"Scienza" - Studio: Meccanismo chiarito per la degradazione delle proteine dei cloroplasti

I cloroplasti sono il luogo della fotosintesi e appartengono ai plastidi, di cui esistono molte tipologie con funzioni diverse. I plastidi di una stessa specie possono differenziarsi in altri tipi. Con il biologo di Kaiserslautern Dr. Raphael Trösch, ricercatori di Oxford hanno mostrato per la prima volta come nei cloroplasti vengono degradati i recettori di membrana responsabili dell'assorbimento delle proteine rilevanti per la fotosintesi. La quantità di recettori potrebbe giocare un ruolo nella differenziazione dei plastidi. I risultati sono interessanti, ad esempio, per la produzione biotecnologica di pigmenti nei plastidi. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista scientifica Science.

I plastidi sono piccoli organelli cellulari che possiedono un proprio genoma e sono delimitati dal resto della cellula da una propria membrana. Nelle piante svolgono diverse funzioni: i cloroplasti effettuano la fotosintesi e gli amiloplasti immagazzinano l'amido. La particolarità: i plastidi possono differenziarsi. Possiedono una grande plasticità. Da qui il loro nome. «Un pomodoro inizialmente è verde, per poter fare la fotosintesi», spiega il biologo Dr. Raphael Trösch dell'Università Tecnica di Kaiserslautern (TUK). «Col tempo diventa rosso e accumula il pigmento licopene. I cloroplasti si trasformano in chromoplasti e assumono un nuovo compito.»

Perché i cloroplasti possano svolgere la fotosintesi, hanno bisogno di molte proteine diverse. La maggior parte di esse non viene però prodotta all’interno dell’organello stesso, ma nel citoplasma. «Per trasportarle nei cloroplasti, ci sono proteine di trasporto nella membrana dei cloroplasti», spiega Trösch, che lavora nel campo della genetica degli eucarioti. «Queste si legano ai recettori, che riconoscono specificamente le proteine della fotosintesi o altre proteine.»

Insieme al team dei due primi autori dello studio, Qihua Ling e William Broad dell’Università di Oxford, Trösch ha studiato nelle cellule di Borragine come avviene il processo di degradazione dei recettori che riconoscono le proteine della fotosintesi. «Per altre membrane cellulari, esistono già meccanismi di degradazione ben studiati per le proteine di membrana», prosegue il ricercatore.

Per la prima volta, gli scienziati hanno anche studiato in dettaglio un meccanismo simile nei cloroplasti e hanno identificato i tre molecole coinvolte. La degradazione avviene così: «Per rimuovere il recettore, prima bisogna marcarlo. Successivamente, proteine specifiche, consumando energia, trascinano il recettore marcato attraverso un canale, dopodiché può essere degradato nel citoplasma. Queste proteine sono in qualche modo parte del sistema di smaltimento della cellula», spiega Trösch. Egli paragona il sistema di degradazione cellulare al lavoro dei boscaioli, che nel bosco prima segnano gli alberi malati o marci con una «X». Poi, i lavoratori abbatteranno gli alberi marcati, senza sapere esattamente perché devono essere rimossi.

I ricercatori hanno chiamato questo meccanismo «Degradazione delle proteine associate ai cloroplasti» (CHLORAD, in inglese: chloroplast-associated protein degradation). Con esso, una cellula vegetale può controllare la quantità di recettori specifici e, di conseguenza, quante proteine della fotosintesi un cloroplasto può assorbire. I ricercatori sospettano che possa anche svolgere un ruolo importante nella differenziazione dei plastidi. Tuttavia, il suo compito preciso dovrà essere chiarito in studi futuri.

Tra i risultati più interessanti, vi sono quelli per la biotecnologia. I pigmenti vegetali provenienti dai cloroplasti vengono utilizzati, ad esempio, in cosmetici, come protezione solare, come alimenti o come farmaci. Le scoperte aiutano a comprendere meglio le basi della differenziazione dei plastidi. In futuro, potrebbe essere possibile produrre pigmenti naturali in quantità maggiori e più facilmente, utilizzando plastidi differenziati.

Lo studio è stato pubblicato sulla rinomata rivista scientifica Science: «Ubiquitin-dependent chloroplast-associated protein degradation in plants». Qihua Ling, William Broad, Raphael Trösch, Mats Töphel, Tijen Demiral Sert, Panagiotis Lymperopoulos, Amy Baldwin, R. Paul Jarvis.

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

DOI: 10.1126/science.aav4467