Importância fisiológica dos Transportadores Mitocondriais de Adenilatos AACs em Arabidopsis thaliana

Abstract

A mitocôndria é a organela responsável pela maior parte do fornecimento do ATP necessário para os processos metabólicos de manutenção do crescimento e respostas a vários estresses. O transporte de adenilatos (AMP, ADP e ATP) através da membrana mitocondrial interna é mediado por proteínas carreadoras especializadas, dentre as quais se encontram os carreadores do tipo antiporte ADP/ATP (AAC), que exportam o ATP para o citosol e, simultaneamente, importam o ADP para a matriz mitocondrial. Em Arabidopsis thaliana, são encontradas as isoformas AAC1, AAC2 e AAC3, cujos papeis fisiológicos ainda permanecem desconhecidos. Neste trabalho, avaliou-se em Arabidopsis thaliana o papel dos transportadores mitocondriais de ADP/ATP, denominados AtAAC1, AtAAC2 e AtAAC3. Para tal, foram utilizadas linhagens mutantes homozigotas com baixa expressão obtidas por inserção do T-DNA. Estas plantas foram caracterizadas a nível fisiológico e bioquímico. A análise do padrão de expressão dos genes AACs em plantas selvagens em condições ideais de cultivo demonstrou que de fato eles provavelmente desempenham papeis fisiológicos distintos em função do tecido e estágio do desenvolvimento. O gene AAC1 se apresentou como a isoforma mais abundante, independente do tecido e estágio do desenvolvimento. O AAC2 e o AAC3 tiveram expressão mais relevante em tecidos relacionados à fase reprodutiva, tais como grãos de pólen, flores e síliquas. Análise da expressão demonstrou que, na ausência do gene AAC2, ocorre regulação positiva dos demais transportadores de adenilatos da célula. Os mutantes para os genes AAC1, AAC2 e AAC3 exibiram maiores taxas de respiração noturna em relação a plantas WT sem apresentarem alterações na assimilação líquida de carbono e no crescimento. Adicionalmente, a quantificação metabólica nas plantas mutantes das três isoformas apontou tendência de maior acúmulo nos teores de aminoácidos, proteínas, glicose, frutose, sacarose e amido ao longo do período luminoso e alto consumo dos mesmos durante o período noturno. Também foram observadas maiores razões de poder redutor [NAD(P)H/NAD(P)+] em mutantes para o gene AAC1, AAC2 e AAC3 comparado ao WT. Tomados em conjunto, os resultados sugerem que, esses transportadores ADP/ATP estão envolvidos principalmente no metabolismo do processo respiratório, balanço redox e concentrações de metabólitos nitrogenados e carbonados. Assim, pode-se sugerir que a dinâmica distribuição das moléculas de adenilato, promovida por estes transportadores, tenha papeis relevantes na sincronia entre o metabolismo diurno e noturno em plantas, contribuindo assim para a manutenção do steady-state celular, por mecanismos que precisam ser investigados. Para tal, é necessário, aprofundar a compressão do papel destes transportadores nos tecidos vegetais e condições adversas bem como o papel de enzimas chave que atuam no processo.

Mitochondria is the organelle responsible for most of the ATP supply needed for the metabolic processes of maintaining growth and responding to various stresses. The transport of adenylates (AMP, ADP and ATP) through the internal mitochondrial membrane is mediated by specialized carrier proteins, among which are carriers ADP / ATP antiport carrier (AAC), which export the ATP to the cytosol and simultaneously , import the ADP into the mitochondrial matrix. In Arabidopsis thaliana, the isoforms AAC1, AAC2 and AAC3 are found, whose physiological roles remain unknown. In this work, the role of ADP / ATP mitochondrial transporters, called AtAAC1, AtAAC2 and AtAAC3, was evaluated in Arabidopsis thaliana. For this, homozygous mutant lines with low expression obtained by insertion of the T-DNA were used. These plants were characterized at the physiological and biochemical level. Analysis of the expression pattern of AAC genes in wild plants under optimal culture conditions has shown that in fact they probably play distinct physiological roles depending on the tissue and stage of development. The AAC1 gene presented as the most abundant isoform, independent of tissue and stage of development. AAC2 and AAC3 had more relevant expression in tissues related to the reproductive phase, such as pollen grains, flowers and silica. Analysis of the expression demonstrated that, in the absence of the AAC2 gene, positive regulation of the other adenylate transporters of the cell occurs. Mutants for the AAC1, AAC2 and AAC3 genes exhibited higher rates of nocturnal respiration over WT plants without showing changes in net carbon uptake and growth. In addition, metabolic quantification in mutant plants of the three isoforms indicated a tendency of greater accumulation in the amino acid, protein, glucose, fructose, sucrose and starch contents throughout the light period and high consumption during the night period. Reducing power ratios [NAD(P)H/NAD(P)+] were also observed in mutants for the AAC1, AAC2 and AAC3 gene compared to WT. Taken together, the results suggest that these ADP / ATP transporters are mainly involved in respiratory process metabolism, redox balance and concentrations of nitrogenous and carbonate metabolites. Thus, it may be suggested that the dynamic distribution of the adenylate molecules, promoted by these transporters, has relevant roles in the synchrony between diurnal and nocturnal metabolism in plants, thus contributing to the maintenance of cell steady state, by mechanisms that need to be investigated. To this end, it is necessary to deepen the compression of the role of these carriers in plant tissues and adverse conditions as well as the role of key enzymes that act in the process.