Glicoproteine ricche di ossiprolina

Le proteine legate alla parete cellulare primaria delle piante sono solitamente glicoproteine. Sono legate covalentemente alla parete cellulare o rimangono nella parete cellulare allo stato disciolto. Alcune di esse sono enzimi, altre svolgono funzioni strutturali.

La maggior parte delle glicoproteine della parete cellulare sono ricche di ossiprolina. Le glicoproteine ricche di ossiprolina (ORG) sono molecole lineari ricche di amminoacidi basici. Un alto livello di questi amminoacidi trasforma la parete cellulare in una barriera policationica che lega particelle caricate negativamente o cellule simili alle cellule batteriche.

Le cellule vegetali secernono almeno tre classi di glicoproteine che contengono una grande quantità di ossiprolina: estensine, proteine arabinogalattane e lectine.

L’estensina viene secreta come proteina solubile, debolmente legata alle pareti cellulari attraverso ponti di isoditrosina; alla fine, viene prodotto un componente cellulare insolubile. Due terzi della forma solubile dell’estensina sono carboidrati e un terzo proteine. Il peso molecolare dell’estensina della carota è di 86 kDa, e circa 36 kDa vengono rilasciati nella deglicosilazione. Il cross-linking dell’estensina con i componenti della parete cellulare sembra essere costruito con il coinvolgimento di una perossidasi specifica.

L’estensina ha una composizione amminoacidica insolita: 41 mol.% di ossiprolina, 12 mol.% di serina, 10 mol.% di lisina, 8 mol.% di tirosina e 0-11 mol.% di istidina. La mancanza di aminoacidi acidi e il grande contenuto di lisina e istidina determinano il punto isoelettrico di base entro 10-12. L’estensina della parete cellulare può essere convertita in una glicoproteina solubile utilizzando la prolil idrossilasi e l’ossipropil arabinosil transferasi. Entrambi gli enzimi sono localizzati nell’apparato di Golgi. Le catene laterali tri- e tetrarabinoside sono per lo più collegate a residui di ossiprolina.

Al contrario dell’estensina, le proteine arabinogalattane sono glicoproteine solubili contenenti ossiprolina, localizzate sia nel citoplasma che a livello extracellulare. Gli amminoacidi delle proteine arabinogalattane sono principalmente ossiprolina, serina, alanina e glicina. Le catene di arabinosio e arabinogalattano con un alto grado di polimerizzazione, così come il nucleo di carboidrati ramificati del residuo α-D-galac-topiranosile sono collegati con l’ossiprolina. Gli acidi arabinosidi e glicuronici sono inoltre attaccati al nucleo. L’idrossilazione della prolina e il trasporto dell’arabinoside all’ossiprolina sembrano procedere nello stesso modo dell’estensina.

E, infine, la terza classe ORG è costituita dalle lectine delle piante della famiglia delle Solanacee che sono localizzate sia intracellulari che extracellulari. Queste proteine contengono il 50-60% di ossiprolina, serina, glicina e cisteina che sono gli amminoacidi dominanti. I residui di arabinosio sono legati all’ossiprolina e i residui di galattosio alla serina. Gli ORG della patata agglutinano ceppi avirulenti ma non virulenti del patogeno dell’avvizzimento batterico Ralstonia solanacearum. Sono state chiamate “agglutinine” per distinguerle dalle lectine strutturalmente simili che possiedono solo una bassa attività emoagglutinante. Le agglutinine sono composti solubili delle pareti cellulari che contengono fino al 61% di carboidrati. La parte di carboidrati consiste in arabinosio e una piccola quantità di galattosio, glucosio e glucosamina. Il peso molecolare è di 91 kDa, e diminuisce alla deglicosilazione a 56 kDa. Finora, è difficile giudicare se le agglutinine hanno un ruolo nel rapporto pianta-parassita.

I meccanismi della biosintesi di ORG non sono ancora completamente chiari. Si presume che l’etilene sia coinvolto in questo processo, poiché gli elicitori inducono la sua formazione. Inoltre, l’etilene stesso può indurre la formazione di ORG. Nelle pareti cellulari del melone, il contenuto di ORG cresce di diverse volte in risposta all’inoculazione con Gloeosporium lagenarium, che è accompagnato da un forte aumento della produzione di etilene nella pianta. Gli elicitori di questo fungo o delle pareti cellulari del melone hanno causato una risposta simile. Il trattamento delle piantine di melone con etilene prima dell’inoculazione ha aumentato sia il contenuto di ORG che la resistenza, mentre l’inibizione di ORG ha promosso la loro colonizzazione da parte del patogeno.

L’inibizione specifica della biosintesi di etilene nei tessuti vegetali inoculati o trattati con elicitori ha soppresso il deposito di ossiprolina nelle pareti. Il precursore dell’etilene, l’acido aminociclopropancarbossilico, ha indotto gli ORG nei tessuti delle piante non trattate e ha anche ripristinato la formazione degli ORG nei tessuti trattati con l’inibitore.

L’elicitore di Phytophthora megasperma ha indotto la sintesi dell’etilene e degli ORG negli ipocotili della soia. Un aumento del contenuto di ossiprolina si è verificato anche all’interazione incompatibile ma non compatibile del cetriolo con Cladosporium cucumerinum. Al contrario, la concentrazione di ossiprolina nelle pareti cellulari del grano è aumentata dopo l’inoculazione con una linea compatibile di Erysiphe graminis.

L’accumulo di ORG e il loro mRNA nei tessuti infetti e nella coltura cellulare si è verificato nei fagioli colpiti da Colletotrichum lindemutianum, accompagnato dall’attivazione temporanea di prolil idrossilasi e arabinosil transferasi. L’arabinosil transferasi è collegata all’apparato del Golgi, mentre la prolil idrossilasi è concentrata nel reticolo endoplasmatico.

Un aumento del livello di ORG nelle pareti cellulari dei tessuti infetti cambia fortemente le loro proprietà. Come polimeri, gli ORG rafforzano la superficie cellulare, e come policationi, cambiano la carica superficiale.

I geni ORG di carota, pomodoro e fagioli sono stati clonati e sequenziati. In tutti e tre i casi, i geni possedevano una notevole omologia tra loro e contenevano una caratteristica sequenza ripetuta che codifica il pentapeptide serina-quattro proline. La formazione di ORG è codificata da una famiglia di geni che sono regolati in modo diverso nelle piante ferite o infette.

La quantità e il tasso di accumulo di mRNA per ORG negli ipocotili di fagioli inoculati con una razza incompatibile di C. lindemuthianum sono stati trovati considerevolmente più alti che in una interazione compatibile. È stato anche dimostrato che l’mRNA per gli ORG è stato accumulato anche in tessuti non infetti oltre al sito di inoculazione, il che era indicativo di un carattere sistemico della loro formazione.

Quindi, la parete cellulare delle piante contiene glicoproteine, molte delle quali possiedono attività di fermentazione. Alcune di esse, specialmente le perossidasi e le glicosilidrolasi, possono giocare un ruolo importante nelle risposte di difesa delle piante contro i fitopatogeni. Per esempio, la perossidasi specifica è coinvolta nella biosintesi della lignina e nella formazione dei ponti di isoditrosina dell’estensina, così come i ponti dove le pareti cellulari sono legate dall’acido ferulico. Le glicosilidrolasi, come componente comune delle pareti cellulari delle piante, possono essere responsabili del rilascio di oligosaccarine dalle pareti cellulari delle piante o dei funghi.