A autofagia, um processo crítico de reciclagem em células eucarióticas, mantém a homeostase ao degradar e reutilizar componentes celulares. Embora extensivamente estudado pela sua complexidade e elegância, aspectos deste processo permanecem pouco estudados. Em nosso estudo recente, revelamos como uma descoberta fortuita revelou novos insights sobre o papel do umvocêtofaggene relacionado a y 8 (ATG8) processamento na formação de autofagossoma em duas espécies de plantas verdes, a alga unicelular Chlamydomonas reinhardtii e a dicotiledônea multicelular Arabidopsis thaliana.
Figura 1. AUma visão geral do papel de ATG8 e ATG4 na formação de autofagossoma. BATG4 trunca ATG8 clivando um peptídeo C-terminal, expondo o resíduo crítico de glicina para lipidação. Após a maturação do autofagossomo, o ATG4 delipida o ATG8, removendo-o assim da membrana do autofagossomo.
Para permitir a reciclagem seletiva de componentes celulares através da autofagia, o materials destinado à degradação é engolfado por vesículas de membrana dupla chamadas autofagossomos. Os autofagossomas nascentes são decorados com proteínas ATG8 em um processo denominado lipidação ATG8. Para que ocorra a lipidação, a proteína ATG8 deve ser clivada pela protease dedicada ATG4, expondo assim um resíduo de glicina que é necessário para a lipidação. Antes de se fundir com o vacúolo para entrega de sua carga, o ATG8 lipídico é removido (deslipidado) da membrana autofagossômica externa, novamente pelo ATG4. Em fungos e animais, tanto a lipidação quanto a delipidação do ATG8 são etapas essenciais na through da autofagia.
Nosso estudo começou com uma descoberta informal: um Arabidopsisatg4 a linha mutante que expressa uma forma pré-clivada de ATG8 (ignorando assim a necessidade de processamento inicial de ATG4) exibiu um fenótipo semelhante ao tipo selvagem. Esta observação altamente inesperada foi inicialmente atribuída a um erro experimental. No entanto, após um longo e cuidadoso exame, onde combinamos biologia celular, bioquímica, genética reversa e fenotipagem de plantas para confirmar a veracidade de nossos resultados, chegamos à conclusão de que a delipidação do ATG8 de fato não é necessária para a maturação do autofagossomo, o fluxo autofágico, ou tolerância ao estresse em Arabidopsisrevelando assim um mecanismo de autofagia até então único em plantas superiores.
Com base neste resultado, ficamos curiosos sobre como as pressões evolutivas moldaram os mecanismos de autofagia em organismos verdes, desde algas unicelulares até plantas vasculares. Para testar se nossas descobertas em Arabidopsis aplicado a algas verdes unicelulares, nos voltamos para Chlamydomonas reinhardtii. Descobrimos que, ao contrário Arabidopsis, Chlamydomonas depende da delipidação do ATG8 para formação de autofagossoma e fluxo autofágico, consistente com seu conjunto simplificado de genes ATG. Além disso, quando analisamos Arabidopsis Ortólogos ATG8 (Arabidopsis tem nove deles) sob privação de nitrogênio, observamos papéis funcionais distintos, o que sugere uma justificativa evolutiva para a expansão do ATG8 família de genes em plantas superiores que provavelmente permite respostas autofágicas ajustadas a vários estressores ambientais.
Figura 2. Visão geral da influência da delipidação do ATG8 no processamento do autofagossomo em leveduras, plantas e mamíferos após incorporar os resultados do nosso estudo.
Este estudo ressalta o valor de examinar processos biológicos em diversos organismos para descobrir princípios conservados e adaptações específicas de linhagens. Ao investigar o processamento do ATG8, esperamos inspirar uma exploração mais profunda da dinâmica evolutiva da autofagia e suas aplicações potenciais na biologia vegetal. Nossas descobertas levantam questões convincentes para pesquisas futuras: Por que a delipidação do ATG8 se tornou dispensável em algumas linhagens de plantas? Que forças evolutivas impulsionaram a diversificação da família ATG8 em plantas superiores? E poderiam estes conhecimentos orientar os esforços no sentido de criar caminhos de autofagia para melhorar a resiliência das culturas sob stress?
