Walking on the ureide pathway

Le ureidi, allantoina e allantoato, sono delle molecole ricche di azoto che derivano dal catabolismo delle purine. Alcuni organismi come uccelli, insetti e molti primati tra cui l’uomo eliminano l’eccesso di azoto sotto forma di acido urico, mentre per altri organismi il recupero degli atomi di azoto contenuti nelle purine può essere di vitale importanza. In questi organismi l’acido urico è convertito in ammonio e gliossilato passando attraverso gli intermedi allantoina e allantoato, permettendo il completo recupero dei quattro atomi di azoto contenuti nelle basi puriniche. Questo lavoro ha avuto lo scopo di studiare le basi molecolari del recupero dell’azoto lungo la via metabolica delle ureidi in A.thaliana. Lo stato dell’arte riguardo a questo argomento è descritto nel capitolo uno. Nel capitolo due è riportato lo studio che riguarda il gene coinvolto nella biosintesi della S-allantoina. Questo gene (TTL) catalizza i due passaggi enzimatici che portano alla formazione di allantoina stereoselettiva a partire da idrossiisourato( HIU): idrolisi dell’HIU, attraverso un dominio C-terminale (Urah), e decabossilazione del prodotto, 2-osso-4-hydrossi-4-carbossi-5-ureidoimidazolina (OHCU), attraverso un dominio N-terminale (Urad). In altri organismi diversi dalle piante, questi domini sono presenti come singoli polipeptidi codificati da geni diversi. Oltre alla peculiarità di essere un gene con un prodotto bifunzionale, quello di Arabidopsis produce un trascritto che va incontro a splicing alternativo che dà origine due isoforme di RNA. Le proteine generate dalla traduzione di queste isoforme hanno attività simile in vitro, ma si localizzano in compartimenti cellulari diversi in vivo. TTL1- viene importata nel perossisoma, mentre TTL2- resta nel citosol. I trascritti che derivano dallo splicing alternativo sono presenti in quantità simili nei vari tessuti di Arabidopsis, con l’eccezione dei boccioli dove l’isoforma più corta è circa cinque volte maggiore rispetto a quella più lunga. L’analisi delle EST di diverse piante indica che lo splicing alternativo, sebbene non presente in tutte le piante, è conservato nelle monocotiledoni e dicotiledoni. L’enzima perossisomiale deve essere quello adibito alla conversione di HIU in allantoina ed è stato ribattezzato S- allantoina sintasi, poiché l’HIU è un substrato instabile prodotto dall’urato ossidasi nel perossisoma. La proteina citoplasmatica, sebbene sia in grado di formare allantoina, potrebbe essere implicata nella regolazione della crescita della pianta come interattore della porzione chinasica del recettore di membrana dei brassinosteroidi come riportato in studi precedenti (Nam et Lee, 2004). Nel capitolo tre è riportata la caratterizzazione di un gene a funzione ignota, identificato come S-ureidoglicina idrolasi.l’ureidoglicina viene prodotta lungo il pathway delle ureidi dall’enzima Mn-dipendente allantoato amido idrolasi. Questa molecola subisce degradazione spontanea ad urea e gliossilato in vitro, ma viene trasformata in S-ureidoglicolato in vivo. L’enzima S-ureidoglicina amidoidrolasi catalizza l’idrolisi manganese-dipendente dell’ureidoglicina formando ureidoglicolato e ammonio. In Arabidopsis questo enzima si trova, così come l’allantoato amido idrolasi nel reticolo endoplasmatico. Nel capitolo quattro sono descritti il clonaggio, la sovra-espressione e la purificazione del gene di Arabidopsis omologo all’ureidoglicolato idrolasi di E. coli. I saggi di attività su questa putativa ureidoglicolato idrolasi hanno dimostrato che questa proteina sebbene omologa a quella a funzione nota di batterio, non è capace di idrolizzare l’ureidoglicolato. In una recente pubblicazione (Werner et al., novembre 2009) è stata identificata l’ureidoglicolato idrolasi di Arabidopsis, in una proteina omologa all’allantoato amido idrolasi di pianta piuttosto che all’ureidoglicolato idrolasi batterica.