Влияние гипотермии на содержание белков в тканях растений

1. Влияние гипотермии на содержание водорастворимых белков в тканях высших растений
Предположение о том, что во время закаливания растений к холоду происходит синтез белков, было впервые высказано Дж. Дойлом и П. Клинчем в 1927 году. Первые доказательства того, что процесс синтеза белка непосредственно участвует в закаливании растения, были получены Г. Симинович. Впоследствии во многих работах сообщалось об изменении содержания нуклеиновых кислот и общего белка во время закаливания растений к холоду. Анализ изменений водо- и солерастворимых белков озимой пшеницы после закаливания и перезимовки показал увеличение содержания водорастворимых белков. В то же время содержание солерастворимых белков снижалось. По этим признакам обнаружены различия между озимой пшеницей сорта Безостая 1 и высокозимостой мутантом этого сорта, полученным под действием нитрозометилмочевины. Аминокислотный анализ изучаемых белков выявил значительные изменения по этому признаку как у исходно формы, так и у мутанта под действием перезимовки. В ряде других работ сообщалось об изменении содержания общего белка во время действия низкой температуры и закаливания. При изучении биосинтеза белка во время низкотемпературно адаптации озимых злаков в связи с их морозостойкостью было установлено, что у озимой пшеницы, озимой ржи и ячменя при снижении температуры с 18⁰С до 2⁰С в первые – третьи сутки адаптации происходит снижение уровня синтеза белка, но на пятые – седьмые сутки синтез белка возрастает, при этом 10–15% обще массы растительного белка составляют вновь синтезированные белки, не присутствовавшие в контрольных растениях.
Во время перезимовки растений озимой пшеницы происходят значительные изменения в содержании белков в тканях корня и узлов кущения: наблюдается гидролиз белков в корнях и перемещение свободных аминокислот в узлы кущения, причем если осенью с понижением температуры количество растворимых белков в корнях уменьшается, то к весне оно увеличивается. Накопление белков за счет более слабого по сравнению с ростом замедления скорости белкового синтеза отмечалось в клетках корня кукурузы под влиянием пониженной температуры.
Применение электрофореза для разделения растительных белков позволило получить новую информацию о влиянии гипотермии на состав белков растений. Резкое снижение температуры вызывает заметные изменения в электрофоретическом спектре легкорастворимых белков. В частности, у озимой пшеницы в период перезимовки обнаружены значительные изменения в составе белков, выделенных из узлов кущения. В процессе закаливания образование белков, судя по количеству полос в электрофоретическом спектре, нарастало, а в осенне-зимний период уменьшалось. Была отмечена сортовая специфика в отношении этого признака. В частности, морозоустойчивый сорт озимой пшеницы отличался от морозочувствительного сорта большим числом полос в электрофоретическом спектре.
Появление новых полос в спектре белков под действием гипотермии и в процессе закаливания растений к холоду отмечается многими исследователями. В частности, в ходе процесса адаптации озимой пшеницы к низким отрицательным температурам отмечалось появление в электрофоретическом спектре белков с молекулярными массами 24 и 85 кДа, а также в дополнение к ним 67 и 74 кДа. При изучении полипептидного состава белков узла кущения озимой пшеницы в процессе зимовки было обнаружено изменение содержания глобулинов с молекулярными массами 23 и 48 кДа. Закаливание озимой пшеницы приводит и к изменениям в составе белков надземных органов, при этом наблюдается новообразование четко выраженных полос в электрофоретическом спектре в зонах высоко- и низкоподвижных белков. Авторы, учитывая, что значительная часть белков обладает ферментативными свойствами, предполагают появление ферментов, которые обнаруживаются только при холодовом воздействии на озимую пшеницу.
При исследовании белков, синтез которых коррелирует с возрастанием холодоустойчивости клеточных культур Bromus inermis Leyss. cv. Manchar было отмечено усиление синтеза белков с молекулярными массами 25, 165, 190 и 200 кДа.
Одним из наиболее изученных к настоящему времени семейств белков, содержание которых в растении коррелирует с холодоустойчивостью, являются дегидрины. Данное семейство белков имеет определенные, характерные для этого семейства последовательности аминокислот, что позволяет достаточно легко и уверенно идентифицировать его членов как на уровне транскриптов, так и на уровне индивидуальных белков. В связи с этим члены данного семейства в настоящее время интенсивно изучаются.
