Nueva parada en el viaje celular del reciclaje de orgánulos en las plantas
Un sistema de "eje y radio" permite a las células vegetales coordinar eficazmente el tráfico celular, en particular para el reciclaje celular, el llamado proceso de autofagia. Unas vesículas especializadas, los autofagosomas, engullen las moléculas dañinas y las llevan a la vacuola, donde se degradan. Durante este viaje, los autofagosomas maduran mediante mecanismos moleculares de los que se sabe poco en las plantas. Ahora, investigadores del Instituto Gregor Mendel de Biología Molecular de Plantas de la Academia Austriaca de Ciencias (GMI) caracterizan el mecanismo por el que la autofagia utiliza el modelo de cubo y radio en las células vegetales. Los resultados se publican en el Journal of Cell Biology.
El adaptador de autofagia de las plantas CFS1 se localiza en la membrana externa del autofagosoma
©Dagdas/JCB/GMI
Inicialmente, se pensaba que la autofagia era un proceso de supervivencia de las células cuando están hambrientas o estresadas. Sin embargo, la autofagia se entiende cada vez más como un mecanismo de control de calidad que garantiza el funcionamiento normal de la célula mediante el reciclaje de componentes celulares que se han vuelto indeseables o perjudiciales. Con la ayuda de la autofagia, la célula repone sus recursos moleculares y genera parte de la energía necesaria para responder a los cambios del entorno.
La autofagia funciona a través de los autofagosomas, unas vesículas de doble membrana que engullen el material a degradar. "Los autofagosomas son orgánulos que nacen, maduran y mueren", explica Yasin Dagdas, jefe de grupo del GMI y uno de los autores correspondientes del estudio. "Sabíamos bastante sobre cómo nacen los autofagosomas, pero mucho menos sobre su camino de maduración y entrega a su destino final, especialmente para las células vegetales". En las células vegetales, el "destino final" es la vacuola, un gran orgánulo que ocupa alrededor del 80% del volumen de la célula y está lleno de enzimas digestivas.
Muchos orgánulos vesiculares, como los autofagosomas, actúan en la célula; se mueven por ella de forma bien orquestada para madurar y cumplir sus funciones. En su última publicación, Dagdas y su equipo demuestran que los autofagosomas de las plantas no siguen una trayectoria directa y lineal en su camino hacia la vacuola. "Todavía no sabemos si esto es cierto para todos los autofagosomas de las plantas, pero demostramos que al menos algunos de ellos se detienen en un lugar diferente antes de llegar a la vacuola", dice Dagdas.
Utilizando enfoques complementarios en bioquímica, imagen celular y biología estructural, los investigadores muestran que los autofagosomas de las plantas se fusionan primero con otros orgánulos endosómicos llamados "cuerpos multivesiculares" (MVB) para formar los llamados "anfisomas". A su vez, los anfisomas se fusionan con la vacuola.
El descubrimiento del adaptador de autofagia CFS1, una molécula que reconoce los marcadores de membrana tanto de los autofagosomas como de los MVB y, por tanto, media en su fusión, es fundamental para sus hallazgos. Los investigadores demuestran que los anfisomas funcionan como centros de clasificación celular para la maduración de los autofagosomas y su tráfico hacia la vacuola.
"Las vías de tráfico son bastante complejas, pero todas deben estar coordinadas", afirma Dagdas. "Generar vesículas es energéticamente costoso para la célula. Por lo tanto, creemos que al utilizar los anfisomas como centros de clasificación de autofagosomas, la célula optimiza su eficiencia energética". Los científicos comparan este modelo de centro de clasificación con el sistema de "cubo y radio" que se observa en la industria de la aviación y en otras cadenas logísticas de suministro. "Al hacer que todos los materiales transiten por los hubs centralizados, la célula reduce sus costes logísticos al ser necesarias menos rutas. Además, este sistema permite a la célula ser económica, ya que las operaciones complicadas pueden realizarse en los centros en lugar de organizarse por separado en cada autofagosoma", explica Dagdas.
Los investigadores confirmaron la función del adaptador de autofagia CFS1 en dos organismos modelo vegetales evolutivamente distantes: Arabidopsis thaliana y Marchantia polymorpha, lo que sugiere que este mecanismo de maduración de los autofagosomas se conserva en todas las plantas. Dado que la autofagia desempeña un papel central en la regulación del estrés celular, esta investigación podría encontrar aplicaciones futuras en la ingeniería del tráfico vesicular de las plantas para ayudar a aumentar su tolerancia al estrés.
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