„Tudomány” - Tanulmány: A kloroplasztikus fehérjék lebontásának mechanizmusa tisztázva

A kloroplasztok a fotoszintézis helye, és a plastidák közé tartoznak, amelyek különböző funkciókkal rendelkező típusokból állnak. Egy fajta plastidák képesek más típusokra differenciálódni. A Kaiserslautern-i biológus, Dr. Raphael Trösch vezetésével kutatók az Oxfordi Egyetemről elsőként mutatták be, hogyan bontódnak le a membránhoz kötött receptorok a kloroplasztokon, amelyek a fotoszintézishez szükséges fehérjék felvételében játszanak szerepet. A receptorok mennyisége szerepet játszhat a plastidák differenciálódásában. Érdekesek az eredmények például a biotechnológiai pigment-előállítás szempontjából a plastidákban. A tanulmány a Science szakfolyóiratban jelent meg.

A plastidák kisméretű sejtorganellumok, amelyek saját genommal rendelkeznek, és saját membránnal különülnek el a sejt többi részétől. Növényekben különféle feladatokat látnak el: a kloroplasztok például fotoszintézist végeznek, az amiloplasztok pedig keményítőt tárolnak. A különlegesség az, hogy a plastidák képesek differenciálódni. Magas plastiditással rendelkeznek, ezért is kapják a nevüket. „Egy paradicsom kezdetben zöld, hogy fotoszintézist végezzen” – mondja Dr. Raphael Trösch, a Kaiserslautern-i Műszaki Egyetem (TUK) biológusa. „Idővel piros lesz, és összegyűjti a likopin nevű festéket. A kloroplasztok kromoplasztokká alakulnak, és új feladatot vállalnak.”

Ahhoz, hogy a kloroplasztok fotoszintézist végezzenek, sokféle fehérjére van szükségük. A legtöbbet azonban nem a sejtorganellumon belül, hanem a sejtplazmában szintetizálják. „A kloroplasztokba történő szállításhoz transzportfehérjék léteznek a kloroplaszt membránján” – magyarázza Trösch, aki az eukarióta genetika kutatócsoportjában dolgozik. „Ezek a fehérjék kötődnek receptorokhoz, amelyek vagy a fotoszintézishez szükséges fehérjéket, vagy más fehérjéket ismernek fel.”

Az Oxfordi Egyetem két első szerzője, Qihua Ling és William Broad vezetésével Trösch a növények, például a repce sejtjeiben vizsgálta, hogyan néz ki a receptorok lebontási folyamata, amelyek felismerik a fotoszintézishez szükséges fehérjéket. „Más sejten belüli membránokon már jól ismert lebontási mechanizmusok léteznek” – folytatja a kutató.

Első ízben vizsgálták meg részletesen a kloroplasztokon belüli hasonló mechanizmust, és azonosították a három résztvevő molekulát. A lebontás menete a következő: „A receptor eltávolításához először meg kell jelölni. Ezután specifikus fehérjék energia felhasználásával átvezetik a megjelölt receptort egy csövön, majd az a sejtplazmában lebomlik. Ezek a fehérjék gyakorlatilag a sejt hulladékelszállító rendszerének részei” – magyarázza Trösch. A sejten belüli lebontási rendszert a fákban végzett erdészeti munkához hasonlítja, ahol egy erdész először megjelöli a beteg vagy rossz állapotban lévő fákat egy „X”-el. Ezután a favágók kivágják a megjelölt fákat, anélkül, hogy tudnák, miért kell ezeket eltávolítani.

A kutatók ezt a mechanizmust „Chloroplast-associated protein degradation” (CHLORAD, magyarul: kloroplaszt-hoz kötött fehérjelebontás) néven nevezték el. Ezzel egy növényi sejt képes szabályozni a specifikus receptorok mennyiségét, és így valószínűleg meghatározni, hogy egy kloroplaszt hány fotoszintézishez szükséges fehérjét vesz fel. A kutatók szerint ez szerepet játszhat a differenciálódásban is. Pontos feladata azonban további kutatásokat igényel.

Érdekesek az eredmények például a biotechnológia szempontjából is. A növényi festékek, amelyek a kloroplasztokból származnak, például kozmetikumokban, napvédő készítményekben, élelmiszer- vagy gyógyszeripari termékekben használatosak. A kutatás eredményei segítenek jobban megérteni a plastidák differenciálódásának alapjait. A jövőben természetes festékek nagyobb mennyiségben és egyszerűbben állíthatók elő differenciált plastidákban.

A tanulmány a neves Science szakfolyóiratban jelent meg: „Ubiquitin-dependent chloroplast-associated protein degradation in plants”. Qihua Ling, William Broad, Raphael Trösch, Mats Töpel, Tijen Demiral Sert, Panagiotis Lymperopoulos, Amy Baldwin, R. Paul Jarvis.

http://science.sciencemag.org/content/363/6429/eaav4467.long

DOI: 10.1126/science.aav4467