Le piante superiori producono un vasto assortimento di metaboliti secondari e ciascuna specie ha la capacità di sintetizzare ed accumulare specifici insieme di tali molecole. I metaboliti secondari sono considerati necessari per l’interazione della pianta con l’ambiente; tuttavia la precisa funzione di specifici metaboliti è nota solo in pochi casi. Una possibile strategia per studiare i ruoli di tali molecole è quello di modificare il profilo metabolico di colture cellulari in vitro attraverso approcci chimici e indagare sull’impatto di tali modifiche in relazione al fenotipo. Il profilo metabolico può essere modificato somministrando precursori di composti target o inibitori di uno o più passaggi della via metabolica. L’acido piperonilico (PIP), essendo un inibitore dell’enzima cinnamato 4-idrossilasi, blocca l’idrossilazione l’idrossido dell’acido trans-cinnamico a acido p-cumarico, che è un precursore nella biosintesi delle antocianine (AC) e degli acidi idrossicinnamici (HCA). Nella linea cellulare di carota, R3M, il trattamento termico di 1h a 44° induce la comparsa di placche citoplasmatiche circondate da reticolo endoplasmico; È stato inoltre dimostrato che le cellule di carota, che mostrano questa morfologia, sono destinate ad una morte cellulare di tipo lento. Esperimenti precedenti, mediante somministrazione di HCA prima del trattamento termico, hanno inoltre mostrato un maggiore accumulo di alcuni metaboliti e una riduzione del numero di cellule danneggiate che presenta il fenotipo placche. Questa protezione correla con un aumento delle AC acilate e HCA derivati in seguito a somministrazione di HCA. Al fine di indagare sul coinvolgimento di queste classi di metaboliti nella protezione da calore, è stato messo a punto l’approccio inverso, ossia l’inibizione dell’accumulo di AC e HCA mediante somministrazione di PIP. Infatti, in seguito al trattamento con PIP, è stato tenuta una diminuzione dei livelli di AC non acilate ed i derivati degli HCA. Campioni trattati con PIP prima dello stress termico hanno mostrato, inoltre, un aumento della frequenza delle cellule danneggiate rispetto i campioni di controllo, suggerendo una maggior sensibilità allo stress termico delle cellule trattate con PIP. Confrontando i due risultati ottenuti mediante i due approcci complementari, è stato possibile evidenziare il ruolo degli HCA nella prevenzione dei danni cellulari indotti dallo stress al calore in cellule di carota R3M.

Uso dell’inibitore acido piperonilico come strategia per studiare il ruolo protettivo di specifici fenilpropanoidi in cellule di Daucus carota

STRAZZER, Pamela;Commisso, Mauro;TOFFALI, Ketti;CEOLDO, Stefania;LEVI, Marisa;GUZZO, Flavia
2013

Abstract

Le piante superiori producono un vasto assortimento di metaboliti secondari e ciascuna specie ha la capacità di sintetizzare ed accumulare specifici insieme di tali molecole. I metaboliti secondari sono considerati necessari per l’interazione della pianta con l’ambiente; tuttavia la precisa funzione di specifici metaboliti è nota solo in pochi casi. Una possibile strategia per studiare i ruoli di tali molecole è quello di modificare il profilo metabolico di colture cellulari in vitro attraverso approcci chimici e indagare sull’impatto di tali modifiche in relazione al fenotipo. Il profilo metabolico può essere modificato somministrando precursori di composti target o inibitori di uno o più passaggi della via metabolica. L’acido piperonilico (PIP), essendo un inibitore dell’enzima cinnamato 4-idrossilasi, blocca l’idrossilazione l’idrossido dell’acido trans-cinnamico a acido p-cumarico, che è un precursore nella biosintesi delle antocianine (AC) e degli acidi idrossicinnamici (HCA). Nella linea cellulare di carota, R3M, il trattamento termico di 1h a 44° induce la comparsa di placche citoplasmatiche circondate da reticolo endoplasmico; È stato inoltre dimostrato che le cellule di carota, che mostrano questa morfologia, sono destinate ad una morte cellulare di tipo lento. Esperimenti precedenti, mediante somministrazione di HCA prima del trattamento termico, hanno inoltre mostrato un maggiore accumulo di alcuni metaboliti e una riduzione del numero di cellule danneggiate che presenta il fenotipo placche. Questa protezione correla con un aumento delle AC acilate e HCA derivati in seguito a somministrazione di HCA. Al fine di indagare sul coinvolgimento di queste classi di metaboliti nella protezione da calore, è stato messo a punto l’approccio inverso, ossia l’inibizione dell’accumulo di AC e HCA mediante somministrazione di PIP. Infatti, in seguito al trattamento con PIP, è stato tenuta una diminuzione dei livelli di AC non acilate ed i derivati degli HCA. Campioni trattati con PIP prima dello stress termico hanno mostrato, inoltre, un aumento della frequenza delle cellule danneggiate rispetto i campioni di controllo, suggerendo una maggior sensibilità allo stress termico delle cellule trattate con PIP. Confrontando i due risultati ottenuti mediante i due approcci complementari, è stato possibile evidenziare il ruolo degli HCA nella prevenzione dei danni cellulari indotti dallo stress al calore in cellule di carota R3M.
Ruolo biologico; Metaboliti secondari; Fenilpropanoidi; Daucus carota; Coltura cellulare; Metabolomica; Stress termico; Acido piperonilico
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