Значительные изменения под действием холодовой акклиматизации были обнаружены при изучении экспрессии дегидринов у яровых и озимых зерновых культур. Было установлено, что содержание дегидриновых транскриптов возрастает с сентября по ноябрь, причем их содержание у яровых культур возрастает меньше, чем у озимых. При исследовании экспрессии гена дегидрина было обнаружено, что после 14 дне закаливания в контролируемых условиях в значительных количествах обнаруживаются три транскрипта, гибридизующихся с кДНК белка DHN-4. После низкотемпературно закалки растений в полевых условиях к ноябрю в растениях накапливался высоки уровень транскриптов дегидрина, при этом растения развивали очень высокую морозостойкость. Увеличение уровня синтеза дегидрина с молекулярной массой 50 кДа во время холодовой акклиматизации было отмечено у пшеницы. Было также установлено, что некоторые из полипептидов, появляющиеся под действием закаливания у других культур, также относятся к семейству белков-дегидринов.
С помощью электрофореза белков в градиенте ПААГ и изоэлектрофокусирования было показано, что закаленные и незакаленные к холоду листья озимой пшеницы имеют различающиеся белковые спектры. После закаливания наблюдалось появление белковых компонентов с высокомолекулярной массой. В ряде работ было высказано предположение, что холодовая обработка индуцирует синтез полипептидов с отличающейся первично структурой, поскольку этими авторами было установлено, что охлаждение проростков яровой пшеницы приводит к появлению новых полос не только в спектрах нативных белков, но и в электрофоретических спектрах белков, обработанных додецилсульфатом натрия.
Ф.Р. Гималов с соавторами констатировали, что под действием холодового шока у пшеницы происходит индукция синтеза полипептидов с молекулярными массами 50, 70 и 94 кДа. Впоследствии этими же авторами был проведен скрининг ряда представителей трибы Triticeae для сравнения полипептидов, синтезирующихся у них под действием гипотермии. Обработка объектов низкой температурой проводилась в течение 7 суток. Радиоактивная метка вводилась в течение последних 24 часов холодовой обработки. При помощи электрофореза в ПААГ и радиоавтографии было установлено, что у всех диплоидных видов понизился уровень синтеза полипептидов с молекулярной массой 50 и 66 кДа. У всех этих видов в спектре белков появился полипептид с молекулярно массо 43 кДа. В растениях вида T. urartu синтезировались также белки с молекулярными массами 20, 27 и 37 кДа; у вида T. sinskajae – 20 и 37 кДа, а у T. monococcum – 20 и 27 кДа. У эгилопсов в спектрах появлялись белки с молекулярными массами 33 и 43 кДа и наблюдалось увеличение синтеза белков с молекулярными массами 20, 40, 50 и 62 кДа. У T. dicoccum наблюдалось уменьшение синтеза белка с молекулярной массой 66 кДа и усиление синтеза белков с молекулярными массами 45 и 48 кДа. В белковом спектре появлялись полосы с молекулярными массами 20, 33 и 43 кДа. У T. aestivum наблюдалось появление в спектре белков с молекулярными массами 43 кДа и 43 и 48 кДа. Уменьшалось включение радиоактивно метки в белок 66 кДа и 46 кДа. У озимой ржи было отмечено снижение включения метки в белки с молекулярными массами 13, 38, 50 и 90 кДа и увеличение включения метки в белки с молекулярными массами 15 и 22 кДа. В белковом спектре появлялась полоса с молекулярной массой 28 кДа. Авторы выделяют ряд полипептидов, которые появляются в белковых спектрах большинства исследованных видов растений под действием пониженной температуры.
Из листьев закаленной к холоду капусты был выделен и очищен белок, который защищал тилакоиды незакаленного шпината от повреждения при замораживании. Процедура выделения включала в себя осаждение тепловой обработкой, осаждение сульфатом аммония и гликозаминогликаном гепарина, а также колоночную хроматографию на Полиамиде 6 и обращенно-фазную хроматографию на матриксе С-18. После обращенно-фазной хроматографии на электрофорезе была выявлена одна полоса с приблизительной молекулярной массой 7 кДа. Эта фракция имела криопротекторную активность. Гель-фильтрация подтвердила, что данный белок является мономером с молекулярной массой 7 кДа. Этот белок можно выделить только из закаленных к холоду растени капусты, но не из растени, выращенных в незакаливающих условиях. С использованием меченых пероксидазой лектинов было показано, что данный криопротектин является гликопротеином и содержит связанны остаток а1–3 связанной фукозы.
