Terpen zijn tweesnijdende zwaarden. Ze omvatten een gezin van cannabinoïde zuren en terpenen maar zijn omgekeerd giftig voor cannabis planten. Gelukkig vindt de productie van terpen plaats in trichomen - klierharen die je favoriete ijzige toppen bedekken. En trichomen hebben veel trucjes om een ​​giftige lekkage van cannabinoïden en terpenen, waaronder hun paddenstoelvorm.

Bijna belangrijker dan de vorm van de paddenstoel zijn echter cellulaire transporters die CBGa en andere niet-polaire metabolieten door cannabis-trichomen vervoeren. Maar vier onderzoekers hebben pas onlangs een deel van dat vitale transportsysteem opgehelderd. Om hun te helpen begrijpen ontdekking, sprak deze auteur met een van de onderzoekers, Sam Livingston, Ph.D. — een postdoc botanicus en plantenbioloog uit UBC.

Cannabinoïde zuren beginnen als niet-polaire metabolieten in de celmatrix (in plastiden) van een glandulair trichoom. En hun reis gaat verder totdat ze een holte onder de wasachtige cuticula bereiken - een volledig gescheiden deel van de trichoom. De fysieke structuur en interne mechanismen hebben echter allemaal een doel.

Die [holte] is waar alle niet-polaire metabolieten worden opgeslagen tijdens de ontwikkeling van de plant en wanneer we de bloemen oogsten voor consumptie.

Sam Livingston, Ph.D. postdoc. Plantkunde; Plantenbiologie. UBC. Samuels' Lab, Keeling Lab.

Afgezien van de studie suggereert het denken van deze auteur dat niet-polaire metabolieten - vooral CBDa en limoneenbijproducten - functioneren als natuurlijke pesticiden. Cannabinoïden helpen planten verder te overleven door onbedoeld mensen aan te trekken die ze oogsten en over de hele wereld verspreiden. In ieder geval is de literatuur het erover eens dat niet-polaire metabolieten omgekeerd toxisch zijn voor bepaalde cellen.

Niet-polaire metabolieten zijn giftig voor plantencellen en ze zijn giftig voor andere systemen zoals gist, bacteriën en zelfs menselijke cellen. En de manier waarop ze deze toxiciteit uitoefenen, kan via verschillende mechanismen zijn.

Sam

Cannabinoïden fungeren ook als moleculaire antioxidanten. (4) Daarentegen houdt hun passage door de harsachtige trichomen van cannabis waarschijnlijk verband met oxidatieve stress. (3, 5, 6) Bovendien zijn niet-polaire metabolieten in de syntheseroute op olie gebaseerd en kunnen ze toxische vloeistofverstoring in planten veroorzaken.

We stelden voor dat deze metabolieten waarschijnlijk in membranen terechtkomen en ze op de een of andere manier verstoren - of hun vloeibaarheid veranderen. En bij voldoende hoge concentraties vermoeden we dat normale membraancomponenten uit elkaar vallen.

Sam

Hoe planten herbiciden vasthouden

De redenen dat niet-polaire botanische componenten autotoxiciteit induceren in plantencellen blijven onduidelijk. Cellulair transport binnen trichomen biedt waarschijnlijk echter bescherming.

Het is vreemd dat deze onderling verbonden supercellulaire oliefabriek duidelijk met zichzelf communiceert, maar volledig gescheiden is van alles eronder.

Sam

Basale cellen die onder de secretoire kop van de trichoom zitten, vormen een uniek cellulair systeem dat atypisch is voor de stengel of cuticula. En de verschillende structuren en paddenstoelenvorm van de trichoom helpen terpenen en cannabinoïdezuren weg te houden van weerloze plantencellen zonder een opslagholte.

Daarom veronderstellen we dat de supercellen gescheiden zijn van andere plantencellen - om lekkage en toxische effecten te voorkomen in cellen die deze metabolieten niet aankunnen. 

Sam

Een paraplu van cannabinoïden bedekken

Sam's team groeide high-THC cultivars van Purple Kush in plaats van CBD cultivars voor hun meest recente onderzoek. (1) Toch produceren trichomen CBDa in hetzelfde deel van de cel als THCa. (2, 3) Cellen rangschikken beide moleculen zodra transporters CBGa naar de oppervlakte brengen. Sam stelde daarom voor dat het proces van toepassing zou moeten zijn op alle cultivars, ongeacht hun variëteit of type.

THCa en CBDa gebruiken beide CBGa als hun inputmolecuul. En het enige dat echt anders is, zijn de twee enzymen die THCa of CBDa maken. [Enzymen] herschikken cannabinoïden in verschillende eindproducten, en we vermoeden dat dit sowieso allemaal in de celwand gebeurt.

Of THCa-synthase zich in de celwand van bijvoorbeeld Purple Kush bevindt of CBDa-synthase in de wand van een CBD-cultivar zoals Finola. We vermoeden dat dezelfde mechanismen voor CBGa-smokkel aanwezig zijn in de cel, waardoor CBGa naar de celwand wordt verplaatst.

Sam Livingston, postdoc.

Als u begrijpt hoe CBGa wordt omgezet in THCa, kunt u fokkers informeren over nieuwe trucs om beter te creëren CBG stammen bijvoorbeeld. En soortgelijke ontwikkelingen kunnen zich concentreren op de productie van THCa buiten het polaire membraan en de opslag ervan in de holte onder de cuticula. Dat gezegd hebbende, capitate stalked trichomen hebben in wezen de vorm van paddenstoelen om toxische lekkage te voorkomen. Houd dus je klieren intact.

