L'estudi mostra que la proteïna BRAVO, específica de cèl·lules mare, frena el creixement cel·lular desencadenat per hormones. El resultat permet entendre com es controla l'activitat de les cèl·lules mare per hormones, comú en animals i planta. El mecanisme pot ajudar a desenvolupar plantes més resistents a condicions adverses.
Un treball liderat per Ana Caño-Delgado, investigadora del CSIC al Centre de Recerca en Agrigenòmica (CRAG), ha identificat a la planta Arabidopsis una molècula que bloqueja la proliferació de les cèl·lules mare promoguda per hormones esteroides vegetals (brassinoesteroides). Es tracta d'un factor de transcripció que han batejat com BRAVO (acrònim de Brassinoesteroides al Centre Vascular i Organitzatiu en anglès).
Tal com demostren els científics, BRAVO només està present en el nínxol de cèl·lules mare, on contraresta i reprimeix la divisió cel·lular desencadenada per hormones (al vídeo, es pot veure BRAVO, en verd, a la base de l’arrel). Actua, tal com la defineixen, com un "pany de seguretat" que evita la proliferació cel·lular desmesurada. El treball es publica a la prestigiosa revista Developmental Cell.
"Creiem", diuen els científics en el treball, "que BRAVO confereix a les cèl·lules mare la capacitat de superar els factors d'estrès externs", factors que desencadenen una sobreexpressió d'esteroides vegetals, els quals al seu torn indueixen el creixement cel·lular. Sense aquest control, hi hauria una proliferació sense control de les cèl·lules, la planta no es desenvoluparia correctament i perdria la seva capacitat d'adaptar-se als canvis ambientals. Per això, aquest treball pot ajudar a desenvolupar plantes més resistents a condicions adverses.
Una cosa similar passa en animals quan hi ha un incontrolat creixement cel·lular, que en aquest cas deriva en un tumor. La troballa també pot ajudar a entendre la proliferació cel·lular vehiculada per hormones i el seu control, i en la investigació contra càncers que depenen d’hormones.
Aquest treball forma part del doctorat de Josep Vilarrasa-Blasi, estudiant al laboratori d'Ana Caño-Delgado. S'ha comptat amb la col•laboració del grup de físics dirigit per Marta Ibañes, de la Universitat de Barcelona, que han modelitzat matemàtica i computacionalment l'efecte de les interaccions de la proteïna BRAVO amb la hormona esteroide BES1. Els resultats i prediccions d’aquest model computacional s’han confirmat pel experiments realitzats al laboratori del CRAG. En el treball també han participat investigadors de la Universitat de Duke (EUA), Universitat de Heidelberg (Alemanya), del CNRS (França), i de la Universitat Pompeu Fabra (Barcelona).
El subtil equilibri entre la divisió i no divisió cel·lular
Les plantes disposen de cèl·lules no diferenciades que els confereixen un creixement indefinit: són els anomenats meristemes, teixits embrionaris que es troben a l'extrem de les arrels i de les tiges, i que permeten a la planta créixer al llarg de tota seva vida. També tenen un reservori o nínxol de cèl·lules mare a la base de l'arrel primària (el primer que emergeix de l'embrió).
Ana Caño-Delgado i el seu equip van demostrar, en treballs anteriors, que els esteroides vegetals controlen la progressió del cicle cel·lular i la diferenciació dels meristemes de les arrels de la planta model Arabidopsis. També van demostrar que l'augment en l'expressió d'esteroides indueix una diferenciació cel·lular accelerada i "massiva" de les cèl·lules, fins al punt que s'esgota la reserva de cèl·lules mare i les plantes no creixen.
En condicions naturals, la planta aconsegueix un equilibri de divisió-no divisió en el nínxol de cèl·lules mare: manté un nucli de cèl·lules que no es divideixen (el que s'anomena "estat de quiescència") tot i estar envoltades de cèl·lules mare que han rebut el senyal de les hormones esteroides i s'estan dividint i proliferant ràpidament. Què fa que les cèl·lules quiescents del nínxol no es divideixin? Aquesta era la pregunta que encara no s'havia aconseguit respondre i per a la qual aquest treball aporta la troballa de BRAVO.
Tècniques de gran resolució
Per identificar BRAVO, l'equip ha fet servir tècniques específiques i de gran resolució (citometria de flux amb marcadors específics de cèl·lules mare) per identificar els gens implicats en la resposta hormonal i que només estan en cèl·lules concretes d'un teixit, el que suposa un gran avanç científic. "Aquestes tècniques", diu Ana Caño-Delgado, "ens permeten identificar quins gens de la planta, dels 28.000 en el cas d'Arabidopsis, actuen en cèl·lules concretes. Això és molt nou perquè normalment s'estudien els gens que actuen en òrgans sencers de la planta (fulla, arrel, tija...) i ha permès identificar BRAVO, que es troba exclusivament en el nínxol de cèl·lules mare".
Treballant amb plantes modificades, han vist que aquelles que no expressen BRAVO tenen una alta taxa de divisió cel·lular, mentre que en les que sobreexpressa BRAVO, no hi ha divisió cel·lular ni creixement de les arrels.
Els científics també han demostrat que BRAVO bloqueja directament el creixement cel·lular mediat per hormones. Concretament, han vist que BRAVO bloqueja BES1, una hormona que "actua com un interruptor que modula la divisió de les cèl·lules en el nínxol cel·lular".
BRAVO assegura les baixes taxes de proliferació cel·lular i confereix a la planta la capacitat d'adaptar-se canvis de l'entorn. Entendre aquest tipus de mecanisme és essencial per aconseguir plantes que responguin adequadament a situacions adverses.
El Centre de Recerca en Agrigenómica (CRAG) es un consorci CSIC-IRTA-UAB-UB.
Treballs anteriors relacionats:
Plant Cell 2013 http://www.dicat.csic.es/dicat/ca/2013/277-hallan-receptores-hormonales-especificos-de-las-celulas-madre-de-las-plantas
Development 2011 http://www.dicat.csic.es/dicat/ca/2011/246-las-hormonas-esteroides-en-plantas-inducen-la-diferenciacion-celular-temprana-y-agotan-la-reserva-de-celulas-madre