Le fosfolipasi nelle cellule vegetali

Anche nelle piante i prodotti derivati dai fosfolipidi hanno un ruolo importante e intervengono come secondi messaggeri in vari processi biologici, come l’allungamento cellulare, il gravitropismo, la deiscenza delle antere, la biosintesi dell’acido jasmonico e la difesa dell’organismo. Queste molecole segnale vengono generate da fosfolipasi A, che sono state classificate in base a informazioni di sequenza e proprietà biologiche in:

- PLA1;

- PA-PLA₁, che hanno una preferenza per l’acido fosfatidico;

- sPLA2;

- PAT-PLA₂ (patatin-like).

Le sPLA₂ sono proteine a basso peso molecolare (13-18 kDa) e ne sono state identificate varie isoforme in Arabidopsis, in riso e in garofano. Sono dotate di un peptide segnale N- terminale che viene rimosso in seguito alla secrezione, e presentano un dominio di legame del Ca²⁺ e un sito attivo con una diade Asp/Ser molto conservati.

Nella proteina matura sono presenti 12 residui di cisteina che formano sei ponti disolfuro. Queste fosfolipasi sono correlate alle sPLA2 animali.

Le PAT-PLA₂ sono omologhe in sequenza alle PLA₂ Ca²⁺-indipendenti delle cellule animali, con cui condividono anche il sito attivo, e si trovano nei tuberi di piante solanacee. Hanno localizzazione citoplasmatica e possono avere un’attività combinata di PLA1 e PLA2.

Le prime evidenze della presenza di fosfolipasi A2 in cellule vegetali sono arrivate da studi condotti su semi di olmo (Ulmus glabra). Questi studi hanno consentito di isolare una proteina di piccole dimensioni (14 kDa circa), con attività dipendente dallo ione Ca²⁺ e specifica per la posizione sn-2 dei fosfolipidi. È stata ottenuta inoltre la sequenza della regione N- terminale, utilizzata poi per una ricerca in banca dati di sequenze omologhe. In questo modo, si sono trovate quattro EST (expressed sequence tags) provenienti da riso (Oryza sativa), che successivamente sono state identificate come codificanti per due PLA2. Queste proteine mostravano le stesse caratteristiche biochimiche e catalitiche della PLA2 isolata dai semi di olmo, e tutte e tre risultavano correlate alle fosfolipasi A₂ secretorie delle cellule animali. Dall’allineamento delle

sequenze di riso, di quella parziale di olmo e di quelle di sPLA2 animali è stato possibile osservare la conservazione del Ca²⁺ binding loop e del sito attivo (questo non era visibile nella sequenza di olmo, poiché il sito cade a valle rispetto alla porzione nota).

Solo 6 delle 12 Cys delle sequenze di riso erano allineate rispetto alle cisteine animali:

si è ipotizzato perciò che, nonostante la struttura delle aree catalitiche sia conservata tra animali e piante, la struttura generale ed il riarrangiamento dei ponti disolfuro al di fuori di queste aree siano abbastanza diversi.

Il ruolo che le fosfolipasi A₂ svolgono nelle piante non è ancora del tutto chiaro ma è probabile che, come negli animali, partecipino a processi di trasduzione del segnale.

Questo intervento sarebbe mediato dai due prodotti principali liberati dell’azione della PLA₂, che fungono da secondi messaggeri.

L’acido grasso liberato principalmente è il linolenico, un acido poli-insaturo di 18 atomi di carbonio; questo viene indirizzato verso la via metabolica che converte gli octadecanoidi in ossilipine, come l’acido jasmonico (figura 7), un potente induttore della trascrizione genica. La via è paragonabile a quella che, negli animali, porta alla produzione di eicosanoidi a partire dall’acido arachidonico.

Anche il secondo prodotto dell’attività fosfolipasica, il lisofosfolipide, svolge un ruolo nella risposta a stimoli esterni. In particolare , la fosfatidilcolina è in grado di attivare le proteine chinasi, che potrebbero a loro volta agire sulle pompe H⁺-ATPasi portando ad una acidificazione della parete cellulare.

Si pensa che il coinvolgimento delle PLA2 nei processi di traduzione del segnale sia associato soprattutto alla crescita cellulare, al gravitropismo e alla difesa da patogeni e da ferite.

Azione dell’auxina e crescita cellulare: l’auxina è un “ormone vegetale” coinvolto in molti processi, il più noto dei quali è l’allungamento della cellula; vari studi hanno evidenziato un ruolo delle PLA2 come intermedio nella crescita indotta da auxina. È stato proposto un modello per cui l’auxina stimola l’espressione della PLA2, che viene secreta nello spazio extracellulare; la PLA2, a questo punto, agirebbe sui fosfolipidi di membrana e i prodotti rilasciati andrebbero ad attivare le pompe protoniche (figura 6).

La conseguente acidificazione della parete cellulare è un fattore chiave nel processo di

Figura 6: modello proposto per la trasduzione del segnale mediata dalla PLA2

secretoria durante l’allungamento cellulare indotto da auxina.

Gravitropismo: è l’accrescimento della pianta in risposta alla gravità e pare che alla base di questo fenomeno ci sia l’accrescimento differenziale delle cellule indotto da auxina;

anche qui, perciò, le PLA₂ e i loro prodotti svolgerebbero un ruolo importante.

Difesa della pianta: un ulteriore ruolo che le PLA₂ hanno nelle piante è quello di attivare una risposta in seguito a ferite e ad attacchi da parte di insetti e patogeni. In primo luogo, l’acido jasmonico e i suoi derivati, ottenuti a partire dall’acido linolenico, intervengono nella regolazione di geni coinvolti nella deterrenza per gli erbivori, nella guarigione delle ferite e in altri processi legati alla difesa. In secondo luogo, l’attacco di molecole derivanti dal patogeno ad un recettore della membrana provoca una cascata di segnale che attiva le PLA₂ e porta alla produzione di fosfatidilcolina; questa induce l’acidificazione intracellulare e, di conseguenza, innesca la biosintesi di fitoalessine, che inibiscono la crescita di microrganismi.

Figura 7: sintesi dell’acido jasmonico mediante ossidazione dell’acido linolenico nelle cellule vegetali.

4. LA FOSFOLIPASI A2 DI Tuber borchii, TbSP1: CARATTERISTICHE