Листья омелы содержат тригалактозу и специфические N-ацетилгалактозаминные-изолектиновые группы. Группы ML I и ML III показали высокую криозащитную активность в изолированных мембранах тилакоидов шпината в период замерзания и оттаивания почвы, в то время как ML II не обладали такой активностью. В ходе экспериментов установлено, что криозащитная эффективность белков коррелировала с их относительно гидрофобностью. Было установлено также, что морозостойкость листьев омелы сезонно регулируется природными условиями. В то время как листья, собранные зимой, не повреждались при замерзании почвы до -20⁰ C, листья, собранные в июле, претерпевали 70% утечку электролита после замерзания почвы до -5⁰ C. Данные экспериментов свидетельствуют, что и количество фракций ML I и ML III изменяется в течение года. Наиболее высокое содержание этих криозащитных лектинов наблюдалось зимой и ранней весной, а наиболее низкое – в период летних месяцев. Изменений в содержании ML II не было зафиксировано. Эти данные подтверждают то, что некоторые лектины могут играть роль в стабилизации клеточных мембран под действием стрессовых условий окружающей среды.
При изучении влияния развития морозоустойчивости на синтез белков было идентифицировано семейство белков, ассоциированное с развитием морозоустойчивости у пшеницы. Данное семейство белков специфическое для злаков и их содержание регулируется низко температурой. Антитела, полученные против белка с мол. массой 50 кДа, реагируют, по крайней мере, с пятью членами данного семейства. Используя эти антитела, были определены содержание и локализация данного семейства белков в акклиматизированных к холоду всходах пшеницы. Вестерн-блоттинг субклеточных частиц показал наличие всех членов семейства в цитозоле и очищенных ядерных частицах. После 21 дня холодовой акклиматизации озимой пшеницы эти белки накапливались вплоть до 0.9% от всех растворимых экстрагируемых белков. Их клеточная концентрация составляла 1.34. Иммуногистохимическая локализация показала, что содержание этих белков наиболее высоко в зоне сосудистого перехода. Эти белки не были обнаружены в зрело ксилеме, в верхушечной меристеме побегов или в боковых корневых примордиях. Данная тканеспецифичная индукция позволяет предполагать, что чувствительные клетки в областях, где вода имеет тенденцию замерзать в первую очередь, для своей защиты требуют более высокого содержания этих белков.
Полученные данные хорошо соответствуют тому факту, что отрастание после замораживания в значительно степени зависит от жизнеспособности данной части побега. Электронно-микроскопический анализ с использованием иммунно-золотой метки показал, что эти белки присутствуют в цитоплазме и в нуклеоплазме. В то же время они не были найдены в клеточных стенках или других клеточных органеллах. Исследование криозащитного действия in vitro показало, что белок WCS120 так же эффективно, как БСА и сахароза, защищает лактатдегидрогеназу от денатурации в ходе замораживания. Эти результаты показывают, что данное семейство белков может быть вовлечено в общий механизм защиты растворимых частиц клетки. Их присутствие в нуклеоплазме также позволяет предложить как их возможную функцию – предохранение процессов транскрипции. Высокая гидрофильность, высокое содержание данных белков и устойчивость этих белков при кипячении позволяют предлагать, что они могут обеспечивать особую микросреду, необходимую для выживания клетки в чувствительно зоне сосудистого перехода во время стресса при замораживании.
При исследовании взаимосвязи ответов растения на различные типы стресса было обнаружено, что солевой стресс увеличивает морозоустойчивость у некоторых видов травянистых растений. С целью понять молекулярные основы увеличения индуцируемо холодовым стрессом морозоустойчивости при помощи двумерного электрофореза в ПААГ был проанализирован эффект обработки солевым раствором на состав общих белков растений картофеля. После 24 часовой обработки NaCl, во время которой холодоустойчивость возросла в три раза, были выявлены девять индуцируемых солевым стрессом белков. Прямое сравнение этих белков с белками, индуцируемыми низкотемпературным стрессом и экзогенно абсцизовой кислотой, позволило установить, что пять индуцируемых солевым стрессом белков индуцировались также низкотемпературным стрессом, а семь – обработкой абсцизовой кислотой. Три белка 13/7.0, 27/6.6 и 48/6.9) индуцировались и холодом и экзогенно абсцизовой кислотой и были связаны с изменением морозоустойчивости. После 6 часов обработки солью, перед тем как развивалась холодоустойчивость, эндогенны уровень абсцизовой кислоты в листьях кратковременно увеличивался в шесть раз. Результаты позволяют считать, что солевая индукция холодового закаливания включает синтез холодоиндуцируемых и индуцируемых абсцизовой кислотой белков, а также то, что изменение белкового синтеза можно связать с увеличением концентрации абсцизовой кислоты в ответ на солевой стресс. Эти данные также позволяют предполагать, что некоторая часть белков, индуцируемых холодом и абсцизовой кислотой, связана с солевым стрессом.
