Il vacuolo vegetale: un grande mondo all’interno della cellula
Se osserviamo l’interno di una cellula vegetale matura ci accorgiamo che gran parte dello spazio, fino al 90% in alcuni casi, è occupato da un compartimento chiamato vacuolo che serve da magazzino per vari composti importanti per il funzionamento cellulare. In realtà, il vacuolo ha altre funzioni fondamentali, per esempio degrada molecole deteriorate o tossiche, oppure è in grado di comunicare con gli altri componenti cellulari.
Dal punto di vista pratico, esistono protocolli abbastanza semplici per ottenere vacuoli isolati e poiché i vacuoli hanno dimensioni fino a 50 micrometri di diametro (un ventesimo di millimetro), essi sono ampiamente visibili al microscopio ottico. In campo animale, endosomi e lisosomi possono essere considerati l’analogo del vacuolo vegetale, seppure con marcate differenze funzionali.
Recentemente è emerso che alcune proteine che risiedono sulle membrane endo-lisosomiali, i cosiddetti canali ionici e trasportatori, sono essenziali per molteplici meccanismi fisiologici e coinvolte, nel caso di endo-lisosomi umani, in diverse patologie gravi quali malattie neurodegenerative, insorgenza di tumori e infezioni virali. Tuttavia gli endo-lisosomi hanno dimensioni estremamente ridotte, submicrometriche, e pertanto le tecniche di indagine sulle loro proprietà di funzionamento e sul loro profilo farmacologico risultano essere limitate.
Abbiamo pensato che sarebbe stata una buona idea il trasferimento dei canali e trasportatori endo-lisosomiali sulla superficie vacuolare: in questo modo li avremmo potuti studiare in dettaglio. Utilizzando tecniche di biologia molecolare abbiamo verificato che ciò era effettivamente possibile e siamo riusciti ad esprimere sul vacuolo le principali famiglie di canali e trasportatori degli endo-lisosomi.
In figura, nel pannello A, si può osservare un vacuolo isolato dal mesofillo fogliare della pianta Arabidopsis thaliana, una pianta molto usata in laboratorio, così come appare in microscopia in luce trasmessa (cerchio grande); lo stesso vacuolo, in fluorescenza, presenta una circonferenza verde che indica la presenza sulla sua superficie dell’antiporto cloro/protoni CLC-7 originariamente localizzato in lisosomi animali. Nel pannello C, i segnali di corrente mediati dal canale endosomiale umano TPC1, espresso sempre in un vacuolo di Arabidopsis, presentano un ottimo rapporto segnale-rumore. In parallelo, combinando misure di elettrofisiologia e fluorescenza applicate sempre a vacuoli isolati, abbiamo sviluppato una tecnica che ci consente di investigare la permeabilità dello ione calcio e di protoni, due tra i più importanti secondi messaggeri conosciuti, in canali e trasportatori endogeni ed esogeni, e siamo riusciti a verificare come l’antiporto vacuolare anioni/protoni CLCa influenzi l’acidificazione all’interno del vacuolo. Riteniamo che il proseguimento di questi studi possa avere importanti ricadute sia in campo vegetale, di fatto quando mangiamo frutta e verdura stiamo essenzialmente attingendo al contenuto del vacuolo, che in campo animale, per esempio in ambito farmacologico.
Bibliografia essenziale
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