Un circuit de proteïnes específiques de les cèl·lules mare de les plantes en regula la divisió i lʼadaptació a lʼestrès
Un equip de recerca multidisciplinari, liderat per la biòloga del CSIC i del CRAG Ana I. Caño Delgado i la física de la Universitat de Barcelona Marta Ibañes, ha descobert que dues proteïnes de les cèl·lules mare de les plantes, conegudes pel seu paper en el desenvolupament correcte de lʼarrel, interaccionen físicament i es regulen lʼuna a lʼaltra per evitar la divisió cel·lular. El treball, resultat de quinze anys de recerca de les dues investigadores, revela que aquestes dues proteïnes, anomenades BRAVO i WOX5, actuen de manera específica en un petit grup de cèl·lules mare, i que la seva interacció és clau per a la supervivència de la planta davant factors dʼestrès genòmic i ambiental, com la calor o el fred extrems, o les inundacions. Un article publicat recentment a la revista Molecular Systems Biology recull aquests resultats, obtinguts amb la planta model Arabidopsis thaliana.
Un equip de recerca multidisciplinari, liderat per la biòloga del CSIC i del CRAG Ana I. Caño Delgado i la física de la Universitat de Barcelona Marta Ibañes, ha descobert que dues proteïnes de les cèl·lules mare de les plantes, conegudes pel seu paper en el desenvolupament correcte de lʼarrel, interaccionen físicament i es regulen lʼuna a lʼaltra per evitar la divisió cel·lular. El treball, resultat de quinze anys de recerca de les dues investigadores, revela que aquestes dues proteïnes, anomenades BRAVO i WOX5, actuen de manera específica en un petit grup de cèl·lules mare, i que la seva interacció és clau per a la supervivència de la planta davant factors dʼestrès genòmic i ambiental, com la calor o el fred extrems, o les inundacions. Un article publicat recentment a la revista Molecular Systems Biology recull aquests resultats, obtinguts amb la planta model Arabidopsis thaliana.
Aquest descobriment no hauria estat possible sense la unió dels coneixements i les disciplines acadèmiques dels equips de les dues científiques: dʼuna banda, la bioquímica, la genètica i la biologia cel·lular, i de lʼaltra, la modelització matemàtica.
«Treballs previs nostres i dʼaltres equips havien demostrat que la pèrdua dʼuna de les dues proteïnes (BRAVO o WOX5) produeix la divisió de les cèl·lules mare de lʼarrel. No obstant això, no sʼentenia quina connexió molecular hi havia», explica Ana I. Caño Delgado.
«En general, les regulacions gèniques involucren una complexitat que moltes vegades resulta poc intuïtiva, i que només és abastable a través de models matemàtics i simulacions per ordinador. Els models matemàtics que hem creat han pogut donar sentit a la gran quantitat de dades recopilades per lʼequip del CRAG», afegeix Marta Ibañes.
Aquests models matemàtics permetran ara experimentar de manera virtual, creant situacions hipotètiques que es puguin donar en les cèl·lules mare de lʼarrel, com lʼefecte dʼaplicar-hi hormones o les respostes en situacions dʼestrès.
El centre quiescent: una assegurança de cèl·lules mare
Les plantes tenen un conjunt de cèl·lules mare a lʼextrem de lʼarrel primària que li donen la capacitat de créixer indefinidament. La majoria dʼaquestes cèl·lules es divideixen ràpidament, fet que dona lloc a altres cèl·lules mare i a les diferents cèl·lules que conformen els teixits de lʼarrel, com lʼepidermis o el teixit vascular. No obstant això, en una de les puntes dʼaquest nínxol es troben unes poques cèl·lules mare que es divideixen molt més lentament, raó per la qual la zona que ocupen sʼha anomenat centre quiescent, és a dir, en repòs.
Cada vegada que una cèl·lula duplica el seu material genètic per dividir-se, corre el risc dʼincorporar errors, mutacions que poden tenir conseqüències negatives per a lʼorganisme. Davant dʼaixò, les cèl·lules mare del centre quiescent constitueixen una assegurança, un reservori de cèl·lules genèticament segures. En cas necessari, aquestes cèl·lules es poden «despertar» i dividir-se per omplir el nínxol de cèl·lules mare.
És justament en aquestes poques cèl·lules del centre quiescent on les proteïnes BRAVO i WOX5 exerceixen la seva important funció de reprimir la divisió cel·lular. Isabel Betegón-Putze, primera signant de lʼarticle, explica els experiments que va fer durant la seva tesi doctoral per arribar a aquesta conclusió: «Vam generar plantes dʼArabidopsis amb els gens BRAVO i WOX5 mutats simultàniament i vam observar que tenien menys capacitat de regenerar les arrels, que eren més curtes i menys abundants».
En situacions dʼestrès sever o prolongat, es produeixen dos tipus de resposta en el nínxol de cèl·lules mare: la mort de les cèl·lules que es divideixen ràpidament i lʼactivació de les cèl·lules del centre quiescent. Així, per exemple, les cèl·lules del centre quiescent sʼactiven després que es produeixi un tall en el casquet de lʼarrel, o després de la congelació o la intoxicació dʼaquesta per plom. Dʼaquesta manera, és possible reemplaçar les cèl·lules mare mortes i continuar garantint el creixement i el correcte desenvolupament de lʼarrel, que, al seu torn, garanteix la nutrició i el manteniment de la planta.
Entendre els mecanismes moleculars que regulen aquests processos és clau per poder obtenir cultius més resilients, especialment en la situació actual, amb climes cada vegada més extrems.
Una extraordinària font de joventut
Les plantes, a diferència dels animals, poden formar nous òrgans (fulles, flors, etc.) en lʼedat adulta i, a més, creixen al llarg de tota la vida, que pot arribar a superar els dos mil anys. Les cèl·lules mare dʼanimals i plantes sembla que fan servir estratègies similars per resoldre problemes biològics semblants. No obstant això, els processos moleculars que regulen aquestes estratègies sembla que són diferents. Entendre aquestes diferències pot ser molt profitós per dissenyar estratègies útils en medicina i cosmètica, que frenin lʼenvelliment cel·lular i promoguin la regeneració de teixits danyats. Aquesta recerca permetrà avançar en aquesta direcció.