Hoe trichomen CBDa en THCa maken van CBGa

In de plastide van een cannabistrichoom

• TPS-beta, een enzym, zet een major om terp voorloper bekend als GPP (geranylpyrofosfaat) in de plastide (gele cirkel). Het proces spuugt monoterpenen (MT's) uit.
• In aanwezigheid van olivetolzuur (OA), het enzym dat bekend staat als PT (aromatische prenyltransferase) consumeert GPP en spuugt CBGa uit in het membraan van de plastide.

Tussen het membraan van de plastide en de celwand

• Door ongewoon grote poriën in de supercellulaire structuren van trichomen kan CBGa zich naar het celoppervlak wagen.
• An niet geïdentificeerd voertuig in de ATP-bindingscassettefamilie (ACB) drijft vervolgens CBGa naar de oppervlakte - een kritieke reis.
• Het ER (endoplasmatisch reticulum / groene bellen) en de contactplaatsen (cER / blauwe bellen) moeten eerst de doorgang van CBGa naar het oppervlak autoriseren.
• ER-passage gaat in de meeste gevallen gepaard met een kleine tol van oxidatieve stress. (3, 5, 6)

THCa buiten de muur

• Lipid Transfer Proteins (LTP's) voeren CBGa graag door de celwand naar THCAS (THC-zuursynthase-enzymen).
• De THCa-productie voltooit buiten de cel onder een vrijstaande polaire cuticula.
• THCa en niet-polaire metabolieten leven in een opslagholte buiten de celwand, beschermd door de cuticula.
• Losgekoppelde structuren in het trichoom, naast transportvoertuigen in een polaire supercel, voorkomen dat niet-polaire metabolieten lekken naar weerloze plantencellen. (1, 3)

• Niet gerelateerd aan cannabis en terpen, de Rab-eiwitten, ytp31 meer dan ytp32, induceren resistentie tegen antischimmel-azolverbindingen in gistcellen (pseudohyphae.) En ytp31-verkeer kan afhankelijk zijn van een ACBG-transporter, PDR5P. (7, 8)

Terpen scheiden van bloemen

Er zijn vier verschillende soorten trichomen. Bovenop de meercellige stengel en basis van de Stalked Trichome zit een binnenste supercel. En die supercel is verantwoordelijk voor de productie van cannabinoïden. Een buitenste wasachtige cuticula, hoewel zelf polair, is gescheiden van de interne supercellulaire structuur. De cuticula is een ander orgaan dat de opslagholte en het secretoire interieur van de trichomen omgeeft.

Trichomen produceren gewijzigd terpenoïden zoals THCa en CBDa. En natuurlijk maken de klierharen van cannabis ook terpenen. En de paddenstoelvorm waarin bepaalde trichomen groeien, helpt niet-polaire metabolieten weg te houden van de plant.

Laat het ons weten in de comments als je dieper in het transportsysteem wilt duiken. En bekijk dit eens verhaal over hoe het team trichomen bevroor met behulp van de modernste technieken.

bronnen

1. Samuel J. Livingston, Kim H. Rensing, Jonathan E. Page, A. Lacey Samuels. Een gepolariseerde supercel produceert gespecialiseerde metabolieten in trichomen van cannabis. Huidige biologie, 2022;
2. Livingston SJ, Quilichini TD, Booth JK, et al. Cannabis glandulaire trichomen veranderen de morfologie en het metabolietgehalte tijdens de rijping van de bloem. Plant J. 2020;101(1):37-56. doi:10.1111/tpj.14516
3. Communicatie met Sam Livingston, Ph.D. en postdoc. 08/2022.
4. Borges RS, Batista J Jr, Viana RB, et al. De moleculaire aspecten van begrijpen tetrahydrocannabinol en cannabidiol als antioxidanten. Moleculen. 2013;18(10):12663-12674. Gepubliceerd op 2013 oktober 14 doi: 10.3390/molecules181012663
5. Depaepe T, Hendrix S, Janse van Rensburg HC, Van den Ende W, Cuypers A, Van Der Straeten D. Op het kruispunt van overleving en dood: de reactieve zuurstofsoort-ethyleen-suiker-triade en de ongevouwen eiwitrespons. Trends Plantenwetenschap. 2021;26(4):338-351. doi:10.1016/j.tplants.2020.12.007
6. Micci A, Zhang Q, Chang X, et al. Histochemisch bewijs voor stikstofoverdracht endosymbiose in niet-fotosynthetische cellen van bladeren en bloeiwijze schutbladen van angiospermen. Biologie (Bazel). 2022;11(6):876. Gepubliceerd op 2022 juni 7 doi: 10.3390/biology11060876
7. Yoshiyuki Tsujimoto; Daisuk Takase; Hajime Okano; Naohiro Tomari; Kunihiko Watanabe; Hiroshi Matsui (2013). Functionele rollen van YPT31 en YPT32 in clotrimazolresistentie van Saccharomyces cerevisiae door effecten op vacuolen en ATP-bindende cassettetransporter(s). , 115(1), –. doi:10.1016/j.jbiosc.2012.08.011 
8. Paumi CM, Chuk M, Snider J, Stagljar I, Michaelis S. ABC-transporters in Saccharomyces cerevisiae en hun interactoren: nieuwe technologie bevordert de biologie van de ABCC (MRP) -subfamilie. Microbiol Mol Biol Rev. 2009;73(4):577-593. doi:10.1128/MMBR.00020-09