Μηχανισμοί μεταγωγής σήματος και οργάνωση του φυτικού κυτταροσκελετού

Οι δραστικές μορφές οξυγόνου (Reactive Oxygen Species, ROS) προκαλούν αλλοιώσεις στα κύτταρα, αλλά συγχρόνως δρουν και ως μόρια εξαιρετικής σημασίας για την ανάπτυξη και τη λειτουργία των φυτικών οργανισμών. Διερευνήθηκε η συμμετοχή τους στους μηχανισμούς μεταγωγής σήματος που ελέγχουν την οργάνωση του φυτικού κυτταροσκελετού. Μελετήθηκαν οι επιπτώσεις της διατάραξης της ομοιόστασης των ROS στην οργάνωση του κυτταροσκελετού νεαρών αρτιβλάστων των φυτών Triticum turgidum, Arabidopsis thaliana και Zea mays. Η μελέτη πραγματοποιήθηκε σε διαιρούμενα κύτταρα ρίζας, ενώ διερευνήθηκε και ο ρόλος των ROS στην οντογένεση των στοματικών συμπλόκων του φυτού Z. mays, τα οποία αποτελούν πρότυπο κυτταρικό σύστημα. Βρέθηκε ότι οι ROS συμμετέχουν στους μηχανισμούς που ελέγχουν την κυτταροδιαίρεση καθώς η μεταβολή των επιπέδων τους διαταράσσει ή αναστέλλει την οργάνωση των διαφόρων συστημάτων ΜΣ και επηρεάζει τις περισσότερες διεργασίες της κυτταρικής διαίρεσης. Η μελέτη διαιρούμενων επηρεασμένων κυττάρων με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο διέλευσης αποκάλυψε την παρουσία σε αυτά σωληνοειδών δομών που αντιστοιχούν σε μακροσωληνίσκους. Αυτοί, αντιπροσωπεύουν κυλινδρικά πολυμερή σωληνίνης, με διάμετρο μεγαλύτερη εκείνης των MΣ. Σε μία περίπτωση οξειδωτικής καταπόνησης δεν δημιουργούνται μακροσωληνίσκοι, αλλά διαπιστώθηκε η συνύπαρξη ΜΣ με παρακρυστάλλους σωληνίνης. Επομένως, η διατάραξη της ομοιόστασης των ROS προκαλεί, αφενός μεν την καταστροφή των ΜΣ, αφετέρου δε τη δημιουργία ανθεκτικών άτυπων πολυμερών σωληνίνης. Με τη βοήθεια μεθόδων ανοσοεντόπισης διαπιστώθηκε ότι η ΜΑP65-1 συνεντοπίζεται με τα άτυπα πολυμερή σωληνίνης που σχηματίζονται στα επηρεασμένα κύτταρα, γεγονός που υπονοεί την εμπλοκή της στη οργάνωσή τους. Η ανοσοεντόπιση σε συνδυασμό με τη μέθοδο της ανοσοαποτύπωσης κατά Western έδειξε ότι τα επίπεδα της α-σωληνίνης μεταβάλλονται στα επηρεασμένα αρτίβλαστα, ενώ διαφοροποιείται και το πρότυπο των μετα-μεταφραστικών τροποποιήσεών αυτής. Η χρήση του εξειδικευμένου αναστολέα LY294002, ο οποίος αναστέλλει την καταλυτική δραστηριότητα της PI3K και μειώνει τα επίπεδα των ROS στο ακρόρριζο, διαταράσσει την οργάνωση του κυτταροσκελετού της σωληνίνης και οδηγεί στη δημιουργία άτυπων πολυμερών. Τα δεδομένα μας δείχνουν επίσης ότι μία πρωτεϊνική κινάση 46 kDa, όμοια της p38-MAPK των θηλαστικών, συμμετέχει στους μηχανισμούς αντίληψης της μεταβολής των επιπέδων των ROS και σε εκείνους που δρομολογούν τις αλλαγές στον κυτταροσκελετό της σωληνίνης. Tέλος, διερευνήθηκε η συμμετοχή των ROS στη μεταγωγή των μορφογενετικών ερεθισμάτων τα οποία οδηγούν στη δημιουργία των παραστοματικών κυττάρων στα στοματικά σύμπλοκα του φυτού Z. mays. Η μελέτη της κατανομής των ROS στο αναπτυσσόμενο πρωτόδερμα έδειξε ότι αυτές «συσσωρεύονται» στη θέση επαφής του πολωμένου μητρικού κυττάρου των παραστοματικών κυττάρων με το μητρικό κύτταρο των καταφρακτικών κυττάρων. Η διατάραξη της ομοιόστασης των ROS επηρεάζει την καθιέρωση πόλωσης στα μητρικά κύτταρα των παραστοματικών και την ασύμμετρη διαίρεσή τους, η οποία οδηγεί στη δημιουργία παραστοματικών κυττάρων. Τα δεδομένα της παρούσας διατριβής επιβεβαιώνουν ότι τα φυτικά κύτταρα έχουν αναπτύξει μηχανισμούς ρύθμισης των επιπέδων των ROS ώστε, όχι μόνο να αποφεύγουν τις οξειδωτικές βλάβες, αλλά να τις χρησιμοποιούν ως μόρια μεταγωγής μηνύματος.