Noves vies de control en la síntesi de les defenses químiques en plantes

La recerca s’ha centrat en la fisiologia de la planta <i>Medicago truncatula</i>, un organisme vegetal de referència per als estudis sobre plantes lleguminoses. Imatge: Karel Spruyt, VIB
La recerca s’ha centrat en la fisiologia de la planta Medicago truncatula, un organisme vegetal de referència per als estudis sobre plantes lleguminoses. Imatge: Karel Spruyt, VIB
Recerca
(13/12/2013)

Un estudi científic revela un nou mecanisme per al control de la via de síntesi de les saponines, unes molècules essencials per a la defensa i la relació dʼalgunes plantes amb lʼentorn, i de gran interès per al sector biomèdic i industrial. En lʼarticle, publicat recentment a la revista Nature, hi ha participat el professor Narciso Campos, del Departament de Bioquímica i Biologia Molecular (Biologia), en el marc dʼun treball internacional coordinat per lʼinvestigador Alain Goossens, de lʼInstitut Flamenc de Biotecnologia (VIB, Bèlgica).

La recerca s’ha centrat en la fisiologia de la planta <i>Medicago truncatula</i>, un organisme vegetal de referència per als estudis sobre plantes lleguminoses. Imatge: Karel Spruyt, VIB
La recerca s’ha centrat en la fisiologia de la planta Medicago truncatula, un organisme vegetal de referència per als estudis sobre plantes lleguminoses. Imatge: Karel Spruyt, VIB
Recerca
13/12/2013

Un estudi científic revela un nou mecanisme per al control de la via de síntesi de les saponines, unes molècules essencials per a la defensa i la relació dʼalgunes plantes amb lʼentorn, i de gran interès per al sector biomèdic i industrial. En lʼarticle, publicat recentment a la revista Nature, hi ha participat el professor Narciso Campos, del Departament de Bioquímica i Biologia Molecular (Biologia), en el marc dʼun treball internacional coordinat per lʼinvestigador Alain Goossens, de lʼInstitut Flamenc de Biotecnologia (VIB, Bèlgica).

 

Metabòlits secundaris: defensa i relació amb lʼentorn

El treball analitza la via de síntesi de les saponines, uns metabòlits secundaris àmpliament distribuïts en el món vegetal. Les saponines, que formen part de lʼarsenal defensiu dʼalgunes plantes enfront dʼamenaces externes (patògens, herbívors, etc.), són molècules que alteren la permeabilitat de les membranes i presenten un gran interès farmacèutic i industrial com a agents antimicrobians, anticancerosos i hemolítics, entre altres aplicacions.
 
Les saponines se sintetitzen a partir de la via dels isoprenoides (terpenoides), una ruta metabòlica en la qual té un paper clau lʼenzim HMGR (3-hidroxi-3-metilglutaril-CoA reductasa). Tal com explica el professor Narciso Campos, «lʼHMGR va ser identificada fa quatre dècades en mamífers i, poc després, en plantes i fongs». «En el cas dels humans —continua—, és lʼenzim clau per al control de la síntesi de colesterol, un isoprenoide essencial però el desajust del qual causa greus anomalies, com ara lʼaterosclerosi». En el cas de fongs i plantes, també és lʼenzim clau per a la síntesi dels esterols. Pel seu interès en biomedicina, els estudis sobre la via de síntesi dʼisoprenoides representen la temàtica que ha rebut més guardons en la història dels Premis Nobel.
 
Un fre molecular a la síntesi de saponines

La recerca sʼha centrat en la fisiologia de la planta Medicago truncatula, un organisme vegetal de referència per als estudis sobre plantes lleguminoses. Quan les plantes detecten una agressió externa, es desencadena una síntesi massiva de saponines a través del senyal bioquímic induït per la fitohormona metil jasmonat. Aquest senyal bioquímic, en concret, promou lʼactivitat de diferents isoformes de lʼenzim HMGR, i en conseqüència, la síntesi de saponines amb funció defensiva. Segons els experts, en aquesta cascada de reaccions metabòliques existiria un fre molecular no descrit fins ara: el de la ubiquitina ligasa o E3, que regularia de manera negativa lʼactivitat de lʼHMGR i, per tant, la síntesi de saponines, que en excés també resultarien fatals per a la planta.
 
«La ubiquitina ligasa és una subunitat del sistema ubiquitina-proteasoma de degradació de proteïnes. En concret, aquesta estructura reconeix la diana molecular que ha de ser degradada. Cal recordar que en biologia els processos de degradació selectiva de proteïnes són tan importants com els de síntesi. De fet, moltes malalties es deuen a lʼacumulació de proteïnes que no han estat degradades», detalla Narciso Campos, que és membre del Grup de Recerca de Genètica Molecular de Plantes de la UB i del Centre de Recerca en Agrigenòmica (CRAG).
 
Una via dʼalta complexitat en plantes

A diferència dʼaltres organismes, la via de síntesi dʼisoprenoides en les plantes és dʼuna complexitat extraordinària. Fins ara, sʼhan descrit prop de 35.000 compostos isoprenoides sintetitzats majoritàriament per organismes vegetals. Les molècules identificades, que només són una part de les que existeixen en les plantes, tenen en conjunt un extraordinari potencial biotecnològic i industrial. Els isoprenoides són essencials per a multitud de funcions de la planta (respiració, fotosíntesi, control del desenvolupament o organització de la cèl·lula, entre dʼaltres) i per modular la seva relació amb el medi (defensa, atracció dʼinsectes, etc.). «Cada grup de plantes sʼha especialitzat en la producció dʼisoprenoides concrets», explica Narciso Campos.
 
Els progressos en lʼelucidació de la ruta de síntesi dʼisoprenoides en les plantes també obren noves fronteres al coneixement del metabolisme del colesterol, de gran interès biomèdic pels seus efectes sobre la salut humana. Segons els experts, en mamífers, llevats i plantes, lʼenzim HMGR té una estructura bipartida en la qual destaca un domini catalític conservat i un domini de membrana que lʼancora al reticle endoplasmàtic. En diferents estudis, sʼha constatat que lʼexpressió del domini de membrana condueix a la síntesi massiva de membranes i hipertròfia dʼaquest orgànul cel·lular. Aquesta resposta comuna, segons apunta Narciso Campos, sʼha mantingut al llarg de lʼevolució i també podria estar lligada al control de síntesi dʼesterols.