Uno studio dell’Università di Bonn ha ora spiegato il motivo di ciò. Ciò suggerisce che il meccanismo di correzione altrimenti modificherebbe le copie che non hanno nulla di sbagliato, con conseguenze fatali per la cellula. I risultati sono stati pubblicati su The Plant Journal .

Le cellule vegetali possiedono tutta una serie di strutture specializzate conosciute come organelli, di cui due particolarmente importanti sono i cloroplasti e i mitocondri. I primi utilizzano l'energia della luce per convertire l'anidride carbonica e l'acqua in ossigeno e zucchero, mentre i secondi fanno più o meno la stessa cosa al contrario:"bruciano" zucchero e altri composti per generare l'energia necessaria a numerosi processi cellulari.

I due organelli sono unici in quanto hanno i propri geni. Questo materiale genetico funziona come una serie di istruzioni di assemblaggio per le molecole chiave di cui gli organelli hanno bisogno per il loro lavoro. Se un cloroplasto deve produrre una determinata proteina, ad esempio, ordina prima una copia delle relative istruzioni di assemblaggio che può poi utilizzare per produrre la proteina.

Geni dei cloroplasti e dei mitocondri spesso difettosi

"Tuttavia, i geni nei cloroplasti e nei mitocondri spesso contengono difetti", spiega Elena Lesch, dottoranda presso l'Istituto di botanica cellulare e molecolare dell'Università di Bonn. "Quindi le copie devono essere corrette, altrimenti le proteine ​​assemblate secondo le loro istruzioni non funzioneranno."

Per questo, le piante utilizzano una sorta di Tipp-Ex, molecole speciali che appartengono al gruppo delle proteine ​​di ripetizione pentatricopeptide (PPR).

Le piante contengono almeno una dozzina e, in alcuni casi, fino a diverse migliaia di queste speciali proteine ​​PPR, ciascuna delle quali corregge difetti altamente specifici. È come se ogni parola di un giornale avesse un proprio redattore. Tuttavia, anziché essere prodotte negli organelli in cui vengono utilizzate, le proteine ​​PPR vengono prodotte all'esterno degli organelli, all'interno del citosol.

Anche il citosol è pieno di copie di geni, sebbene queste provengano dal nucleo della cellula, dove è immagazzinata la maggior parte delle molte migliaia di geni della pianta. Al contrario, i mitocondri e i cloroplasti contengono solo poche dozzine di geni ciascuno. Le "proteine ​​Tipp-Ex" potrebbero teoricamente correggere anche le copie all'interno del citosol. "Ma non lo fanno", dice Lesch. "Svolgono il loro lavoro solo negli organelli e noi volevamo sapere perché."

Inondare il meccanismo di trasporto negli organelli

Una ragione potrebbe essere che i "sotto-editori molecolari" vengono semplicemente spostati troppo rapidamente dal citosol agli organelli. Per studiare questa possibilità, i ricercatori hanno inserito una sorta di interruttore molecolare nei geni PPR all'interno di alcuni muschio Physcomitrium. Ciò ha permesso loro di far sì che le cellule producessero quantità molto elevate di proteine ​​PPR praticamente con il semplice tocco di un pulsante.

"Siamo riusciti a dimostrare che questo inonda il meccanismo di trasporto", rivela la collega di Lesch Mirjam Thielen, che ha condotto molti degli esperimenti. "Ha causato un accumulo di proteine ​​PPR nel citosol."

Una volta arrivati ​​nel citosol, hanno cominciato a modificare le copie del nucleo. "Abbiamo analizzato i cambiamenti apportati e abbiamo visto che le proteine ​​avevano modificato un gran numero di serie di istruzioni di assemblaggio che in realtà sarebbero state corrette", afferma Lesch.

"Interventi errati come questi sono controproducenti, ovviamente, perché possono mettere a rischio le funzioni delle proteine." Ma perché dovrebbe accadere in primo luogo? Oltre a rilevare i difetti, le proteine ​​PPR si legano anche a quelle che sono note come sequenze fuori bersaglio, aree che possono sembrare una sequenza difettosa ma che in realtà sono perfettamente a posto.

"Con copie di decine di migliaia di geni che lottano per lo spazio all'interno del citosol, il rischio che queste sequenze fuori bersaglio vengano corrette in modo errato sarebbe alto", osserva Lesch.

Produzione di molecole 'Tipp-Ex' soggetta a rigorosa regolamentazione

Per evitare ciò, le piante producono generalmente solo quantità relativamente basse di proteine ​​PPR, che vengono poi trasportate direttamente negli organelli prima che il "Tipp-Ex" molecolare nel citosol possa causare danni. Poiché il numero di geni (e quindi quante copie esistono) all'interno dei cloroplasti e dei mitocondri è gestibile, tali correzioni errate tendono a non verificarsi in quei luoghi.

Lo studio sta fornendo nuove informazioni su come queste proteine ​​correttive identificano i loro obiettivi. In futuro, quindi, potrebbe essere possibile utilizzare i risultati per apportare modifiche altamente mirate a copie specifiche di geni all'interno dei mitocondri e dei cloroplasti e per studiare l'effetto di tali modifiche.

Considerati i ruoli importanti che questi organelli svolgono nel metabolismo energetico delle piante, ciò apre anche la strada ad alcune interessanti applicazioni pratiche.