La segnalazione molecolare nelle piante

Gli organismi viventi hanno una rete molto complessa di segnalazione biochimica per svolgere virtualmente tutte le funzioni, dal livello cellulare a quello dell’organismo. L’NO svolge un ruolo nella regolazione delle funzioni delle piante, inclusi resistenza alle malattie, scambi gassosi, germinazione dei semi e sviluppo delle radici.

Molte funzioni biologiche derivano da interazioni di NO (o più generalmente della famiglia dei monossidi di azoto (NOx)) con le proteine. Alcuni scienziati finanziati dall’UE hanno avviato il progetto PRONITROARAB (“NO-dependent protein translocation and S-nitrosylation of nuclear proteins in Arabidopsis thaliana”) per determinare target che mediano gli effetti concentrandosi sulle proteine nucleari.

Uno dei modi più importanti in cui NO regola le funzioni nelle piante è attraverso l’attacco covalente ai residui di cisteina (S) di altre molecole (S-nitrosilazione). Il team ha in primo luogo utilizzato metodi computazionali (il software GPS-SNO 1.0, un programma recentemente sviluppato per la previsione dei siti di S-nitrosilazione) per indagare l’intero proteoma di A. thaliana (27 416 proteine). I risultati sono stati impressionanti.

Sono state trovate grandi quantità di proteine candidate per la S-nitrosilazione in tutti i comparti cellulari (ad es. membrana, cloroplasti, ecc.). Concentrandosi sui candidati più promettenti (probabilità statistica più rigorosa), il team ha identificato un totale di 3 190 siti di S-nitrosilazione in un totale di 3 005 proteine target, principalmente nel cloroplasto, nel compartimento intracellulare e nei plasmodesma, Rappresentavano tra il 5 e il 17 % del contenuto totale di proteine per compartimento.

Il team ha poi analizzato più approfonditamente la S-nitrosilazione delle proteine nucleari in vivo. Per trovare le proteine nucleari S-nitrosilate associate alla risposta di difesa delle piante, il team ha esposto l’A. thaliana a un patogeno. Questa piccola angiosperma è un sistema modello nella biologia delle piante.

Le proteine sono poi state estratte dai nuclei e sottoposte al metodo del biotin-switch (sostituzione dell’NO con una molecola di biotina) per identificare le proteine nucleari S-nitrosilate. Come controllo si sono usati estratti nucleari esposti a un donatore NO. Dei 195 candidati identificati, il 57 % (111) erano proteine nucleari. Queste proteine servono a una miriade di funzioni, e dimostrano l’ampia portata della via NO nella regolazione.

Comprendere i meccanismi regolatori nelle piante è importante a diversi livelli, dall’acquisizione di conoscenze fondamentali alle applicazioni collegate alla crescita delle coltivazioni o alla resistenza alle malattie, nonché a indicare vie simili in altri sistemi. PRONITROARAB ha apportato nuove conoscenze al settore della regolazione delle piante dalla S-nitrosilazione delle proteine, e ha aperto la porta a numerosi esperimenti e a brillanti carriere dedicate allo studio di questi fenomeni.