_ Cercetările dezvăluie modul în care plantele controlează producția de specii reactive de oxigen

Speciile reactive de oxigen (ROS) sunt molecule foarte reactive care conțin oxigen. Acești compuși, care sunt produse secundare normale ale proceselor biologice în toate organismele vii, cum ar fi respirația aerobă, precum și fotosinteza, sunt extrem de toxici. În cele mai multe cazuri, ROS dăunează mașinilor celulare și pot declanșa un răspuns dăunător la stres dacă nivelurile lor nu sunt ținute sub control; acesta este motivul pentru care antioxidanții sunt o parte importantă a dietei noastre.

Cu toate acestea, în ultimele decenii, oamenii de știință au descoperit că ROS sunt adesea generate în mod intenționat în celule în diferite scopuri. Profesorul Kazuyuki Kuchitsu de la Universitatea de Științe din Tokyo (TUS) a fost mult timp un susținător al teoriei conform căreia ROS funcționează ca o sabie cu două tăișuri.

De-a lungul mai multor studii, prof. Kuchitsu și colegii săi au a demonstrat că plantele au multe tipuri de enzime care produc ROS într-o varietate de situații, cum ar fi atunci când luptă împotriva unei infecții fungice sau bacteriene, în timpul creșterii, dezvoltării și reproducerii, cum ar fi fertilizarea și atunci când se adaptează la stresul intern sau extern.

În unele dintre aceste studii, cercetătorii au investigat mecanismele prin care plantele reglează activarea enzimelor generatoare de ROS numite NADPH oxidaze (cunoscute și ca RBOH). Ele joacă roluri cruciale nu numai la plante, ci și la animale, inclusiv la oameni, și la ciuperci. Cu toate acestea, mai trebuie explorate multe aspecte ale semnificației biologice a acestui proces.

În plus, este esențial să se regleze strâns activitatea acestor enzime în toate organismele. Studierea evoluției mecanismelor de reglementare și a funcției RBOH este un subiect semnificativ în diverse domenii de cercetare, inclusiv științe medicale și farmaceutice și microbiologie.

Până în prezent, au fost identificate două mecanisme de activare pentru RBOH. Unul implică legarea ionilor de calciu (Ca2+) la două structuri mici numite mâini EF. Celălalt necesită o modificare chimică numită fosforilare la aminoacizi specifici; această modificare este efectuată de protein kinaze. Cu toate acestea, relația precisă dintre aceste două mecanisme și modul în care acestea reglează generarea ROS rămâne neclară.

În acest context, o echipă de cercetare condusă de prof. Kuchitsu și care include dl. Takafumi Hashimoto, un doctorat. . student, profesor asistent Kenji Hashimoto, dr. Shoko Tsuboyama și dl. Hiroki Shindo, toți de la TUS, și-au propus să abordeze această lacună în cunoștințe în colaborare cu dr. Takuya Miyakawa și prof. Masaru Tanokura.

Ei a publicat anterior un studiu care elucidează funcția și mecanismele de reglementare ale RBOH din plante. Acum, în ultimul lor articol, care a fost publicat în jurnalul Physiologia Plantarum pe 12 decembrie 2023, echipa a dezvăluit mecanismele de bază prin care MpRBOHB, un RBOH generator de ROS, este activat. Interesant este că aceste mecanisme par să fie conservate în RBOH-uri pe toate plantele terestre.

Cercetătorii au arătat mai întâi, prin experimente cu modelul hepatic Marchantia polymorpha și linii celulare modificate genetic, că activarea MpRBOHB necesită nu numai un creșterea concentrației intracelulare de Ca2+, dar și legarea cu ionii de Ca2+ în două regiuni din mâinile EF care se întind pe aproximativ 200 de aminoacizi. În aceste teste, au folosit fragmente de chitină pentru a declanșa un răspuns imun în celule, deoarece chitina este o componentă esențială a pereților celulari ai microorganismelor precum mucegaiurile și ciupercile.

În continuare, printr-o examinare detaliată a specialității regiunile din jurul mâinilor EF foarte conservate în toate plantele terestre, cercetătorii au identificat două resturi de aminoacizi serină care, atunci când sunt fosforilate, cresc afinitatea de legare a Ca2+ a MpRBOHB.

"Rezultatele noastre dezvăluie că legarea ionilor de calciu acționează ca un comutator molecular care activează MpRBOHB și că fosforilarea a două reziduuri de serină specifice joacă un rol în facilitarea acestei legături", explică prof. Kuchitsu. „Credem că aceste mecanisme, orchestrate de un domeniu de reglementare conservat, constituie procese de reglementare fundamentale care guvernează toate RBOH ale plantelor terestre.”

Înțelegerea modului în care plantele reglează enzimele producătoare de ROS ar putea avea implicații extraordinare pentru umanitate. Perspectivele obținute ar putea duce la instrumente pentru manipularea artificială a producției de ROS în plante. La rândul său, această capacitate ar putea fi folosită pentru a crește randamentul culturilor, pentru a face plantele mai rezistente la poluanți sau la microorganismele invazive și chiar pentru a folosi plantele pentru a curăța poluanții din mediu.

„Producția de ROS joacă o gamă extrem de largă de funcții importante ale plantelor, inclusiv creșterea, reproducerea, imunitatea și răspunsul la stres. Prin urmare, un control adecvat al acestei producții ne-ar putea ajuta să îmbunătățim agricultura și calitatea alimentelor, precum și să ne ajute la remedierea mediului", spune prof. Kuchitsu. „Sperăm că această lucrare va contribui la rezolvarea unei game largi de probleme sociale legate de plante, servind drept bază extrem de importantă pentru cercetările viitoare.”

(Fluierul)