Ion transport mediated by the Slow Vacuolar channel in plant cell vacuoles: biophysical properties and modulation by endogenous molecules

Il canale Slow Vacuolar (SV), un canale ubiquitario in sistemi vegetali, è studiato da circa 25 anni ma il suo ruolo fisiologico rimane tuttora elusivo. Alla ricerca di molecole che potrebbero essere in grado di modularne le proprietà fornendo informazioni utili alla comprensione del suo ruolo fisiologico, mediante metodologia di “patch-clamp abbiamo studiato le modificazioni indotte da Naringenina (Nar) su detto canale in vacuoli estratti dalla radice di carota o dal mesofillo della foglia di Arabidopsis thaliana. La presenza nel citoplasma di Naringenina, un flavonoide non-glicosilato, è stata preventivamente verificata mediante studi di localizzazione. Successivamente esperimenti di patch-clamp nella configurazione “excised-out” hanno dimostrato che Nar inibisce il canale SV in modo reversibile e dipendente dalla concentrazione di flavonoide mentre la soglia di attivazione del canale viene spostata verso potenziali più positivi. L’aggiunta di Nar alla soluzione citosolica non cambia l’ampiezza di singolo canale ma diminuisce aumenta il tempo di vita media del canale in stato aperto. Abbiamo anche dimostrato che Naringenina inibisce allo stesso modo sia il trasporto di K+ che di Ca2+ attraverso il canale SV. Inoltre i flavonoidi con struttura simile a quella di Naringenina inducono inibizioni confrontabili delle correnti SV. Esperimenti effettuati in configurazione “inside out” su vacuoli ottenuti da Arabidopsis e da carota hanno dimostrato che Nar inibisce il canale SV anche quando essa viene aggiunta dal lato vacuolare. Invece Naringin, la forma glicosilata della Naringenina, non è in grado di cambiare l’attività del canale sia che essa venga aggiunta al lato citosolico che al lato vacuolare. Infine, in accordo con l’aumento di idrofobicità dei flavonoidi utilizzati a pH acidi, l’inibizione delle correnti SV mediate da Nar aumenta diminuendo il pH della soluzione citosolica. Tutte queste evidenze suggeriscono che l’interazione tra flavonoidi e canale SV possa essere mediata dai lipidi di membrana. Per sviluppare ulteriormente questa ipotesi di lavoro abbiamo studiato l’interazione di alcuni acidi grassi polinsaturi (PUFAs) con il canale SV del vacuolo di carota. In maniera del tutto simile a quanto accade all’aggiunta di Nar, sia l’acido Arachidonico (AA) che l’acido Docoesaenoico (DHA), aggiunti alla soluzione citosolica, inducono una diminuzione reversibile e dose-dipendente dell’attività del canale. Come la Naringenina, anche AA sposta il potenziale di attivazione delle correnti SV verso valori di potenziali più positivi senza cambiare l’ampiezza di singolo canale. Questi studii suggerisconoo che alcune importanti molecole endogenee, quali i flavonoidi ed i PUFA, sono in grado di modifcare le proprietà del canale Slow Vacuolar, probabilmente attraverso un’interazione mediata dai lipidi di membrana. Questa caratterizzazione biofisica apre nuove prospettive per lo studio delle proprietà di questo enigmatico canale in specie vegetali ed in tessuti diversi.