Jak komórki roślinne komunikują się między sobą?
Przetrwanie organizmów wielokomórkowych jest bezpośrednio uzależnione od możliwości komunikacji poszczególnych komórek. To właśnie dzięki niej organizm jest w stanie koordynować działania poszczególnych komórek w taki sposób, by były korzystne dla ogółu. W roślinach za proces ten odpowiadają wyjątkowe mikroskopijne struktury znane jako pory plazmodesmy - niewielkie otwory w ścianach komórkowych wyłożone błoną plazmatyczną komórki, które łączą je z sąsiednimi komórkami. Dotychczas nie zbadano jednak sposobu sygnalizacji i koordynacji działań opartego na tym mechanizmie. Poszukiwanie odpowiedzi doprowadziło naukowców do badań siateczki śródplazmatycznej, czyli tkance, która przenika przez pory i ściśle wiąże się z błoną komórki przy pomocy wielu szprych. „Znaczenie tej wyjątkowej struktury charakteryzującej się bliskim przyleganiem błon komórkowych pozostawało tajemnicą przez długie dziesięciolecia”, zauważa Emmanuelle Bayer, dyrektorka ds. badań w Laboratorium Biogenezy Błon Uniwersytetu w Bordeaux. W ramach projektu BRIDGING, którego realizację sfinansowała Europejska Rada ds. Badań Naukowych, Bayer i jej współpracownicy wykorzystali zaawansowane techniki modelowania i obrazowania 3D w ultrawysokiej rozdzielczości w celu zbadania tej interesującej struktury, aby dowiedzieć się, czy wiązanie między siateczką śródplazmatyczną i błoną plazmatyczną ma istotne znaczenie dla działania porów. „Nasze prace zaowocowały dwoma istotnymi przełomami”, dodaje Bayer. „Podejmuje próbę odpowiedzi na podstawowe pytanie dotyczące tego, w jaki sposób niepowodzenie procesu cytokinezy w komórkach roślinnych sprzyja komunikacji, a także ujawnia dotychczas nieprzewidzianą i nieodzowną funkcję siateczki śródplazmatycznej w zapewnianiu ciągłości połączeń międzykomórkowych”.
Wskazywanie możliwych białek wiążących
Prace w ramach projektu rozpoczęły się od przeprowadzenia analizy proteomicznej - procesu polegającego na wykrywaniu i kwantyfikacji białek. Wykorzystując tę metodę, zespół miał nadzieję na wskazanie możliwego białka wiążącego związanego z porami plazmodesmy, którego struktura umożliwia łączenie dwóch błon. „Następnie wykazaliśmy, że białka nazywane MCTP (ang. multiple C2 domain transmembrane protein) rzeczywiście znajdują się w plazmodesmach roślinnych”, wyjaśnia Bayer. „Zanik ich funkcji powoduje wystąpienie poważnych wad rozwojowych i związanych ze wzrostem w przypadku wykorzystywanego przez nasz zespół organizmu modelowego - rzodkiewnika pospolitego (Arabidopsis)”. W ramach kolejnego etapu prac badacze wykorzystali tomografię elektronową w celu badania wpływu zaniku funkcji MCTP na wewnętrzną strukturę porów, dynamikę molekularną w celu analizy oddziaływań białek MCTP i błony plazmatycznej, a także obserwacje mikroskopowe w celu śledzenia przepływu molekularnego w roślinach, połączone z metodami z dziedziny biochemii.
Przełomowa koncepcja komunikacji roślin
Rezultaty prac stanowią prawdziwy przełom w zakresie rozumienia procesów komunikacji roślin, a w szczególności mechanizmów regulacyjnych odpowiedzialnych za sterowanie przepływem za pośrednictwem porów plazmodesmy. W ciągu ostatnich 5 lat, dzięki wsparciu ze środków Unii Europejskiej, zespół badaczy kierowany przez Bayer odkrył, że pory te stanowią niekonwencjonalne miejsca styku błon (MCS), które występują w innych organizmach, ale w roślinach są wyjątkowo wykorzystywane na potrzeby komunikacji międzykomórkowej. „Nasze odkrycia wymuszają aktualizację konwencjonalnych modeli, które wskazują kalozę jako główny regulator tego procesu, podkreślając funkcję MCS, które poza komunikacją wewnątrzkomórkową odpowiadają także za jej wariant międzykomórkowy”, wyjaśnia Bayer. Drugie ważne odkrycie dotyczyło siateczki śródplazmatycznej, która aktywnie zapobiega fizycznemu oddzieleniu się komórek w czasie ich podziału, umożliwiając tym samym tworzenie pomostów międzykomórkowych przez ścianę podziału.
Plazmodesmy w centrum uwagi
Nowe podejście badawcze oraz wnioski dotyczące znaczenia MCS w komunikacji międzykomórkowej spotykały się z zainteresowaniem zespołów zajmujących się wieloma dziedzinami nauki. Wiele z nich bada obecnie plazmodesmy pod kątem MCS, szczególnie naukowcy zajmujący się biologią błon organizmów innych niż roślinne. „W połączeniu z naszymi ostatnimi pracami nad niepełnym podziałem komórek, uzyskane przez nas dane podkreślają kluczowe znaczenie siateczki śródplazmatycznej”, zauważa Bayer. "W nadchodzących latach chciałbym skupić się na jej znaczeniu w komunikacji między komórkami”.
Słowa kluczowe
BRIDGING, roślina, komunikacja, komórki, plazmodesmy, podział komórek, błony
