Les espèces réactives de l’oxygène (ROS) sont des molécules hautement réactives contenant de l’oxygène. Ces composés, qui sont des sous-produits normaux de processus biologiques dans tous les organismes vivants tels que la respiration aérobie ainsi que la photosynthèse, sont hautement toxiques. Dans la plupart des cas, les ROS endommagent la machinerie cellulaire et peuvent déclencher une réponse au stress néfaste si leurs niveaux ne sont pas étroitement contrôlés ; c’est pourquoi les antioxydants constituent une partie importante de notre alimentation.
Cependant, au cours des dernières décennies, les scientifiques ont découvert que les ROS sont souvent générées intentionnellement dans les cellules à des fins diverses. Le professeur Kazuyuki Kuchitsu de l’Université des sciences de Tokyo (TUS) défend depuis longtemps la théorie selon laquelle les ROS fonctionnent comme une arme à double tranchant.
Au cours de plusieurs études, le professeur Kuchitsu et ses collègues ont démontré que les plantes possèdent de nombreux types d’enzymes qui produire du ROS dans diverses situations, par exemple lors de la lutte contre une infection fongique ou bactérienne, pendant la croissance, le développement et reproduction telle que la fécondationet lors de l’adaptation à un stress interne ou externe.
Dans certaines de ces études, les chercheurs ont étudié les mécanismes par lesquels les plantes régulent l’activation d’enzymes génératrices de ROS appelées NADPH oxydases (également connues sous le nom de RBOH). Ils jouent un rôle crucial non seulement chez les plantes mais aussi chez les animaux, y compris les humains, et les champignons. Cependant, de nombreux aspects de la signification biologique de ce processus doivent encore être explorés.
De plus, il est essentiel de réguler étroitement l’activité de ces enzymes dans tous les organismes. L’étude de l’évolution des mécanismes de régulation et de la fonction des RBOH est un sujet important dans divers domaines de recherche, notamment les sciences médicales et pharmaceutiques et la microbiologie.
Jusqu’à présent, deux mécanismes d’activation ont été identifiés pour les RBOH. L’une implique la liaison des ions calcium (Ca2+) au niveau de deux petites structures appelées mains EF. L’autre nécessite une modification chimique appelée phosphorylation au niveau d’acides aminés spécifiques ; cette modification est réalisée par les protéines kinases. Cependant, la relation précise entre ces deux mécanismes et la manière dont ils régulent la génération de ROS restent floues.
Dans ce contexte, une équipe de recherche dirigée par le professeur Kuchitsu et comprenant M. Takafumi Hashimoto, titulaire d’un doctorat. étudiant, le professeur adjoint Kenji Hashimoto, le Dr Shoko Tsuboyama et M. Hiroki Shindo, tous de TUS, ont entrepris de combler ce manque de connaissances en collaboration avec le Dr Takuya Miyakawa et le professeur Masaru Tanokura.
Ils ont précédemment publié une étude élucidant la fonction et les mécanismes de régulation des RBOH végétaux. Maintenant, dans leur dernier article, qui était publié dans la revuePhysiologie plantaire le 12 décembre 2023, l’équipe a révélé les mécanismes de base par lesquels MpRBOHB, un RBOH générateur de ROS, est activé. Il est intéressant de noter que ces mécanismes semblent être conservés dans les RBOH de toutes les plantes terrestres.
Les chercheurs ont d’abord montré, grâce à des expériences avec le modèle d’hépatique Marchantia polymorpha et des lignées cellulaires génétiquement modifiées, que l’activation de MpRBOHB nécessite non seulement une augmentation de la concentration intracellulaire de Ca2+, mais également une liaison avec les ions Ca2+ dans deux régions des mains EF couvrant environ 200 acides aminés. acides. Dans ces tests, ils ont utilisé des fragments de chitine pour déclencher une réponse immunitaire dans les cellules, car la chitine est un composant essentiel des parois cellulaires des micro-organismes tels que les moisissures et les champignons.
Ensuite, grâce à un examen détaillé des régions spéciales autour des mains EF hautement conservées dans toutes les plantes terrestres, les chercheurs ont identifié deux résidus d’acides aminés sérine qui, une fois phosphorylés, augmentent l’affinité de liaison au Ca2+ de MpRBOHB.
« Nos résultats révèlent que la liaison des ions calcium agit comme un interrupteur moléculaire qui active MpRBOHB et que la phosphorylation de deux résidus sérine spécifiques joue un rôle en facilitant cette liaison », explique le professeur Kuchitsu. « Nous pensons que ces mécanismes, orchestrés par un domaine réglementaire conservé, constituent des processus réglementaires fondamentaux régissant tous les RBOH des plantes terrestres. »
Comprendre comment les plantes régulent les enzymes productrices de ROS pourrait avoir d’énormes implications pour l’humanité. Les informations obtenues pourraient conduire à des outils permettant de manipuler artificiellement la production de ROS dans les plantes. À son tour, cette capacité pourrait être utilisée pour augmenter les rendements des cultures, rendre les plantes plus résistantes aux polluants ou aux micro-organismes invasifs, et même exploiter les plantes pour nettoyer les polluants environnementaux.
« La production de ROS joue un éventail extrêmement large de fonctions importantes chez les plantes, notamment la croissance, la reproduction, l’immunité et la réponse au stress. Un contrôle approprié de cette production pourrait donc nous aider à améliorer la qualité de l’agriculture et des aliments, ainsi qu’à contribuer à l’assainissement de l’environnement », » dit le professeur Kuchitsu. « Nous espérons que ces travaux contribueront à résoudre un large éventail de problèmes sociaux liés aux plantes en constituant une base extrêmement importante pour les recherches futures. »
Plus d’information:
Takafumi Hashimoto et al, La liaison améliorée du Ca2+ aux mains EF par phosphorylation des résidus de sérine conservés active la production de MpRBOHB et de ROS déclenchée par la chitine, Physiologie plantaire (2023). DOI : 10.1111/ppl.14101