Due isoforme di ammide idrolasi degli acidi grassi dei legumi con preferenze distinte per la flora microbica

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 7486 (2023) Citare questo articolo

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L'ammida idrolasi degli acidi grassi (FAAH) è un'amidasi ampiamente conservata negli eucarioti, forse meglio conosciuta per l'inattivazione dei mediatori lipidici della N-aciletanolamina. Tuttavia, gli enzimi FAAH idrolizzano un'ampia gamma di substrati acilammidici. L'analisi dei FAAH provenienti da più specie di angiosperme ha rivelato due gruppi filogenetici conservati che differivano nei residui chiave conservati nella tasca di legame del substrato. Mentre il gruppo fondamentale dei FAAH vegetali, denominato FAAH1, è stato studiato a livello strutturale e funzionale nell'Arabidopsis thaliana, non si sa nulla dei membri FAAH2. Qui, abbiamo combinato approcci computazionali e biochimici per confrontare le proprietà strutturali ed enzimatiche di due isoforme FAAH nel legume Medicago truncatula designato MtFAAH1 e MtFAAH2a. Le differenze nelle proprietà strutturali e fisico-chimiche delle tasche di legame del substrato, previste dalla modellizzazione dell'omologia, dall'aggancio molecolare e dagli esperimenti di simulazione della dinamica molecolare, hanno suggerito che queste due isoforme FAAH mostrerebbero differenze nei loro profili di attività dell'ammidoidrolasi. In effetti, studi cinetici di MtFAAH purificati e ricombinanti hanno indicato una preferenza reciproca per i substrati acilammidici con MtFAAH1 che utilizza in modo più efficiente le acilammidi a catena lunga e MtFAAH2a che idrolizza in modo più efficiente le acilammidi a catena corta e aromatiche. Questo primo rapporto sul comportamento enzimatico di due FAAH vegetali filogeneticamente distinti fornirà una base per ulteriori indagini riguardanti le isoforme FAAH nei legumi e in altre specie vegetali.

L'ammide idrolasi degli acidi grassi (FAAH) è un'amidasi conservata che idrolizza le N-aciletanolammine lipofile (NAE) in etanolammina e acido grasso libero1,2,3,4. Per esempio; i FAAH di ratto, topo e umani idrolizzano l'anandamide endogena (NAE20:4) in acido arachidonico ed etanolamina5,6. Nei mammiferi, questo processo è legato a una varietà di processi neurologici e fisiologici che vanno dalla percezione del dolore alla regolazione della dieta7,8. In un altro esempio, la FAAH ricombinante derivata dal muschio vegetale, Physcomitrella patens, è stata anche in grado di idrolizzare NAE20:4 in prodotti corrispondenti, che sembravano essere associati alla crescita e allo sviluppo delle specie di muschio9. Altrove, è stato dimostrato che C. elegans possiede un enzima FAAH che metabolizza NAE20:4 a sostegno della regolazione della longevità10. Questi e numerosi altri rapporti hanno dimostrato un meccanismo FAAH ampiamente conservato in più specie per la regolazione della NAE in vari processi biologici.

Nella pianta modello, Arabidopsis thaliana, studi in vitro e in vivo hanno dimostrato che A. thaliana FAAH (AtFAAH) può scindere il legame ammidico dei NAE endogeni, compresi quelli saturi (ad esempio NAE12:0), monosaturi (ad esempio NAE18:1) e specie polinsaturi (ad esempio NAE18:3), così come ossilipine NAE derivate da 9-LOX (9-idrossi linoleoiletanolamide; NAE-9-HOD)1,11,12,13. La regolazione del contenuto di NAE da parte della FAAH sembra essere associata a una varietà di processi biologici14. Ad esempio, in Arabidopsis, le linee che sovraesprimono AtFAAH avevano quantità inferiori di NAE endogeni e mostravano differenze maggiori nella crescita delle piantine15, nel tempo di fioritura16 e nell'immunità innata17, rispetto alle piante selvatiche. Al contrario, gli Arabidopsis faah-knockout presentavano elevati contenuti di NAE endogeni ed erano ipersensibili all'inibizione della crescita indotta da applicazioni esterne con NAE (ad esempio NAE12:0 o NAE18:2)15,18,19, alcamidi20,21, N-acil omoserina lattoni (AHL)22, o il fitormone ABA13. In un altro rapporto, piantine di cotone montano (Gossypium hirsutum L.) con sovraespressione ectopica di AtFAAH hanno mostrato insensibilità a NAE12:0, o all'idrossido derivato da NAE18:2 (NAE-9-HOD), somigliando così ai risultati trovati in Arabidopsis23. Questi rapporti suggeriscono che la regolazione del contenuto di N-aciletanolamide da parte della FAAH può influenzare una serie di processi fisiologici nelle piante.