Misri, ashtu si çdo bimë tjetër, përpiqet të mbrohet kur një organizëm i huaj depërton në të. Kur një kërpudhë futet në indet e tij, bima çliron enzima që shpërbëjnë proteinat, përfshirë edhe ato që sekreton organizmi pushtues.
Megjithatë, për kërpudhën që shkakton sëmundjen e blozës së misrit, kjo mbrojtje rezulton të jetë pikërisht sinjali që ajo ka pritur.
Enzimat e bimës presin një proteinë të sekretuar nga kërpudha, duke çliruar një sinjal që e ndihmon parazitin të kuptojë se ka depërtuar në indet bimore.
Ky proces çliron një fragment të shkurtër që më parë ishte i fshehur brenda proteinës. Fragmenti aktivizon një receptor në membranën qelizore të kërpudhës, duke bërë që ajo të fillojë të ndahet më shpejt.
Me fjalë të tjera, mbrojtja e bimës i tregon organizmit pushtues se ka arritur të depërtojë me sukses.
Florian Altegoer, drejtues i një grupi kërkimor në Institutin e Mikrobiologjisë të Universitetit Heinrich Heine në Dyseldorf, udhëhoqi këtë studim së bashku me autorin kryesor, Gabriel Mendoza-Rojas, anëtar i grupit të tij kërkimor.
Në studim morën pjesë edhe studiues nga Universiteti i Göttingenit, Universiteti Shtetëror i Karolinës së Veriut, Imperial College London dhe Universiteti i Groningenit.
Receptori i përket një familjeje proteinash të njohura si receptorë të lidhur me proteinën G (GPCR). Këta receptorë funksionojnë si sensorë në membranën e jashtme të qelizës dhe përcjellin sinjale nga jashtë drejt brendësisë së saj.
Njerëzit kanë më shumë se 800 receptorë të tillë dhe ata janë objektivi i rreth 40% të barnave të miratuara. Ndërkohë, versionet e tyre te kërpudhat janë kuptuar shumë më pak.
“Ne kemi identifikuar një receptor të panjohur më parë të lidhur me proteinën G te kërpudhat dhe kemi zbuluar një mekanizëm të pazakontë përmes të cilit ai aktivizohet”, tha Altegoer.
Mendoza-Rojas e përshkroi këtë zbulim në mënyrë edhe më të drejtpërdrejtë.
“Kështu, kërpudha përdor në mënyrë paradoksale enzimat e bimës pritëse për të zbuluar se ka depërtuar me sukses në indet e saj”, tha ai.
Sinjali fshihet brenda një proteine
Kërpudha Ustilago maydis infekton bimët e misrit dhe shkakton formimin e fryrjeve të mëdha, të njohura si galë, veçanërisht në kallinjtë e misrit, ku prodhon sporet e saj.
Dy prej gjeneve të saj dihej tashmë se ishin thelbësore për këtë proces: nëse çaktivizohej njëri prej tyre, kërpudha prodhonte pothuajse aspak gala.
Njëri prej këtyre gjeneve prodhon një proteinë të sekretuar, të quajtur Pit2, të cilën enzimat e misrit e presin në një fragment që bllokon pikërisht këto enzima.
Gjeni tjetër prodhonte një proteinë të membranës qelizore, funksioni i së cilës nuk dihej. Kur ekipi kërkimor analizoi gjenomin e kërpudhës për proteina me strukturën karakteristike prej shtatë helikash të një receptori, kjo proteinë ishte njëra prej 34 kandidatëve të identifikuar. Studiuesit e riemërtuan atë Gpe1.
Ata e vendosën receptorin në qelizat e majasë së bukës, të modifikuara gjenetikisht në mënyrë që të lëshonin një sinjal të kuq drite sa herë që receptori aktivizohej.
Proteina Pit2 në formën e saj të paprekur prodhoi një sinjal të dobët drite. Ndërsa fragmentet e Pit2 e aktivizuan plotësisht sistemin tregues edhe kur përdoreshin në një dozë dhjetë herë më të vogël.
Ekipi kërkimor arriti ta kufizonte fragmentin aktiv në vetëm nëntë aminoacide.
Studiuesit gjithashtu krijuan kristale të proteinës Pit2 dhe përcaktuan strukturën e saj, gjë që ndihmoi në shpjegimin e arsyes pse proteina e paprekur e aktivizon receptorin vetëm në mënyrë të dobët.
Dy kopje të proteinës bashkohen me njëra-tjetrën dhe segmenti prej nëntë aminoacidesh fshihet në hapësirën ndërmjet tyre. Vetëm enzimat e bimës mund ta çlirojnë atë.
“Peptidi është i fshehur brenda Pit2, si një thesar në një arkë që mund të hapet vetëm nga enzimat bimore”, tha Mendoza-Rojas.
“Megjithatë, hapja e kësaj arke i ngjan më shumë hapjes së kutisë së Pandorës: ajo çliron një sinjal që i sjell përfitime kërpudhës, në dëm të bimës.”
