Proteína vegetal CB5LP pode revolucionar herbicidas

Equipe de pesquisadores do Brookhaven National Laboratory, dos Estados Unidos, identificou proteína essencial para a biossíntese de fitoesteróis em plantas. Denominada CB5LP, essa proteína do tipo citocromo b5 é exclusiva do reino vegetal. Seu estudo demonstrou que a ausência da CB5LP causa defeitos graves no desenvolvimento do embrião e letalidade nas plântulas de Arabidopsis thaliana.

A descoberta coloca a CB5LP no centro de um processo bioquímico vital: a desmetilação em C-14, etapa essencial da rota dos esteróis vegetais. Essa etapa é catalisada pela enzima CYP51A2, uma citocromo P450 que necessita de elétrons para funcionar. A CB5LP é agora reconhecida como o doador de elétrons exclusivo dessa reação em plantas, papel anteriormente atribuído a proteínas canônicas da mesma família.

Perda da CB5LP

Os pesquisadores demonstraram que a perda da CB5LP compromete a atividade da CYP51A2, provocando o acúmulo de compostos intermediários como o obtusifoliol e a queda na produção de fitoesteróis como o estigmasterol e o sitosterol. Esses fitoesteróis participam da estrutura e fluidez da membrana celular e atuam como precursores de hormônios vegetais.

Experimentos conduzidos com mutantes e linhagens transgênicas de Arabidopsis mostraram que a atividade eletrônica da CB5LP é indispensável. Uma variante com mutações nos dois resíduos de histidina essenciais para ligação ao grupo heme não conseguiu restaurar o crescimento das plântulas. Em contraste, a reintrodução da proteína funcional reverteu os sintomas de letalidade.

A CB5LP apresenta uma topologia inversa em relação aos citocromos b5 clássicos. Enquanto as demais proteínas da família possuem domínio transmembrana na extremidade C-terminal, a CB5LP posiciona esse domínio na região N-terminal. A configuração estrutural não altera sua função de transporte eletrônico, mas destaca sua origem evolutiva distinta.

Proteína vegetal

Análises filogenéticas revelaram que proteínas semelhantes à CB5LP ocorrem exclusivamente em vegetais, desde algas vermelhas até angiospermas, e não estão presentes em fungos ou animais. Essa distribuição sugere que a CB5LP representa uma forma ancestral de citocromo b5 que evoluiu especificamente nas linhagens vegetais.

A associação física entre CB5LP e CYP51A2 foi confirmada por ensaios de biotinilação com a enzima TurboID e também por sistemas de marcação proteica baseados em pupilação bacteriana. Ambos indicaram uma interação espacial próxima entre as duas proteínas na membrana do retículo endoplasmático, onde ocorre a biossíntese de esteróis.

Em experimentos in vitro, a coexpressão de CB5LP e CYP51A2 em leveduras aumentou significativamente a conversão do substrato obtusifoliol em produtos desmetilados, desde que o sistema recebesse elétrons de NADPH. A eficiência da CB5LP como transportadora de elétrons mostrou-se superior ao seu mutante inativo.

Estudos comparativos

Estudos comparativos com outros componentes das cadeias de transferência eletrônica, como as redutases ATR1, ATR2 e CBR1, revelaram que sua contribuição varia conforme o tecido analisado. Nas sementes, CBR1 e ATR1 parecem cooperar com CB5LP. Nas plântulas, ATR1 e ATR2 desempenham papel mais ativo. Os citocromos b5 canônicos não participam da reação catalisada pela CYP51A2, reforçando a especificidade funcional da CB5LP.

A ausência de CB5LP também afetou a biossíntese de glucosinolatos, compostos relacionados à defesa contra herbívoros. Não houve alteração significativa na composição de ácidos graxos ou fenólicos. Porém, essas mudanças metabólicas secundárias não explicam a letalidade observada, reforçando que o papel principal da CB5LP reside na rota dos fitoesteróis.

Desenvolvimento de herbicidas

Os resultados indicam que a CB5LP é uma proteína de função essencial em plantas superiores, com atuação direta na biossíntese de esteróis por meio da ativação da enzima CYP51A2. Sua ausência leva a defeitos no desenvolvimento embrionário e morte das plântulas.

Por ser exclusiva de plantas, a CB5LP surge como alvo promissor para o desenvolvimento de herbicidas seletivos. A inibição específica dessa proteína pode bloquear a rota dos esteróis em ervas daninhas sem afetar organismos não vegetais. Essa abordagem pode representar uma nova geração de agroquímicos mais eficientes e com menor impacto ambiental.

Outras informações em doi.org/10.1126/sciadv.ady1719