Biolodzy z SGGW badają wpływ kanawaniny na metabolizm komórek
W Katedrze Fizjologii Roślin Instytutu Biologii SGGW od kilku lat prowadzone są intensywne badania dotyczące wpływu niebiałkowych aminokwasów na metabolizm komórek roślinnych. W ramach projektu Preludium „Mechanizm toksycznego oddziaływania kanawaniny na wzrost korzenia: zaburzenia organizacji wierzchołka wzrostu, ultrastruktury komórek, cyklu komórkowego i transportu auksyn” naukowcy starają się odpowiedzieć na pytanie, w jakim stopniu zaburzenia wzrostu korzeni pomidora obserwowane w obecności kanawaniny wywołane są zakłóceniami przebiegu cyklu komórkowego. Uzyskane dane w przyszłości będą stanowiły być może podstawę dla wyjaśnienia zasadności stosowania Kan we wspomaganej terapii antynowotworowej.
Białka są biomolekułami odpowiedzialnymi za strukturę i funkcję pojedynczych komórek jak i całych organizmów. Posiadają skomplikowany układ długich, skręconych łańcuchów polimerowych, w których podstawą jednostką budulcową są aminokwasy. Wyróżnia się 20 aminokwasów, z których budowane są białka wszystkich organizmów zwierzęcych i roślinnych. Jednakże poza “wielką dwudziestką” zidentyfikowano liczne aminokwasy, które wytwarzane są przez rośliny, a nie wchodzą w skład łańcuchów białkowych. Niektóre z nich są produktami pośrednimi w podstawowych przemianach biologicznych, jednakże większość pełni inne funkcje będąc nierzadko substancjami silnie toksycznymi.
Do grupy aminokwasów niebiałkowych należy L-kanawanina (Kan), która jest strukturalnym odpowiednikiem argininy – aminokwasu białkowego. Kan jest produkowana przez rośliny z rodziny bobowatych i magazynowana przede wszystkim w nasionach. Najwięcej Kan gromadzą tropikalne rośliny jak np. kanawalia mieczokształtna, ale znaczne ilości tego niebiałkowego aminokwasu znajdują się również w nasionach i “kiełkach” lucerny, które są popularnym dodatkiem do sałatek. Kan wykazuje toksyczne działanie wobec szerokiej gamy organizmów, poczynając od bakterii poprzez rośliny, owady aż do ssaków z człowiekiem włącznie.
Kan może być wbudowywana w strukturę białek w miejsce argininy – takie białka tracą swoją biologiczną aktywność. Rośliny zawierające znaczne ilości Kan wykorzystywane są w tradycyjnej medycynie, co więcej – wiąże się nadzieje z wykorzystaniem Kan w terapii onkologicznej. Kan hamuje podziały komórek nowotworowych, a łączne zastosowanie Kan z chemio- i radioterapią zwiększa skuteczność tych zabiegów poprzez uwrażliwienie komórek rakowych.
Tlenek azotu (NO) jest gazową cząsteczką odpowiedzialną za przekazywanie sygnałów – reguluje wzrost i rozwój, jak również jest zaangażowana w reakcje na czynniki stresowe. NO powstaje między innymi w reakcji utleniania argininy. Kan skutecznie obniża biosyntezę NO w komórkach. U roślin NO wraz z auksyną (fitohormon) odpowiada za regulację wzrostu i rozwoju korzeni, dlatego zawartość auksyny jest kluczowym czynnikiem wpływającym na prawidłowy rozwój systemu korzeniowego. Stężenie auksyny w komórkach korzeni zależy w dużej mierze od jej transportu z części nadziemnej. Za transport auksyny odpowiadają białkowe transportery PIN.
Badania prowadzane w laboratorium SGGW wykazały, że Kan nawet w bardzo niskich stężeniach hamuje wzrost korzeni siewek pomidora nie wpływając na żywotność komórek. W korzeniach traktowanych Kan stwierdzono ponadto obniżenie emisji NO oraz akumulację auksyny.
Celem badań realizowanych w SGGW ramach projektu „Mechanizm toksycznego oddziaływania kanawaniny na wzrost korzenia: zaburzenia organizacji wierzchołka wzrostu, ultrastruktury komórek, cyklu komórkowego i transportu auksyn” jest powiązanie negatywnego oddziaływania Kan na wzrost korzeni młodych siewek pomidora ze zmianami ultrastruktury komórek, podziałami komórek i cyklem
komórkowym. Naukowców interesuje również zmiana ekspresji i lokalizacji białek PIN odpowiadających za polarny transport auksyny.
Naukowcy z Katedry Fizjologii Roślin Instytutu Biologii SGGW mają nadzieję, że dzięki badaniom zdołają zaproponować model opisujący mechanizm działania Kan w roślinach uwzględniający wpływ tego niebiałkowego aminokwasu na ultrastrukturę komórek i cykl komórkowy oraz transport auksyny-hormonu kardynalnego dla procesów wzrostu komórek. Uzyskane w toku badań wyniki będą pomocne także w określeniu przypuszczalnej roli Kan w terapii onkologicznej.
Więcej informacji nt. projektu https://projekty.ncn.gov.pl/index.php?projekt_id=410518