W świetle współczesnych badań z zakresu medycyny, coraz większe zainteresowanie budzi zredukowana i protonowana forma tlenku azotu (•NO) tj. nitroksyl (HNO), której obecność udokumentowano eksperymentalnie w komórkach zwierzęcych i ludzkich. Odkrycia naukowe wskazały, że HNO charakteryzuje się unikatowymi w stosunku do formy rodnikowej tlenku azotu właściwościami fizyko-chemicznymi oraz odmienną aktywnością biologiczną. Co więcej, właściwości te mogą sprzyjać potencjalnej funkcji sygnałowej HNO, przez co może stanowić alternatywną bądź konkurencyjną względem •NO cząsteczkę sygnałową. Biorąc pod uwagę różnorodne środowisko redoks komórek i tkanek roślinnych, wyjątkowa aktywność biologiczna HNO nie wydaje się być ograniczona wyłącznie do organizmów zwierzęcych. Stąd, obserwowane u roślin wielokierunkowe oddziaływanie •NO wymaga re-ewaluacji w odniesieniu do obecności w środowisku komórkowym różnych form redoks tej cząsteczki. Nadrzędnym celem zgłaszanego projektu jest zatem poznanie nowego aspektu metabolizmu reaktywnych form azotu, związanego z potencjalnym formowaniem nitroksylu w organizmach roślinnych na przykładzie gatunku modelowego Arabidopsis thaliana. Planowane badania mają na celu ocenę biologicznej aktywności oraz biodostępności HNO u roślin, ponieważ obecność tej unikatowej cząsteczki w komórkach roślinnych może stanowić istotny element zdarzeń metabolicznych, często funkcjonalnie przypisywanych formie rodnikowej tlenku azotu. 

W pierwszym etapie projektu badania zostaną przeprowadzone w oparciu o podejście farmakologiczne, umożliwiające ocenę wpływu nitroksylu na wybrane zdarzenia rozwojowe, żywotność komórek oraz natężenie stresu nitro-oksydacyjnego w siewkach i liściach dojrzałych roślin A. thaliana. Po wyselekcjonowaniu biologicznie aktywnych stężeń donorów HNO, ocenie zostanie poddany wpływ nitroksylu na status redoks komórek liści roślin w stadium rozety. Z kolei, w końcowym etapie projektu planowana jest detekcja endogennego HNO w liściach roślintypu dzikiego oraz mutantów z zaburzonym szlakiem syntezy • NO, w odpowiedzi na bodźce rozwojowe (starzenie) i stresowe (hypoksja) potencjalnie sprzyjające formowaniu HNO. Wyniki otrzymane podczas realizacji projektu będą z całą pewnością stanowiły oryginalny, istotny wkład wbiochemię i fizjologię roślin, a w szczególności w badania związane z podstawami metabolizmu •NO u roślin oraz innych organizmów eukariotycznych. Wzajemne relacje różnych form redoks tlenku azotu obecnych w środowisku komórkowym, w szczególności interakcja •NO – HNO, mogą bowiem pełnić rolę funkcjonalnego koordynatora uruchamiającego specyficzne odpowiedzi fizjologiczne lub obronne, bądź prowadzić do destabilizacji metabolizmu. Zasadne jest zatem wnioskowanie, że spodziewane wyniki mogą wskazać nowej klasy biostymulatory kiełkowania, przełamywania spoczynku, bądź aklimatyzacji do niesprzyjających warunków środowiska. 

https://projekty.ncn.gov.pl/opisy/383343-pl.pdf 

Publikacje:  

1. Arasimowicz-Jelonek M, Floryszak-Wieczorek J, Suarez S, Doctorovich F, Sobieszczuk-Nowicka E, King SB, Milczarek G, Rębiś T, Gajewska J, Jagodzik P, Żywicki M. Discovery of endogenous nitroxyl as a new redox player in Arabidopsis thaliana, Nature Plants 2023, 9, 36–44;  

2. Arasimowicz-Jelonek M, Jagodzik P, Płóciennik A, Sobieszczuk-Nowicka E, Mattoo A, Polcyn W, Floryszak-Wieczorek J. Dynamics of nitration during dark-induced leaf senescence in Arabidopsis reveals proteins modified by tryptophan nitration, Journal of Experimental Botany 2022, 73, 6853–6875;  

3. Guan Y, Tanwar UK, Sobieszczuk-Nowicka E, Floryszak-Wieczorek J, Arasimowicz-Jelonek M. Comparative genomic analysis of the aldehyde dehydrogenase gene superfamily in Arabidopsis thaliana – searching for the functional key to hypoxia tolerance, Frontiers in Plant Science 2022, 13, 1000024;