Molecular insights into plant proteins involved in NAD biosynthesis and signalling

The importance of the vitamins of the group B for life, has been established since more than a century ago. The biologically active form of the B3 vitamin, i.e., the coenzyme NAD+, plays a central role electron exchanger, enzymatic substrate and signalling molecule. NAD+ metabolism in plants quickly turned out to be a complex network, impacting not only the core intracellular plant biochemistry pathways (photosynthesis, respiration,…), but also developmental processes at a systemic level such as seed germination, reproduction, and the adaptation to several types of stresses, with a particular role in plant immunity. The work of this thesis aims to shed light on the role of NAD+ in plants, both intracellularly and in the extracellular space. The activity research focused on two proteins from A. thaliana, an universally accepted model for plants. In the first part of this PhD dissertation, described in chapter III, we provide a complete characterization of a key enzyme of NAD+ biosynthesis, NaMN/NMN adenylyltransferase, which catalyses a reaction common to both de novo and salvage pathways, thus unifying all NAD+ biosynthetic routes and influencing the whole plant metabolism. In the second part of the thesis, reported in chapter IV, we describe the production of a recombinant form of the extracellular domain of the receptor of A. thaliana lectin receptor kinase 1.8. This transmembrane protein is highly affine and specific for NAD+. Its interaction with extracellular NAD+ promotes transcription of several immune effectors.

L'importanza delle vitamine del gruppo B per la vita è stata accertata da più di un secolo. La forma biologicamente attiva della vitamina B3, il coenzima NAD+, svolge un ruolo centrale come scambiatore di elettroni, substrato enzimatico e molecola di segnalazione. Il metabolismo del NAD+ nelle piante si è rapidamente rivelato una rete complessa, che ha un impatto non solo sui principali percorsi biochimici intracellulari delle piante (fotosintesi, respirazione,...), ma anche sui processi di sviluppo a livello sistemico come la germinazione dei semi, la riproduzione e l'adattamento a diversi tipi di stress, con un ruolo particolare nell'immunità delle piante. Il lavoro di questa tesi mira a far luce sul ruolo del NAD+ nelle piante, sia a livello intracellulare che extracellulare. L'attività di ricerca si è concentrata su due proteine di A. thaliana, un modello universalmente accettato per le piante. Nella prima parte di questa tesi di dottorato, descritta nel capitolo III, forniamo una caratterizzazione completa di un enzima chiave della biosintesi del NAD+, la NaMN/NMN adenililtransferasi, che catalizza una reazione comune sia alle vie de novo che a quelle di salvataggio, unificando così tutte le vie biosintetiche del NAD+ e influenzando l'intero metabolismo della pianta. Nella seconda parte della tesi, riportata nel capitolo IV, si descrive la produzione di una forma ricombinante del dominio extracellulare del recettore lectin receptor kinase 1.8 di A. thaliana. Questo proteina transmembrana è altamente affine e specifico per NAD+. La sua interazione con il NAD+ extracellulare promuove la trascrizione di numerosi effettori immunitari.