Characterization of ion channels in chloroplasts and mitochondria of land plants

Cloroplasti e mitocondri hanno un ruolo fondamentale nella fisiologia vegetale e stanno emergendo come importanti attori nel signaling del Ca2+ intracellulare. Un ruolo fondamentale nel contesto dell’omeostasi ionica organellare è giocato dai canali ionici. Infatti essi sono responsabili della regolazione della distribuzione ionica fra compartimenti ed è stato proposto che contribuiscano a garantire il signaling del Ca2+, l’appropriato potenziale osmotico, il pH ottimale per le attività enzimatiche e il funzionamento delle catene di trasporto elettronico. Nelle piante, solo poche famiglie di canali sono state identificate in cloroplasti/mitocondri e la maggior parte di loro non è stata pienamente caratterizzata. Inoltre, il meccanismo molecolare attraverso cui cloroplasti e mitocondri accumulano e rilasciano Ca2+ è ancora lontano dall’essere chiarito. Lo scopo del presente lavoro è stato quello di caratterizzare possibili attori coinvolti nel nella mediazione dei flussi di Ca2+ organellari, in particolare i recettori ionotropici del glutammato (GLRs) e gli uniporti mitocondriali del calcio (MCU), combinando tecniche di genetica inversa, biochimica e studi di localizzazione in vivo. La ricerca qui presentata ha permesso di approfondire lo studio sui GLR vegetali, di caratterizzare due nuovi canali organellari di A. thaliana, AtGLR3.5 e AtMCU, e di gettare le fondamenta per la caratterizzazione dei GLR di Physcomitrella patens, PpGLR, da diversi punti di vista. I risultati del lavoro hanno rivelato ulteriore variabilità dei GLR fra gli organismi fotosintetici e hanno mostrato come i GLR siano coinvolti nella regolazione di diversi processi organellari come i meccanismi di fotoprotezione, la senescenza e il mantenimento dell’integrità strutturale mitocondriale. La caratterizzazione di AtGLR3.5 ha permesso l’identificazione molecolare del primo canale cationico mitocondriale vegetale e la caratterizzazione di AtMCU1 ha permesso per la prima volta di proporre un modello che preveda l’esistenza e la regolazione dei flussi di Ca2+ nei mitocondri vegetali per mezzo del complesso MCU. Il lavoro qui presentato ha pertanto contribuito ad aggiungere nuova conoscenza al campo della regolazione dell’omeostasi ionica, specialmente l’omeostasi del Ca2+, nei mitocondri e nei cloroplasti.