2. Влияние гипотермии на содержание водорастворимых белков в тканях бактерий и водорослей
Изменение экспрессии водорастворимых белков в ответ на понижение температуры наблюдается также и у водрослей и у бактерий. Во время резкого понижения температуры в бактериях временно экспрессируются на высоком уровне «индуцируемые холодом белки». При помощи двумерного электрофореза в ПААГ были идентифицированы некоторые из этих белков. Несмотря на это, общие функции данных белков, как ответа организма на холодовой шок, в настоящее время все еще неясны. В последнее время наибольшее внимание исследователей сфокусировано на группе «белков холодового шока», синтез которых, как было показано, в значительно степени индуцируется во время холодового шока и после него и которые играют важную регуляторную роль в физиологии адаптации микроорганизмов к низким температурам. E. Coli, B. Subtilis и B. Cereus обладают семейством белков, насчитывающим, по меньшей мере, 3 – 7 белков CSP – небольших кислых белков, которые имеют между собой более 45% идентичности в последовательности аминокислот. Последние данные подтверждают, что члены этого широко распространенного семейства белков могут in vitro действовать как на уровне транскрипции, так и на уровне трансляции. Тем не менее, все функции CSP остаются неизвестны. К тому же, в соответствии с недавно полученными данными, в индукции синтеза CSP также играет важную роль посттрансляционная регуляция. В этот процесс могут быть также вовлечены рибосомы. Это предположение находится в соответствии с моделью, в которой, как предполагается, рибосомы являются температурным сенсором в бактериях.
Перенос Enterococcus faecalis в условия низко температуры вызывал усиление экспрессии 11 белков холодового шока. Кроме того, мезофильные прокариоты синтезировали также 10 белков холодовой акклиматизации, 5 из которых совпадали с белками холодового шока, во время продолжительного роста при температуре 8⁰С.
Listeria monocytogenes – грампозитивный продовольственный патоген – способен расти при температуре холодильника. При снижении температуры от 37 до 5⁰C у L. monocytogenes индуцируется синтез двенадцати белков холодового шока с молекулярными массами 48,6; 41,0; 21,8; 21,1; 19,7; 19,2; 18,8; 17,2; 15,5; 14,5 и 14,0 кДа. Это было установлено в экспериментах по включению метки с последующим двумерным электрофорезом в геле. Штамм SLCC53 показал аналогичный ответ на холодовой шок. Белки холодово акклиматизации наблюдались в культурах штамма 10403S в условиях роста при 5⁰C, четыре из этих белков, с молекулярными массами 48,0; 21,1; 19,7 и 18,8 кДа, также являлись белками холодового шока. Два чувствительных к холоду транспозон-индуцированных мутанта включали метку менее эффективно, чем нечувствительны к холоду родительски штамм, но в то же время ответная индукция белков холодового шока у изученных мутантов была очень похожа на ответную индукцию родительского штамма.
Дальне шее изучение основного белка холодового шока Listeria monocytogenes при помощи двумерного электрофореза показало, что его изоэлектрическая точка составляет 5.1. При помощи N-терминального сиквенса полученного при помощи двумерного электрофореза белка была установлена его полная идентичность с негеминовым железосвязывающим ферритином из Listeria innocua. Очистка этого ферритин-подобного белка позволила установить, что его нативная молекулярная масса составляет около 100–110 кДа, что свидетельствует о том, что он состоит из шести 18 кДа субъединиц. Нозерн-блот анализ показал присутствие его 0.8 kb мРНК в клетках во время фазы экспоненциального роста, а также значительное увеличение количества мРНК этого белка как после падения, так и после возрастания температуры.