Qelizat e kërpudhës u ndanë më shpejt
Më pas, ekipi vëzhgoi qelizat e gjalla të kërpudhës nën mikroskop, ndërsa fragmenti proteinik kalonte pranë tyre.
Menjëherë pas kësaj, receptori u tërhoq nga sipërfaqja e qelizës drejt brendësisë së saj, një reagim i zakonshëm i receptorëve që janë aktivizuar.
Qelizat gjithashtu filluan të formonin sytha më shpejt. Një cikël ndarjeje zgjati rreth 226 minuta në mungesë të fragmentit dhe rreth 167 minuta në praninë e tij, pra afërsisht një orë më pak.
Ndarja më e shpejtë përputhet me atë që kërpudha duhet të bëjë për të infektuar bimën. Ajo e pezullon ciklin e saj qelizor ndërsa zhvillon një fije drejt indeve bimore dhe më pas rifillon ndarjen pasi ka depërtuar brenda tyre.
Një rregullator i quajtur Clp1 luan rol në këtë rifillim. Qelizat që përmbanin sasi shtesë të proteinës Gpe1 prodhonin rreth pesë herë më shumë molekula ARN-mesazhere të gjenit Clp1, ndërsa fragmenti proteinik e rriste edhe më tej këtë nivel.
“Studimi ynë përcakton një lidhje mekanike ndërmjet perceptimit të mjedisit të bimës pritëse dhe rifillimit të shumimit të kërpudhës pas depërtimit në indet e saj”, tha Altegoer.
Receptori luante një rol të rëndësishëm edhe në bimët e plota. Ekipi ndryshoi disa elemente të veçanta të ndërtimit të receptorit, të vendosura në xhepin e tij të parashikuar të lidhjes, dhe infektoi fidanë misri me kërpudhat e modifikuara.
Dy prej këtyre ndryshimeve, të cilat gjithashtu e kishin dëmtuar rëndë funksionimin e receptorit në qelizat e majasë, reduktuan ndjeshëm formimin e galave te fidanët e vlerësuar 12 ditë më vonë.
Dy proteina evoluan së bashku
Gpe1 ka proteina të ngjashme në lloje të ndryshme të kërpudhave që shkaktojnë sëmundjen e blozës, por Pit2 gjendet vetëm te të afërmit e ngushtë të kërpudhës së misrit.
Ekipi testoi nëse secili receptor do të reagonte ndaj sinjalit të prodhuar nga speciet e tjera.
Sinjali i një kërpudhe të afërt që infekton misrin aktivizoi receptorin e kërpudhës së blozës së misrit. Sinjali i një kërpudhe që infekton elbin nuk pati të njëjtin efekt, ndërsa fragmentet e misrit e aktivizuan vetëm dobët receptorin e kërpudhës së elbit.
Vetë segmenti prej nëntë aminoacidesh ka pësuar shumë pak ndryshime gjatë evolucionit të këtyre specieve. Autorët e studimit e interpretojnë këtë si një tregues se receptori dhe sinjali i tij kanë evoluar së bashku.
Një kërkim i bazuar në strukturën e proteinave zbuloi gjithashtu një familje të gjerë receptorësh të ngjashëm në grupin e kërpudhave ku përfshihen edhe kërpudhat me kapelë dhe ato që shkaktojnë sëmundjen e blozës.
Një pjesë e Gpe1 i ngjan një mekanizmi ndërrues që gjendet në një grup të madh receptorësh njerëzorë, përfshirë edhe sensorin e dritës në sy.
Pyetje të hapura rreth sinjalit të infeksionit
Pamja e mënyrës se si fragmenti vendoset në receptor bazohet në një parashikim kompjuterik, të cilin ekipi e përdori vetëm për të përcaktuar se cilat pjesë të proteinës duhej të ndryshonte.
Dy variantet më pak funksionale të receptorit mund të jenë gjithashtu më pak të qëndrueshme, në vend që thjesht të kenë aftësi më të dobët lidhjeje me fragmentin. Autorët shkruajnë se ende nuk mund t’i dallojnë këto dy shpjegime.
Edhe rifillimi i ndarjes qelizore është shpjeguar vetëm pjesërisht. Rritja e ARN-së mesazhere të Clp1 pas aktivizimit të receptorit ofron një shpjegim të mundshëm.
Enzimat e bimës gjithashtu e presin proteinën Pit2 në më shumë se një fragment. Njëri prej tyre bllokon mbrojtjen e bimës, ndërsa tjetri aktivizon receptorin.
Roli që luan secili prej këtyre fragmenteve gjatë një infeksioni të vërtetë ende nuk është testuar. Sipas autorëve, ky është eksperimenti i radhës që duhet kryer.
Pyetja më e gjerë që mbetet e hapur është nëse edhe kërpudhat e tjera që infektojnë kulturat bujqësore përdorin të njëjtin mekanizëm. Ekipi kërkimor planifikon ta studiojë këtë mundësi.
“Ne duam të zbulojmë nëse kërpudha të tjera përdorin receptorë të ngjashëm për të perceptuar mjedisin përreth dhe për të përshtatur rritjen e tyre”, tha Altegoer.
