Come le cellule vegetali comunicano tra loro
Per sopravvivere, le cellule degli organismi multicellulari devono poter comunicare tra loro. Questo scambio organizza le attività delle singole cellule e dà supporto all’organismo nel suo complesso. Nelle piante, la comunicazione avviene attraverso strutture microscopiche uniche nel loro genere, note come pori plasmodesmatici (PD), ovvero fori nella parete rivestita dalla membrana plasmatica (MP) di ogni cellula che si collegano a quella successiva. Non è chiaro, però, in che modo esattamente i PD inviino segnali per coordinare le proprie azioni e risposte. La risposta può essere trovata nel reticolo endoplasmatico (RE), una struttura reticolare che attraversa i pori ed è legata saldamente alla MP della cellula con una serie di «raggi». «La funzione di questa speciale organizzazione di membrana, con le sue membrane strettamente giustapposte, è rimasta sconosciuta per decenni», spiega Emmanuelle Bayer, direttrice della ricerca presso il Laboratorio di biogenesi delle membrane dell’Università di Bordeaux. Nel progetto BRIDGING, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, Bayer e colleghi hanno usato la modellazione avanzata e l’immaginografia 3D ad altissima risoluzione per indagare questa curiosa organizzazione cellulare e per scoprire se la connessione tra il RE e la membrana sia centrale per la funzione dei plasmodesmi. «Il nostro lavoro segna due svolte significative», aggiunge Bayer. «Spiega una questione fondamentale, ovvero le cause del “fallimento” della citochinesi delle cellule vegetali per promuovere la comunicazione, e inoltre indica un ruolo centrale e imprevisto del RE nell’orchestrare la continuità intercellulare.»
Identificazione delle proteine di tethering candidate
L’équipe ha innanzitutto eseguito un’analisi proteomica, un processo che identifica e quantifica le proteine. Usando tale metodo per i PD sono state individuate proteine di tethering candidate, specifiche per i PD e dotate delle caratteristiche strutturali necessarie per creare un ponte tra le due membrane. «Abbiamo poi dimostrato che queste proteine, chiamate MCTP (multiple C2 domain transmembrane domain protein), sono effettivamente localizzate nei plasmodesmi delle piante», spiega Bayer. «La loro perdita di funzione induce forti difetti nello sviluppo e nella crescita dell’Arabidopsis, il nostro sistema modello.» Il gruppo di ricerca ha quindi usato una combinazione di varie tecniche: la tomografia elettronica per studiare l’impatto della perdita di funzione dell’MCTP sulla struttura interna dei PD; la dinamica molecolare per mappare l’interazione tra MCTP e membrana plasmatica; la biologia cellulare microscopica per tracciare il flusso molecolare nelle piante e, infine, tecniche biochimiche.
Un cambio di paradigma nel concetto di comunicazione delle piante
I risultati del progetto hanno portato a un cambiamento concettuale nella comprensione della comunicazione vegetale, in primo luogo dei meccanismi che regolano il trasporto tra cellule attraverso i PD. Negli ultimi cinque anni, con il sostegno di fondi europei, il gruppo di Bayer ha scoperto che i PD agiscono come siti di contatto di membrana non convenzionali (SCM), che esistono in altri organismi, ma che nelle piante sono unicamente al servizio della comunicazione intercellulare. «I nostri risultati mettono in discussione i modelli attuali che pongono l’accento sul callosio come regolatore principale del trasporto tra cellule, e ampliano le funzioni dell’SCM dalla comunicazione intracellulare a quella intercellulare», spiega Bayer. Una seconda scoperta importante è stata che quando le cellule vegetali si dividono, il RE impedisce attivamente la separazione fisica delle cellule in divisione, consentendo la formazione di ponti intercellulari attraverso la parete di divisione.
I plasmodesmata sotto i riflettori
La nuova prospettiva di ricerca del progetto sul ruolo dell’SCM nella comunicazione intercellulare ha ottenuto un grande riconoscimento in diversi campi, e molti gruppi di ricerca stanno ora studiando i plasmodesmi sotto la lente dell’SCM, anche nell’ambito della biologia delle membrane non vegetali. «Insieme al nostro recente lavoro sulla divisione cellulare incompleta, i nostri dati hanno evidenziato l’importanza del RE», osserva Bayer. «Nei prossimi anni, vorrei concentrare il mio lavoro di ricerca sul suo ruolo nella comunicazione tra cellule.»
Parole chiave
BRIDGING, pianta, comunicazione, cellule, plasmodesma, divisione cellulare, membrane
