Gamma-glutamyl cycle in plant's adaptation to environment

L’argomento della mia tesi di dottorato è stato il ciclo del gamma-glutammile nelle piante con lo scopo generale di investigare il significato fisiologico di questo ciclo nell’adattamento delle piante all’ambiente. Il lavoro è composto da tre contributi sperimentali, nei quali differenti approcci sono stati adottati per capire diversi aspetti del ciclo. Quando si vogliono approfondire le conoscenze per decifrare il metabolismo si possono usare strategie alternative e convergenti, due sono i principali approcci che sono stati adottati: sono stati imposti degli stress ossidativi esterni per valutare la risposta della pianta e si è fatto uso di mutanti. Nel primo lavoro, sono state eseguite analisi biochimiche, immunocitochimiche e proteomiche in foglie di Arabidopsis thaliana del mutante ggt1 (mancante dell’isoforma apoplastica di GGT1) e nel corrispondente wild-type (WT). Comparando le foglie wild-tipe con il mutante ggt1,quest’ultimo presentava un incremento del contenuto di ascorbato e glutatione, anche il GSH apoplastico risultava aumentato e un cambiamento nelle carbonilazioni delle proteinea basso peso molecolare. I dati proteomici evidenziavano che l’interruzione del ciclo del gamma-glutammile nelle foglie del mutante ggt1 era associato con l’induzione di geni codificanti per quattro glutatione-sulfo-transferasi (GSTs), una glutatione perossidasi (GPX1), e la gliossilasi II, suggerendo che la proteina GGT1 ha un ruolo nel redox signaling. Quindi l’interruzione del ciclo del gamma glutammile nel mutante ggt1 porta ad effetti pleiotropici legati alla risposta a stress biotici e abiotici, altera il metabolismo degli antiossidanti, la senescenza, il metabolismo dei carboidrati e la fotosintesi, con forti implicazioni nell’adattamento delle piante all’ambiente. L’obiettivo del secondo contributo era capire come il mutante ggt1 risponde quando è esposto ad un stress ossidativo esterno, è stato scelto di usare la radiazione UV-B. La risposta del mutante ggt1alla radiazione UV-B è stata valutata investigando i cambiamenti nello spazio apoplastico della composizione proteica e del contenuto di glutatione e ascorbato e il loro stato redox. I risultati evidenziano che, l’esposizione all’UV-B, altera gli antiossidanti solubili in entrambi i genotipi. I riarrangiamentiche avvengono nella composizione proteica dell’apoplasto, nel wild-type sottoposto a UV-B e nel mutante ggt1 in condizioni fisiologiche, suggeriscono un coinvolgimento del perossido di idrogeno (H2O2), il quale potrebbe agire come segnale. Questo mi porta a dedurre che le condizioni di stress ossidativo (imposte con l’UV-B) a l’interruzione del ciclo del gamma glutammile,in una certa misura, portano a una simile risposta indotta da stress.Poichè la gamma-glutammil transferase agisce nello spazio extracellulare, scopo del terzo contributo è stato investigare le reazioni che avvengono tra i tioli a basso peso molecolare (glutathione, cisteina e cisteinil-glicina), i metalli e gli enzimi legati al metabolismo dei ROS nella parete cellulare. I risultati indicano che i tioli LMW sono in grado di quenchare le specie attive dell’ossigeno generate nell’ apoplasto e evidenziano un ruolo per i tioli, i quali sono metabolicamente correlati tra loro nel ciclo del gamma-glutammile, nel modulare le reazioni redox nella parete cellulare.