El transporte de moléculas es una tarea fundamental que llevan a cabo los seres vivos. La movilización de compuestos entre los diferentes compartimentos celulares, órganos y tejidos de un organismo, así como la excreción de sustancias y la toma de nutrimentos o compuestos que sirven para la comunicación entre células y la gran variedad de especies que forman la biósfera, juegan un papel central en el proceso de la vida.
Las plantas afrontan diariamente el reto de controlar los miles de pequeñas moléculas que producen como parte de su respuesta a interacciones bióticas y abióticas con el medio ambiente. Algunos de estos fitoquímicos son almacenados en compartimentos especializados tales como la vacuola, la cual sirve para almacenar metabolitos secundarios y xenobióticos, en tanto que otros son excretados fuera de la célula rápidamente después de haber sido sintetizados. Por ejemplo, los exudados de las raíces participan en la regulación de las comunidades microbianas en la rizósfera, alentando las interacciones benéficas entre las plantas y los microorganismos, cambiando las propiedades físicas y químicas del suelo y participando en interacciones alelopáticas [1]. Las esencias florales sirven como atrayentes para los polinizadores, y los volátiles emitidos por los tejidos verdes protegen a las plantas de los herbívoros, ya sea directamente o a través de interacciones tri-tróficas [2].
La biosíntesis de la mayoría de los metabolitos secundarios producidos por las plantas es muy compleja, involucra la participación de diferentes tejidos, órganos y compartimentos celulares [3-5]. Sin embargo, las bases moleculares de cómo estos compuestos son movilizados de un lugar a otro apenas empieza a ser examinada [6-8]. La participación de los transportadores ABC (ATP-Binding Cassette; ABCt) en particular, y de los transportadores en general, en la secreción y transporte subcelular de diversos compuestos químicos apunta al hecho de que la investigación de este tipo de moléculas es crítica para poder entender la compleja respuesta de las plantas en su interacción con el medio ambiente.
Los alcaloides, sustancias de baja masa molecular que contienen nitrógeno, son uno de los mayores grupos de metabolitos secundarios con una amplia variedad de estructuras y actividades biológicas [5; 9]. Algunos de ellos son usados tanto en medicina tradicional como en la medicina moderna. Se han establecido diversos sistemas para su producción [10] y sus rutas de biosíntesis han sido intensamente estudiadas [5; 11]. Sin embargo, los mecanismos de su transporte y acumulación en las células vegetales aún se desconocen casi por completo. Por otro lado, las células de las plantas que producen alcaloides son insensibles a sus propios metabolitos, probablemente porque tienen mecanismos de destoxificación para prevenir la toxicidad de los alcaloides. Sin embargo, los mecanismos de destoxificación empleados por las plantas no se entienden bien. Una posible explicación es la compartamentalización de los alcaloides en la vacuola. Un modelo simple para explicar la acumulación de los alcaloides en las vacuolas de las plantas que los producen es el mecanismo de la trampa de iones [12]. Contrariamente a esta hipótesis, diversos estudios han mostrado que el transporte vacuolar de los alcaloides es llevado a cabo por transportadores específicos en un proceso dependiente de energía, el cual puede involucrar un sistema acarreador del tipo protón-antipuerto [13; 14]. Recientemente se ha propuesto una tercera hipótesis; un transportador directamente energetizado, un ABCt, está presente en el tonoplasto y podría ser el responsable para el transporte de metabolitos secundarios [6; 15]. Sin embargo, prácticamente no hay análisis bioquímicos del transporte de alcaloides endógenos a través de la membrana vacuolar. Adicionalmente debe mencionarse que en el caso de la producción de diversos alcaloides, la ruta de su biosíntesis entra y sale de diversos organelos, incluyendo a la vacuola, y pasa de un tejido a otro, como en el caso de Catharanthus roseus. Por lo que se requiere de un sistema de transporte que permita la entrada y salida de forma controlada y regulada de los intermediarios de la biosíntesis de estos compuestos.
Los ABCt participan en prácticamente todos los procesos vitales de los seres vivos. En el caso de las plantas, más del 90% de la investigación realizada en este tema se ha llevado a cabo en la planta modelo A. thaliana. Independientemente de que no se ha llevado a cabo la caracterización funcional de la inmensa mayoría de los ABCt en Arabidopsis y de que sólo algunos pocos ABCt han sido tipificados como homólogos con transportadores en bacterias, la función de algunos de estos genes en plantas no está relacionada para nada con los procesos bacterianos (el transporte de auxinas, por ejemplo). Además, actualmente prácticamente no se sabe nada sobre los ABCt localizados en el plasmalema
Existe una gran cantidad de preguntas, como las planteadas en esta propuesta, que por ahora no pueden ser contestadas usando el modelo de Arabidopsis. De ahí la necesidad de contestarlas usando otros modelos. En el caso particular de este proyecto nos enfocaremos en los grupos de ABCt que participan en la secreción de fitoquímicos por la raíz y su transporte a través del tonoplasto.
Objetivo general. El propósito que perseguimos en este proyecto es determinar el papel de los ABCt en la movilización y secreción de alcaloides en plantas superiores.
Transporte de Metabolitos Secundario