De rol van NADPH oxidasen in cadmium-geïnduceerde oxidatieve stress bij Arabidopsis thaliana

Abstract

Sinds de industriële revolutie van eind 19e eeuw, tot en met de jaren zeventig van de vorige eeuw werd er massaal metalen gewonnen uit ertsen. Metalen zoals zink (Zn), koper (Cu) en lood (Pb) werden geëxtraheerd uit ertsen door middel van verhitting. Hierbij kwam cadmium (Cd) vrij, dat vervolgens zowel lucht, water als bodems verontreinigde. Tot op heden ondervindt men hinder van de toxische effecten van dit metaal dat schade kan aanrichten aan zowel mens, dier als aan het milieu. Dit komt door het feit dat het kan interageren met bepaalde biologische en fysiologische processen in deze organismen. Op het cellulaire niveau is een algemeen effect waarneembaar, namelijk oxidatieve stress. Oxidatieve stress wordt gekenmerkt door een verstoring van de redoxbalans in de richting van de pro-oxidanten. Deze kunnen schade aanrichten aan eiwitten, lipiden en zijn zelfs in staat het DNA aan te tasten. In deze studie werd de mogelijke rol van NADPH oxidasen als regulator in het veroorzaken van oxidatieve stress na Cd-blootstelling, in Arabidopsis thaliana (ecotype Columbia), onderzocht. Hiervoor werden NADPH oxidase mutanten rbohC, rbohD en rbohF bestudeerd zowel op het niveau van plantmorfologie als op het cellulaire niveau. Op het morfologische niveau werd er gekeken naar het effect van Cd-blootstelling op de primaire wortelgroei. Op het cellulaire niveau werd er gekeken naar de effecten van Cd-blootstelling op de genexpressieprofielen en enzymactiviteiten van een aantal pro- en antioxidatieve enzymen. Vervolgens werd er ook gekeken naar het gehalte aan lipidenperoxidatie. Het valt op te merken dat rbohF mutanten reeds oxidatieve stress ondervinden zonder dat ze blootgesteld zijn aan Cd, wat een rol voor RBOHF in het handhaven van de cellulaire redoxbalans naar voren brengt. Verder komen de voorgelegde resultaten met betrekking tot het wild type plant overeen met voorgaand onderzoek, zodat een kader bestond om daarvan afwijkende resultaten in de NADPH oxidase mutanten te interpreteren. Deze studie staaft het reeds bestaande vermoeden dat NADPH oxidasen een belangrijke rol spelen in Cdgeïnduceerde oxidatieve stress. Vooral de RBOHC en RBOHD isovormen spelen een belangrijke regulatorische rol, aangezien uitschakeling van deze enzymen leidt tot een verstoorde respons op blootstelling aan Cd. Zo hebben ze onder andere een invloed op de expressie van lipoxygenasen, die eveneens een belangrijke rol spelen bij Cd blootstelling. De hypothese dat lipoxygenase expressie gereguleerd wordt door NADPH oxidasen wordt besproken.