Quan la separació crea connexió: Com es mantenen connectades les cèl·lules vegetals mentre es divideixen?

Les plantes, igual que els animals, són organismes multicel·lulars formats per milions de cèl·lules organitzades en teixits i òrgans especialitzats. Aquestes cèl·lules es formen mitjançant la divisió cel·lular, un procés que produeix dues cèl·lules filles amb genomes idèntics a partir d’una cèl·lula mare. Posteriorment, aquestes cèl·lules filles es diferencien en tipus cel·lulars específics i han de comunicar-se per coordinar el desenvolupament i mantenir les funcions de l’organisme. La comunicació intercel·lular permet que les cèl·lules intercanviïn informació i senyals moleculars al llarg de la seva vida.

En les plantes, aquesta comunicació és possible gràcies a ponts intercel·lulars nanoscòpics anomenats plasmodesmes. Aquestes estructures connecten les cèl·lules i faciliten l’intercanvi de molècules com proteïnes, ions, hormones i nutrients.

Tanmateix, sorgeix una paradoxa: com poden coordinar-se les cèl·lules filles entre si mentre es tornen autònomes individualment? Atès que els plasmodesmes es formen durant la divisió cel·lular, com es coordinen la divisió i la connexió?

Les cèl·lules vegetals eviten l’etapa final de la divisió cel·lular per mantenir-se connectades

En les plantes, a diferència de les cèl·lules animals, la divisió cel·lular no comporta una separació física clara o “abscisió” entre les cèl·lules filles. Durant la citocinesi, l’etapa final de la divisió cel·lular, es forma una placa cel·lular per separar les cèl·lules filles. Ara bé, a mesura que aquesta placa es desenvolupa, apareixen milers d’obertures nanoscòpiques, o "fenestracions", en el seu interior. Algunes d’aquestes fenestracions s’estabilitzen en plasmodesmes, la qual cosa permet una connexió citosòlica directa entre les cèl·lules. En aquest estudi, els científics han investigat els mecanismes moleculars que permeten a les cèl·lules vegetals evitar l’abscisió per formar plasmodesmes.

El reticle endoplasmàtic té un paper essencial en la formació de ponts intercel·lulars

Ara, el CNRS i altres col·laboradors han publicat un estudi a Science sobre la connexió i divisió de les cèl·lules vegetals. Mitjançant la combinació d’enfocaments de biologia cel·lular, imatges de fluorescència en cèl·lules vives, microscòpia electrònica en col·laboració amb el France-Bioimaging Bordeaux Imaging Center i models biofísics desenvolupats pel Dr. Félix Campelo de l’ICFO, els científics han destacat el paper central del reticle endoplasmàtic (RE) en la formació de plasmodesmes. Han descobert que, en la planta model Arabidopsis thaliana, la formació de plasmodesmes requereix la presència del RE en les fenestracions mentre la placa cel·lular s’expandeix. El RE ajuda a estabilitzar les fenestracions, que després es converteixen en plasmodesmes; la seva absència condueix a la seva completa fusió i desaparició.

No obstant, el RE és un orgànul altament dinàmic i necessita estabilització. L’estudi ha identificat que tres membres de la família de proteïnes amb dominis múltiples C2 i transmembrana (MCTP), MCTP3, 4 i 6, permeten la unió i constricció del RE dins dels plasmodesmes en formació, estabilitzant-los. Sense MCTP3, 4 i 6, la formació de plasmodesmes i la comunicació intercel·lular es veuen significativament afectades.

Aquest estudi representa dos avenços principals: aborda la qüestió fonamental de com les cèl·lules vegetals “fallen” en la citocinesi per millorar la comunicació i revela un paper central i inesperat del reticle endoplasmàtic (RE) en la continuïtat intercel·lular.

Referència:

Plant plasmodesmata bridges form through ER-dependent incomplete cytokinesis.
Z.P. Li, H. Moreau, J.D. Petit, T. Souza-Moraes, M. Smokvarska, J. Perez-Sancho, M. Petrel, F. Decoeur, L. Brocard, C. Chambaud, M. Grison, A. Paterlini, M. Glavier, L. Hoornaert, A.S. Joshi, E. Gontier, W.A. Prinz, Y. Jaillais, A. Taly, F. Campelo, M.-C. Caillaud, E. M. Bayer
Science, October 31, 2024, DOI: https://doi.org/10.1126/science.adn4630