CSPA является основным белком холодового шока E. coli, его синтез значительно возрастает в ответ на холодовой шок. Аминокислотная последовательность CSPA имеет 43% идентичности «домену холодового шока» эукариотического Y-box семе ства белков, члены которого взаимодействуют с РНК и ДНК для регуляции их функций. Показано, что CSPA кооперативно связывается с денатурировавшими под действием низко температуры одноцепочечными РНК, размером больше, чем 74 основания. Для его кооперативного связывания необходима минимальная концентрация CSPA 2.7х10^-5 М, что значительно ниже, чем присутствующая в клетке после холодового шока концентрация CSPA. Для связывания CSPA не было установлено специфических последовательностей РНК, что показывает, что он может связываться с широким спектром последовательностей. Когда состоящий из 142 оснований 5'-нетранслируемый участок собственной мРНК CSPA был использован как субстрат для рибонуклеаз А и Т1, добавление CSPA значительно стимулировало гидролиз РНК путем предотвращения образования РНКазоустойчивых связей из-за образования стабильных вторичных структур в 5'-нетранслируемом участке. Эти данные показывают, что связывание CSPA с РНК дестабилизирует вторичную структуру РНК и делает ее доступно для рибонуклеаз. Предполагается, что CSPA действует как шаперон РНК для предотвращения образования вторично структуры у РНК при низких температурах. Эта функция CSPA может быть необходима для эффективно трансляции мРНК при низких температурах и, по-видимому, может также оказывать влияние на процесс транскрипции.
При падении температуры в клетках Escherichia coli обнаружена сильная индукция синтеза важнейшего белка холодового шока – CSPA. Поскольку этот белок весьма консервативен, был использован подход, основанный на PCR с использованием пары дегенерированных праймеров, полученных из высоко консервативных областей cspA-связанных белков, чтобы доказать присутствие как минимум трех связанных с cspA генов в Lactacoccus lactis. Один из них, cspB, был клонирован и секвенирован. Он кодирует белок из 66 аминокислот, который обладает 60% тождественности последовательности с CSPA из Escherichia coli. После холодового шока уровень транскриптов мРНК CspB увеличивался, что было показано при помощи нозерн-блот гибридизации. Кроме того, наблюдалась индукция активности CSPB-зависимой бета-галактозидазы. Эти результаты указывают на то, что ген cspB из L. Lactis индуцируется холодовым шоком.
Белок холодового шока Bacillus subtilis, CSPB, после гипотермии влияет на уровень содержания нескольких других белков холодового шока в B. Subtilis. Экспрессия CSPB в Escherichia coli при 37⁰C – в условиях, когда белки холодового шока CSPA и CSPB E. Coli не обнаруживаются – приводит к заметному снижению скорости роста клеток и имеет значительное влияние на уровень синтеза других белков. При этом происходит как уменьшение, так и увеличение уровне синтеза специфических белков. В частности, индукция CSPB приводит к усилению активности бета-галактозидазы, экспрессированной из слитых транскриптов hns-lacz. Это увеличение отражает индукцию транскрипции hns и синтеза HNS после холодового шока и in vitro зависит от присутствия CSPA. Напротив, экспрессия мутантной формы CSPB, которая неспособна связываться с суперскрученной ДНК in vitro, не имела влияния на степени увеличения экспрессии генов, уровня синтеза белка или активность бета-галактозидазы. Эти данные демонстрируют сильное влияние CSPB на синтез белка в E. Coli и предполагают аналогичную функцию для CSPA в E. Coli по сравнению с CSPB в B. Subtilis. Однако впоследствии было установлено, что CSPA и CSPB по-разному связываются с одноцепочечной ДНК. В частности, в ходе этих исследований было установлено, что, если CSPB связывает поли-Т олигонуклеотиды примерно на порядок сильнее, чем поли-U или поли-С одноцепочечные ssДНК, тогда как CSPA связывает поли-Т, поли-U и поли-С ssДНК с одинаковой интенсивностью.
Как и другие бактерии, Bacillus subtilis обладает семейством гомологов небольших кислых белков, синтез которых индуцируется в ответ на холодовой шок. Делеция генов cspC или cspD не приводит к видимому изменению фенотипа; напротив, двойные мутанты по генам csp проявили серьезное снижение скорости клеточного роста как при 15⁰C, так и при 37⁰C и ухудшение выживаемости во время стационарно фазы роста. С помощью двумерного гель-электрофореза показано, что у двойных мутантов по генам csp разрегулирован синтез белка и потеря одного или двух белков CSP приводит к увеличению синтеза остаточных CSP при 37⁰ C и после холодового шока, что позволяет предположить, что CSP ингибируют синтез других членов этого семе ства белков. Тройной мутант cspB/C/D мог размножаться только в присутствии CSPB, перенесенного плазмидой, что свидетельствует о том, что хотя бы минимальное количество гена csp необходимо для жизнеспособности B. Subtilis. После холодового шока синтез CSPB в 64bcdbt был намного ниже, чем в клетках дикого типа, что сопровождалось прекращением роста и значительным уменьшением общего синтеза белка. Поскольку как CSPB, CSPC, так и CSPD показали способность связывать РНК кооперативным и интерактивным способом, предполагается, что белки CSP действуют как РНК-шапероны, облегчающие инициирование трансляции при оптимальных и низких температурах.
