Una proteína que ayuda a las células vegetales a ‘comerse a sí mismas’

Científicos del Departamento de Biología Vegetal Experimental de la Facultad de Ciencias de la Universidad Charles Publicado busca en Plantas de la naturaleza que aporta nuevos conocimientos sobre la función del complejo proteico ARP2/3 en las células vegetales. Resulta que las células vegetales pueden utilizar este componente de forma muy diferente a las células animales: es importante para el reciclaje celular de los peroxisomas.

El complejo proteico en estudio está compuesto por siete subunidades y es importante para la formación de la “estructura celular”, el citoesqueleto de actina. En las células animales, ARP2/3 es responsable, por ejemplo, de la formación de protuberancias de membrana (lamelipodios) y, por tanto, es esencial para el movimiento celular.

Las células vegetales, sin embargo, están rodeadas por una pared celular rígida y, por tanto, no pueden formar protuberancias de membrana; se vuelven inmóviles y permanecen en el mismo lugar del cuerpo de la planta. Sin embargo, encontramos un complejo ARP2/3 conservado evolutivamente en células vegetales. Por tanto, está claro que desempeña un papel en diferentes procesos animales.

Estudios anteriores han demostrado que el complejo ARP2/3 desempeña un papel en la coordinación del crecimiento y la formación de células vegetales, pero ahora los científicos han descubierto un papel completamente nuevo. Esta función está relacionada con una forma específica de autofagia, llamada pexofagia. ¿Qué significan estas palabras?

La autofagia (del griego, «comerse a sí misma») es el proceso mediante el cual una célula elimina orgánulos viejos y dañados y los recicla en componentes químicos esenciales que luego pueden reutilizarse. Pexofagia es el nombre que se le da a este reciclaje de peroxisomas, orgánulos que desempeñan un papel en la desintoxicación de los radicales de oxígeno, pero también en el metabolismo de los ácidos grasos.

¿Cómo se ve el “reciclaje” en la práctica? Si el peroxisoma ya está viejo y dañado, la célula lo encierra en una doble membrana llamada autofagosoma. Así envuelto, lo traslada a una vacuola donde sus enzimas «digestivas» lo disuelven en un ambiente ácido.

Es el complejo ARP2/3 el que desempeña un papel en el proceso de envolver el peroxisoma por la membrana del autofagosoma. Los científicos han demostrado que en mutantes que tienen un complejo ARP2/3 no funcional (sin ninguna de sus siete subunidades) o inactivo (sin su activador), los peroxisomas se acumulan en las células porque la célula es incapaz de degradarlos adecuadamente. También utilizaron microscopía confocal para mostrar cómo el complejo ARP2/3 forma un dominio en el peroxisoma justo en el punto donde el autofagosoma se encuentra para engullir al peroxisoma.

Este descubrimiento, en el que también participaron científicos del Instituto de Botánica Experimental de la CAS y científicos del Reino Unido, no sólo amplía nuestra comprensión de cómo funcionan el complejo ARP2/3 y la autofagia en las células vegetales, sino que también revela cómo diferentes grupos de organismos pueden utilizar el complejo ARP2/3 para sus diferentes necesidades.

Por ejemplo, mientras que en los animales la remodelación de la membrana por parte del complejo ARP2/3 es importante para el movimiento, en las células vegetales inmóviles ha encontrado un papel en la remodelación de la membrana durante el proceso de autofagia. Esto muestra la increíble capacidad de la naturaleza para utilizar las herramientas existentes que surgieron durante la evolución para diferentes propósitos.

Durante la investigación, el equipo de Kateřina Schwarzerová, Ph.D., utilizó varios métodos de microscopía avanzados. Debido al tamaño muy pequeño de los peroxisomas, que miden aproximadamente 1 micrómetro, y a la velocidad a la que se mueven los peroxisomas en las células vegetales, se utilizó un microscopio especial con modo de imagen TIRF para observar el complejo ARP2/3 en los peroxisomas, lo que lo hace Es posible observar procesos muy rápidos en las células vivas.

En colaboración con Kateřina Malínská, doctora del Departamento de Microscopía del Instituto de Botánica Experimental de CAS, vvi, los científicos también utilizaron un microscopio con un detector Airyscan, que permite una mejor resolución que la obtenida con la microscopía óptica convencional.

«Cuando vimos por primera vez bajo el microscopio los puntos que forma el complejo ARP2/3 en las células, esperábamos que marcaran sitios de ramificación del citoesqueleto de actina. Por eso nos sorprendió cuando un estudio de colocalización mostró que en realidad estaban asociados con peroxisomas. era muy diferente de lo que sabemos, por ejemplo, sobre la localización del complejo en animales. Al mismo tiempo, no tenía sentido dada la función conocida del complejo ARP2/3 en la formación de células vegetales».

«Solo después de varios años de investigación pudimos descubrir que esta sorprendente localización del complejo ARP2/3 en los peroxisomas era necesaria para su función completamente nueva en la degradación de los peroxisomas mediante autofagia», afirma Jan Martinek, primer autor del estudio. estudiar. publicación en Plantas de la naturaleza.