Científicos del Instituto Max Planck para la Investigación de Fitomejoramiento (MPIPZ) y la Universidad de Colonia, Alemania, han descubierto un mecanismo bioquímico novedoso que explica cómo las proteínas inmunitarias defienden a las plantas contra los microorganismos invasores. Sus hallazgos se publican en la revista Cell .
por la Sociedad Max Planck
Los humanos confiamos en nuestro sistema inmunológico para protegernos de enfermedades causadas por microorganismos dañinos. De manera similar, las plantas también generan respuestas inmunitarias cuando son invadidas por microbios dañinos. Los actores clave en estas respuestas inmunes de las plantas son los llamados receptores inmunes, que detectan la presencia de moléculas entregadas por microorganismos extraños y activan respuestas protectoras para repeler a los invasores.
Un subconjunto de estos receptores inmunitarios alberga regiones especializadas conocidas como dominios del receptor toll-interleukin-1 (TIR) y funcionan como enzimas, proteínas especiales que descomponen la molécula nicotinamida adenina dinucleótido (NAD + ), una molécula pequeña multifuncional muy abundante se encuentra en todas las células vivas . La descomposición de NAD + , a su vez, activa proteínas inmunitarias adicionales , lo que finalmente culmina en la llamada «respuesta hipersensible», un mecanismo de protección que conduce a la muerte de las células vegetales en los sitios de intento de infección como una forma eficaz de proteger a la planta como todo. Sin embargo, los estudios han demostrado que la descomposición de NAD +, aunque esencial, no es suficiente para la protección de las plantas, lo que sugiere que se deben involucrar mecanismos adicionales.
Los autores, dirigidos por los autores correspondientes, Jijie Chai, afiliado a MPIPZ, la Universidad de Colonia y la Universidad de Tsinghua en Beijing, China, Paul Schulze-Lefert de MPIPZ y Bin Wu de la Facultad de Ciencias Biológicas de Nanyang. La Universidad Tecnológica de Singapur examinó la función de las proteínas TIR y pudo demostrar que estos receptores no solo descomponen NAD + , sino que curiosamente poseen una función adicional: los dominios TIR también procesaban moléculas con enlaces fosfodiéster, que normalmente se encuentran en el ARN y el ADN. que están presentes en las células principalmente como moléculas grandes, lineales, de una o dos cadenas.
Mediante el análisis estructural , los autores pudieron demostrar que las proteínas TIR forman diferentes estructuras multiproteicas para la descomposición de NAD + o ARN/ADN, lo que explica cómo una misma proteína puede desempeñar dos funciones. Para escindir las moléculas de ARN/ADN, las proteínas TIR siguen los contornos de las hebras de ARN/ADN y se enrollan apretadamente alrededor de ellas como perlas en un collar. La capacidad de las proteínas TIR para formar dos complejos moleculares alternativos es una característica de toda la familia de receptores inmunitarios. La forma exacta de las proteínas TIR dicta así la actividad enzimática respectiva.
Los autores continuaron demostrando que esta función en sí misma no era suficiente para la muerte celular , sugiriendo que las responsables eran pequeñas moléculas específicas generadas por la descomposición del ARN y el ADN. Usando química analítica , los científicos pudieron identificar las moléculas como cAMP/cGMP ( monofosfato de adenosina cíclico )./monofosfato de guanosina cíclico), los llamados nucleótidos cíclicos que están presentes en todos los reinos de la vida. Curiosamente, en lugar del bien caracterizado 3′,5′-cAMP/cGMP, el análisis de los autores mostró que los dominios TIR desencadenaban la producción del llamado 2′,3′-cAMP/cGMP no canónico, enigmático». primos», cuyas funciones precisas hasta ahora no han sido claras. Cuando redujeron la producción mediada por TIR de 2′,3′-cAMP/cGMP, la actividad de muerte celular se vio afectada, lo que demuestra que las moléculas de 2′,3′-cAMP/cGMP son importantes para la respuesta inmunitaria de las plantas.
Si 2′,3′-cAMP/cGMP promueven la muerte celular en las plantas en respuesta a la infección, entonces es lógico que sus niveles se mantengan estrictamente controlados. De hecho, los autores descubrieron que un regulador negativo conocido de la función TIR en plantas, NUDT7, actúa agotando 2′,3′-cAMP/cGMP. Ciertos microorganismos patógenos liberan reguladores negativos similares durante la infección dentro de las células vegetales, y los científicos podrían demostrar que estas proteínas patógenas también agotan 2′,3′-cAMP/cGMP. Esto sugiere que los microorganismos invasores han desarrollado estrategias inteligentes para desarmar el mecanismo de defensa vegetal dependiente de 2′,3′-cAMP/cGMP para su propio beneficio.
Dongli Yu, uno de los tres primeros coautores de este estudio, junto con Wen Song y Eddie Yong Jun Tan, resume así la importancia de su estudio: «Hemos identificado un nuevo papel para el dominio TIR de los receptores inmunitarios en la protección de las plantas contra la infección Mirando hacia el futuro, identificar y caracterizar los objetivos de 2′,3′-cAMP/cGMP sugerirá nuevas estrategias para hacer que las plantas sean más resistentes a los microbios dañinos y de esta manera contribuir a la seguridad alimentaria».
Más información: Dongli Yu et al, Los dominios TIR de los receptores inmunitarios de las plantas son 2′,3′-cAMP/cGMP sintetasas que median la muerte celular, Cell (2022). DOI: 10.1016/j.cell.2022.04.032
