Análise metabolômica dos efeitos de inibidores de Arginase-like na regulação da síntese de lipídios neutros em microalgas

Resumo

A biomassa microalgal tem recebido atenção como uma possível matéria-prima de biomassa sustentável para a produção de lipídios neutros (Triacilgliceróis/TAGs) para atender a indústria de biocombustíveis no futuro. Entre as muitas espécies de microalgas fotossintéticas já investigadas, Chlamydomonas reinhardtii foi definida como um organismo modelo para a investigação do metabolismo celular e dos mecanismos relacionados à fotossíntese. Os experimentos nessas áreas revelaram que a produção de TAGs e seu acúmulo em Chlamydomonas acontece em resposta a diferentes condições de estresse abiótico, como privação de nitrogênio ou estresse salino. Porém, essas condições também levam à quiescência celular, que em alguns dias leva à morte das células, configurando uma questão biotecnológica para garantir a produção desses organismos, relacionada à perda completa de microrganismos em cada lote de processo. Portanto, os esforços na compreensão dos mecanismos regulatórios associados a este fenótipo podem revelar alvos metabólicos e regulatórios para a engenharia metabólica, o que poderia aumentar a produção de lipídios neutros em uma abordagem viável e sustentável, ao mesmo tempo que revela aspectos profundos do controle regulatório natural do acúmulo de lipídios e crescimento celular em células eucarióticas. Resultados recentes do nosso grupo de pesquisa obtidos a partir de análises integrativas do proteoma e metaboloma de microalgas sob condições de privação de nitrogênio apontaram para um conjunto de metabólitos e proteínas que podem estar associados à regulação da superacumulação de TAGs sob condições de estresse abiótico, especialmente privação de nitrogênio. A análise da rede biológica sugeriu que os ciclos de degradação de aminoácidos especialmente o catabolismo da arginina podem ser inibidos sob privação de nitrogênio gerando óxido nítrico em consequência da inibição de uma hipotética função semelhante à arginase que pode ser um centro central da regulação metabólica do crescimento celular e Acúmulo de TAGs. No entanto, um gene da Arginase ainda não foi anotado no genoma de C. reinhardtii, embora este gene tenha sido relatado em plantas terrestres como tendo um papel funcional relacionado à produção de óxido nítrico através do catabolismo da arginina. Esta hipótese foi reforçada pelas nossas observações de aumento da produção de óxido nítrico (NO) em células sob privação de nitrogênio e aumento do acúmulo de lipídios neutros em Chlamydomonas tratadas com inibidores de arginase norvalina, ornitina e valina. Estes resultados também sugerem que os aminoácidos ou transportadores/permeases de aminoácidos podem estar realizando ou participando de uma cascata de sinalização ligada à indução deste fenótipo. A inibição da função da Arginase tem sido associada à maior produção de NO através das enzimas óxido nítrico sintase (NOS) em animais, mas ainda está em debate em plantas terrestres e foi recentemente descrita em leveduras. Considerando os relatórios anteriores sobre a atividade da arginase em Chlamydomonas, e os resultados metabólicos dos nossos resultados experimentais anteriores, a presente proposta procura identificar as moléculas que se originaram do catabolismo da arginina em condições de controle e sob suplementação com inibidor de arginase. A identificação destes metabólitos pode contribuir para a elucidação de módulos regulatórios associados à hipotética função da Arginase, e como eles poderiam estar envolvidos no controle do acúmulo de TAG em microalgas.