Inhibition of aconitase by nitric oxide leads to induction of the alternative oxidase and to a shift of metabolism towards biosynthesis of amino acids
- K. J. Gupta
- J. K. Shah
- Y. Brotman
- K. Jahnke
- L. Willmitzer
- W. M. Kaiser
- H. Bauwe
- A. U. Igamberdiev
Resumo
O óxido nítrico (NO) é uma molécula de radical livre envolvida na sinalização e no metabolismo hipóxico. Este trabalho utilizou a redutase de nitrato dupla mutante de Arabidopsis thaliana (nia) e estudou perfis metabólicos, atividade da aconitase e capacidade e expressão da oxidase alternativa (AOX) sob normoxia e hipóxia (1% oxigênio) em plantas silvestres e nia. As raízes das plantas de nia acumularam muito pouco NO em comparação com as plantas do tipo selvagem, que apresentaram aumento de 20 vezes na emissão de NO sob condições de baixo oxigênio. Estes dados sugerem que a nitratos redutase está envolvida na produção de NO, seja diretamente ou através do fornecimento de nitrito para outros locais de produção de NO (p. ex.: mitocôndrias). Vários estudos revelaram que o NO pode induzir AOX nas mitocôndrias, mas o mecanismo ainda não foi estabelecido. Este estudo demonstra que o NO produzido em raízes de plantas do tipo selvagem inibe a aconitase, o que por sua vez leva a um aumento acentuado nos níveis de citrato. O citrato que acumula aumenta a capacidade, a expressão e a abundância da proteína de AOX. Em contraste com plantas do tipo selvagem, o mutante duplo de nia não mostrou indução de AOX. A indução geral de AOX em raízes do tipo selvagem correlacionou-se com o acúmulo de glicina, serina, leucina, lisina e outros aminoácidos. Os resultados mostram que o NO inibe a aconitase sob hipóxia, o que resulta em acúmulo de citrato, induzindo AOX e causando uma mudança do metabolismo para biossíntese de aminoácidos.
Abstract
Nitric oxide (NO) is a free radical molecule involved in signalling and in hypoxic metabolism. This work used the nitrate reductase double mutant of Arabidopsis thaliana (nia) and studied metabolic profiles, aconitase activity, and alternative oxidase (AOX) capacity and expression under normoxia and hypoxia (1% oxygen) in wild-type and nia plants. The roots of nia plants accumulated very little NO as compared to wild-type plants which exhibited ∼20-fold increase in NO emission under low oxygen conditions. These data suggest that nitrate reductase is involved in NO production either directly or by supplying nitrite to other sites of NO production (e.g. mitochondria). Various studies revealed that NO can induce AOX in mitochondria, but the mechanism has not been established yet. This study demonstrates that the NO produced in roots of wild-type plants inhibits aconitase which in turn leads to a marked increase in citrate levels. The accumulating citrate enhances AOX capacity, expression, and protein abundance. In contrast to wild-type plants, the nia double mutant failed to show AOX induction. The overall induction of AOX in wild-type roots correlated with accumulation of glycine, serine, leucine, lysine, and other amino acids. The findings show that NO inhibits aconitase under hypoxia which results in accumulation of citrate, the latter in turn inducing AOX and causing a shift of metabolism towards amino acid biosynthesis.
