Avances I+D
Nuevas vías de control en la síntesis de las defensas químicas en plantas
Un estudio analiza la vía de síntesis de las saponinas, metabolitos secundarios ampliamente distribuidos en el mundo vegetal
Un estudio científico revela un nuevo mecanismo para el control de la vía de síntesis de las saponinas, unas moléculas esenciales para la defensa y la relación de algunas plantas con el entorno, y de gran interés para el sector biomédico e industrial. Las saponinas son moléculas que alteran la permeabilidad de las membranas
En el artículo, publicado recientemente en la revista Nature, participa el profesor Narciso Campos, del Departamento de Bioquímica y Biología Molecular (Biología) de la UB, dentro del marco de un trabajo internacional coordinado por el investigador Alain Goossens, del Instituto Flamenco de Biotecnología (VIB, Bélgica).
Metabolitos secundarios: defensa y relación con el entorno
Medicago truncatula o carretón
Medicago truncatula es una pequeña leguminosa anual. Se la conoce también como carretón o barrel medic. Se trata de un organismo vegetal de referencia para los estudios sobre plantas leguminosas, como en el caso del estudio "The protein quality control system manages plant defence compound synthesis"
El nuevo trabajo analiza la vía de síntesis de las saponinas, unos metabolitos secundarios ampliamente distribuidos en el mundo vegetal. Las saponinas, que forman parte del arsenal defensivo de algunas plantas frente a amenazas externas (patógenos, herbívoros, etc.), son moléculas que alteran la permeabilidad de las membranas y presentan un gran interés farmacéutico e industrial como agentes antimicrobianos, anticancerígenos y hemolíticos, entre otras aplicaciones.
Las saponinas se sintetizan a partir de la vía de los isoprenoides (terpenoides), una ruta metabólica en la que tiene un papel clave la enzima HMGR (3-hidroxi-3-metilglutaril-CoA reductasa). Tal como explica el profesor Narciso Campos, «la HMGR fue identificada hace unas cuatro décadas en mamíferos y, poco después, en plantas y hongos». «En el caso de los humanos —continúa—, es la enzima clave para el control de la síntesis de colesterol, un isoprenoide esencial pero cuyo desajuste causa graves anomalías, como la aterosclerosis». En el caso de hongos y plantas, también es la enzima clave para la síntesis de los esteroles. Por su interés en biomedicina, los estudios sobre la vía de síntesis de isoprenoides representan la temática que ha recibido más galardones en la historia de los Premios Nobel».
Un freno molecular a la síntesis de saponinas
La nueva investigación se ha centrado en la fisiología de la planta Medicago truncatula, un organismo vegetal de referencia para los estudios sobre plantas leguminosas. Cuando las plantas detectan una agresión externa, se desencadena una síntesis masiva de saponinas a través de la señal bioquímica inducida por la fitohormona metil jasmonato. Esta señal bioquímica, en concreto, promueve la actividad de diferentes isoformas de la enzima HMGR, y en consecuencia, la síntesis de saponinas con función defensiva. Según los expertos, en esta cascada de reacciones metabólicas existiría un freno molecular no descrito hasta ahora: el de la ubiquitina ligasa o E3, que regularía de forma negativa la actividad de la HMGR y por tanto la síntesis de saponinas, que en exceso también resultarían fatales para la planta.
«La ubiquitina ligasa es una subunidad del sistema ubiquitina-proteasoma de degradación de proteínas. En concreto, esta estructura reconoce la diana molecular que ha de ser degradada. Cabe recordar que en biología los procesos de degradación selectiva de proteínas son tan importantes como los de síntesis. De hecho, muchas enfermedades se deben a la acumulación de proteínas que no han sido degradadas», detalla Narciso Campos, que es miembro del Grupo de Investigación en Genética Molecular de Plantas de la UB y del Centro de Investigación en Agrigenómica (CRAG).
Una vía de alta complejidad en plantas
A diferencia de otros organismos, la vía de síntesis de isoprenoides en plantas es de una extraordinaria complejidad. Hasta la fecha, se han descrito unos 35.000 compuestos isoprenoides sintetizados mayoritariamente por organismos vegetales. Las moléculas identificadas, que son solo una parte de las que existen en plantas, tienen en conjunto un extraordinario potencial biotecnológico e industrial. Los isoprenoides son esenciales para multitud de funciones de la planta (respiración, fotosíntesis, control del desarrollo u organización de la célula, entre otras) y para modular su relación con el medio ambiente (defensa, atracción de insectos, etc.). «Cada grupo de plantas se ha especializado en la producción de isoprenoides concretos», explica Narciso Campos.
Los progresos en la elucidación de la ruta de síntesis de isoprenoides en plantas también abren nuevas fronteras al conocimiento del metabolismo del colesterol, de gran interés biomédico por sus efectos sobre la salud humana. Según los expertos, en mamíferos, levaduras y plantas, la enzima HMGR tiene una estructura bipartita en la que destaca un dominio catalítico conservado y un dominio de membrana que la ancla al retículo endoplasmático. En diferentes estudios, se ha constatado que la expresión del dominio de membrana conduce a la síntesis masiva de membranas e hipertrofia de este orgánulo celular. Esta respuesta común, según apunta Narciso Campos, se ha mantenido a lo largo de la evolución y podría también estar ligada al control de síntesis de esteroles.