 6. The composition of free sterols in microdomains was dominated by β-sitosterol, and in the tonoplast by stigmasterol. The composition of sterol esters in the tonoplast also showed a high content of stigmasterol and a high content of β-sitosterol and campesterol in zone 2 microdomains. Compared with controls not exposed to Cd2+, changes in the % content of ∆5-sterols were observed. The changes affected mainly sterols involved in the structural organization of the lipid bilayer. These results suggest that sterols of tonoplast microdomains may participate in the cell response to Cd2+.

About the authors

I. S. Kapustina

Siberian Institute of Plant Physiology and Biochemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: nichka.g@bk.ru
Irkutsk, 664033 Russia

E. V. Spiridonova

Siberian Institute of Plant Physiology and Biochemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: nichka.g@bk.ru
Irkutsk, 664033 Russia

N. V. Ozolina

Siberian Institute of Plant Physiology and Biochemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: nichka.g@bk.ru
Irkutsk, 664033 Russia

T. V. Lipchanskaya

Siberian Institute of Plant Physiology and Biochemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: nichka.g@bk.ru
Irkutsk, 664033 Russia

V. V. Gurina

Siberian Institute of Plant Physiology and Biochemistry, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: nichka.g@bk.ru
Irkutsk, 664033 Russia

References

  1. Goncharuk E.A., Zagoskina N.V. 2023. Heavy metals, their phytotoxicity, and the role of phenolic antioxidants in plant stress responses with focus on cadmium: Review. Molecules. 28 (9), 3921. https://doi.org/10.3390/molecules28093921
  2. Ежегодник. Загрязнение почв Российской Федерации токсикантами промышленного происхождения в 2023 году. Обнинск: ФГБУ «НПО «Тайфун». 2024. 121 c.
  3. Liu C., Wen L., Cui Y., Ahammed G.J., Cheng Y. 2024. Metal transport proteins and transcription factor networks in plant responses to cadmium stress. Plant Cell Rep. 43 (9), 218. https://doi.org/10.1007/s00299-024-03303-x
  4. Kerek E.M., Prenner E.J. 2016. Inorganic cadmium affects the fluidity and size of phospholipid based liposomes. Biochim. Biophys. Acta. 1858 (12), 3169–3181. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2016.10.005
  5. Du Y., Fu X., Chu Y., Wu P., Liu Y., Ma L., Tian H., Zhu B. 2022. Biosynthesis and the roles of plant sterols in development and stress responses. Int. J. Mol. Sci. 23, 2332. https://doi.org/10.3390/ijms23042332
  6. Ozolina N.V., Kapustina I.S., Gurina V.V., Nurminsky V.N. 2022. Role of tonoplast microdomains in plant cell protection against osmotic stress. Planta. 255 (3), 65. https://doi.org/10.1007/s00425-021-03800-3
  7. Ozolina N.V., Kapustina I.S., Gurina V.V., Spiridonova E.V., Nurminsky V.N. 2024. Influence of oxidative stress upon the lipid composition of raft structures of the vacuolar membrane. Rus. J. Plant Physiol. 71, 29. https://doi.org/10.1134/S102144372460449X
  8. Spiridonova E., Ozolina N., Nesterkina I., Gurina V., Nurminsky V., Donskaya L., Tretyakova A. 2019. Effect of cadmium on the roots of beetroot (Beta vulgaris L.). Int. J. Phytoremediation. 21 (10), 980–984. https://doi.org/10.1080/15226514.2019.1583722
  9. Lapshin N.K., Piotrovskii M.S., Trofimova M.S. 2021. Sterol extraction from isolated plant plasma membrane vesicles affects H+-ATPase activity and H+-transport. Biomolecules. 11 (12), 1891. https://doi.org/10.3390/biom11121891
  10. Саляев Р.К., Кузеванов В.Я., Хаптагаев С.Б., Копытчук В.Н. 1981. Выделение и очистка вакуолей и вакуолярных мембран из клеток растений. Физиол. растений. 28, 1295–1305.
  11. Ozolina N.V., Nesterkina I.S., Kolesnikova E.V., Salyaev R.K., Nurminsky V.N., Rakevich A.L., Martynovich E.F., Chernyshov M.Yu. 2013. Tonoplast of Beta vulgaris L. contains detergent-resistant membrane microdomains. Planta. 237, 859–871. https://doi.org/10.1007/s00425-012-1800-1