При изучении характеристик CSPB было установлено, что CspB из Bacillus subtilis конформационно стабилен лишь в двух граничных состояниях, но чрезвыча но быстро меняет свою укладку между этими стабильными состояниями. Изучение соответствующих белков холодового шока из термофильно Bacillus caldolyticus и гипертермофильно Thermotoga maritima показало, что они обладают значительно более высоко конформационной стабильностью, но с неизменно очень быстро кинетико переходов между двумя стабильными состояниями. По-видимому, это неотъемлемое свойство небольших белков, полностью состоящих из изгибов.
В белке холодового шока CSPB из Bacillus subtilis имеются три незащищенных остатка фенилаланина, которые необходимы для его функционирования при связывании с одноцепочечными суперскрученными нуклеиновыми кислотами. Обычно гидрофобные боковые цепи фенилаланина в складчатых белках спрятаны. Авторами была предпринята попытка выяснить, может ли экспозиция этих остатков фенилаланина быть причиной низкой конформационной стабильности CSPB. В ходе экспериментов были измерены индуцированные мочевиной и индуцированные нагревом равновесные переходы для трех мутантов CspB, у которых Phe 15, Phe 17 и Phe 27 индивидуально были заменены аланином. Неожиданно было обнаружено, что все три мутации сильно дестабилизировали CspB. Таким образом, ароматические боковые цепи Phe 15, Phe 17 и Phe 27 в активном сайте важны и для связывания с нуклеиновыми кислотами, и для конформационной стабильности.
В целом, согласно современным представлениям, бактериальные белки холодового шока функционируют как регуляторы трансляции и РНК-шапероны. Во время роста при 37⁰С CSP связываются с мРНК и поддерживают ее в лине но форме. Во время трансляции рибосомы вытесняют CSP с мРНК, поскольку CSP обладают более низким сродством к мРНК. Во время холодового шока происходит резкое увеличение содержания CSP, поскольку это необходимо для уравновешивания возрастания стабильности вторично структуры мРНК.
Искусственное снижение концентрации CSP приводит к образованию вторично структуры мРНК и прекращению процесса трансляции.
После резкого падения температуры различные виды бактерий проявляют мультигенный ответ. Доказательства такого рода ответа на действие холода у Salmonella typhimurium были получены при определении диапазона индуцируемых низкими температурами слияний генов, содержавших Mudlux-вставки. Из выделенных Mudlux-слияний генов было найдено одно, которое не производило детектируемого свечения во время выращивания при 30⁰C, но проявило быстры и высоки уровень индукции при снижении температуры до 10⁰C. Мишень данного слияния гена, как было показано, расположена по соседству с umudc опероном и кодирует гомолог основного белка холодового шока Escherichia coli, CSPA. Изучение люминесценции показало, что детектируемое свечение происходило от слияния CspB: Mudlux при температурах ниже 22⁰C, но не при более высоких температурах, даже после падения температуры от 30⁰C. Более того, было обнаружено, что уровни содержания мРНК CSPB соответствуют данной модели люминесценции, что позволяет предлагать, что экспрессия cspB происходит ниже определенно пороговой температуры. Как было обнаружено, мРНК CSPB очень стабильна при 10⁰C, но становится чрезвычайно нестабильно, когда температура поднимается выше порогово. Существующие клеточные РНКазы, таким образом, по-видимому, опосредуют разрушение мРНК CSPB при высоких температурах, но не способны совершать это при низких температурах.
Необходимо отметить, что белки холодового шока у мезофильных и термофильных бактерий имеют большое сходство в структуре, но весьма отличаются в стабильности. Сравнение структуры CSP из мезофилов и гипертермофильно бактерии Thermotoga maritima показало большую значимость определенных заряженных групп белковой молекулы для ее стабилизации при низкой температуре.