  12. Ozolina N.V., Nesterkina I.S., Gurina V.V., Nurminsky V.N. 2020. Non-detergent isolation of membrane structures from beet plasmalemma and tonoplast having lipid composition characteristic of rafts. J. Membr. Biol. 253 (5), 479–489. https://doi.org/10.1007/s00232-020-00137-y
  13. Котлова Е.Р., Сеник С.В., Кюхер Т., Шаварда А.Л., Кияшко А.А., Псурцева Н.В., Синютина Н.Ф., Зубарев Р.А. 2009. Изменение состава мембранных глицеро- и сфинголипидов в ходе развития поверхностей культуры Flammulina velutipes. Микробиология. 78 (2), 226–235.
  14. Malins D.C., Mangold H.K. 1960. Analysis of complex lipid mixtures by thin-layer chromatography and complementary methods. J. American Oil Chemistʼs Society. 37, 576–578.
  15. Дударева Л.В., Семенова Н.В., Нохсоров В.В., Рудиковская Е.Г., Петров К.А. 2020. Компонентный состав фитостеринов надземной части хвоща пестрого Equisétum variegatum Schleich. ex. Web., произрастающего в cеверо-восточной Якутии. Химия растительного сырья. 2, 133–139. https://doi.org/10.14258/jcprm.2020025555
  16. Rozentsvet O.A., Bogdanova E.S., Nurminsky V.N., Nesterov V.N., Chernyshov M.Yu. 2023. Detergent-resistant membranes in chloroplasts and mitochondria of the halophyte salicornia perennans under salt stress. Plants. 12 (6), 1265. https://doi.org/10.3390/plants12061265
  17. Спиридонова Е.В., Капустина И.С., Гурина В.В., Семёнова Н.В. Озолина Н.В. 2024. Изучение влияния ионов меди на состав фитостеринов вакуолярной мембраны Beta vulgaris L. Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 14 (1), 90–98. https://doi.org/10.21285/achb.902
  18. Nokhsorov V.V., Dudareva L.V., Semenova N.V., Sofronova V.E. 2023. The Composition and the content of D-5 sterols, fatty acids, and the activity of acyl-lipid desaturases in the shoots of ephedra monosperma, introduced in the botanical garden of the cryolithozone of Yakutia. Horticulturae. 9, 858. https://doi.org/10.3390/horticulturae9080858
  19. Валитова Ю.Н., Сулкарнаева А.Г., Минибаева Ф.В. 2016. Растительные стерины: многообразие, биосинтез, физиологические функции. Биохимия. 81 (8), 1050. https://doi.org/10.1134/S0006297916080046
  20. Shimada T.L., Shimada T., Okazaki Y., Higashi Y., Saito K., Kuwata K., Oyama K., Kato M., Ueda H., Nakano A., Ueda T., Takano Y., Hara-Nishimura I. 2019. High sterol ester is a key factor in plant sterol homeostasis. Nat Plants. 5 (11), 1154–1166. https://doi.org/10.1038/s41477-019-0537-2
  21. Yepes-Molina L., Carvajal M., Martínez-Ballesta M.C. 2020. Detergent resistant membrane domains in broccoli plasma membrane associated to the response to salinity stress. Int. J. Mol. Sci. 21 (20), 7694. https://doi.org/10.3390/ijms21207694
  22. Valitova J., Renkova A., Beckett R., Minibayeva F. 2024. Stigmasterol: An enigmatic plant stress sterol with versatile functions. Int. J. Mol. Sci. 25, 8122. https://doi.org/10.3390/ijms25158122
  23. Нестёркина И.С., Гурина В.В., Озолина Н.В., Нурминский В.Н. 2019. Изменение содержание стеринов тонопласта при осмотическом стрессе. Биол. мембраны. 36 (4), 301–304. https://doi.org/10.1134/S0233475519040108
  24. Озолина Н.В., Гурина В.В., Капустина И.С., Спиридонова Е.В., Нурминский В.Н. 2023. Сравнение изменений в содержании стеринов плазмалеммы и тонопласта при окислительном и осмотических стрессах. Биол. мембраны. 40 (2), 147–150. https://doi.org/10.31857/S0233475523020056
  25. Ренкова А.Г., Хабибрахманова В.Р., Валитова Ю.Н., Мухитова Ф.К., Минибаева Ф.В. 2021. Действие стрессовых фитогормонов на метаболизм стеринов Triticum aestivum L. Физиол. растений. 68 (3), 279–288. https://doi.org/10.31857/S0015330321020159

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».