Investigación
Identificación de nuevas proteínas clave en la respuesta de las plantas a estrés mediante la aplicación de técnicas traductómicas y proteómicas
Está bien descrito que la regulación de la traducción juega un papel importante en el proceso de adaptación de las plantas a condiciones ambientales adversas, y, que esta regulación permite la traducción específica de ARN mensajeros que son cruciales para la respuesta. En base a este concocimiento, en nuestro laboratorio hemos implementado diferentes técnicas (como el perfil de ribosomas de alta resolución “super-resolution ribosome profiling", el análisis de Ribo-seq, el estudio de los perfiles polisomales, etc.) para permitir la identificación de aquellos RNA que están regulados a nivel traduccional durante diferentes condiciones de estrés, y que, por tanto, poseen una alta probabilidad de realizar una función relevante en dichas condiciones.
Como ejemplo de las diferentes aproximaciones que usamos y de su eficacia, en el pasado reciente realizamos un análisis traductómico en plántulas de Arabidopsis sometidas a un estrés térmico moderado (38 °C 1 h) (Yangüez et al., 2013), lo que nos permitió identificar diferentes ARN mensajeros que se traducían selectivamente en condiciones de estrés por calor (Figure 1). Además, y con el mismo objetivo, realizamos un análisis proteómico cuantitativo que nos permitió comparar las diferencias en el nivel de acumulación de un gran número de proteínas entre plantas cultivadas en condiciones control, sometidas a un evento de aclimatación al calor y en estadios tempranos de recuperación de tratamientos térmicos severos (Echevarría-Zomeño et al., 2016) (Figure 2). El análisis combinado de estos enfoques traductómicos y proteómicos nos permitió identificar nuevos reguladores potenciales de la adaptación de las plantas al estrés por calor, que se están analizando en el laboratorio.
En la actualidad una parte importante de nuestra actividad se centra en el uso de técnicas similares para la identificación de nuevos reguladores de la respuesta de las plantas a diferentes estreses tanto bióticos y abióticos.
Estudio del papel de diferentes chaperonas y co-chaperonas en el plegamiento de proteínas en respuesta a estrés
Las aproximaciones descritas anteriormente (Yángüez et al., 2013 y Echevarría et al., 2016) permitieron identificar la proteína AtHOP3 como un potencial regulador de la termotolerancia en plantas.
Las proteínas HOP (proteínas organizadoras del complejo HSP70-HSP90) son una familia altamente conservada de co-chaperonas, cuyo papel en la adaptación de las plantas a estrés está muy poco caracterizado.
En un estudio reciente (Fernández-Bautista et al., 2017), demostramos que HOP3: se induce durante la “unfolding response" (UPR), interactúa con la proteína BiP y juega un papel esencial en el aliviamiento del estrés de retículo endoplasmático (RE) en plantas (Figura 3).
Además, en un artículo de investigación diferente (Fernández-Bautista et al 2018), describimos, por primera vez, que los tres miembros de la familia AtHOP actúan de manera redundante para promover termotolerancia adquirida a largo plazo (LAT) en Arabidopsis. Nuestros resultados demostraron que las proteínas HOP están involucradas en dos procesos importantes asociados a la LAT: el establecimiento completo de la respuesta transcripcional durante el período de aclimatación y el mantenimiento del control de calidad durante condiciones severas de calor. Estos datos revelaron que la familia HOP modula la capacidad de la planta para aclimatarse a altas temperaturas durante largos períodos de tiempo (Figura 4).
Los resultados recientes obtenidos en el laboratorio sugieren que el papel de las proteínas HOP no solo se circunscribe a estos dos procesos, sino que las proteínas HOP también muestran un papel esencial en la respuesta de la planta a diferentes estreses ambientales y durante programas de desarrollo específicos. En este sentido, uno de nuestros intereses actuales es la identificación de las posibles proteínas dianas de HOP y el análisis de cómo la interacción con estas proteínas modifica su estabilidad/ actividad durante los procesos estudiados.
Finalmente, nuestro laboratorio también está explorando el uso de algunos de los reguladores potenciales identificados en estudios previos para mejorar la tolerancia al estrés en cultivos de interés agrícola.
Identificación de los mecanismos específicos de regulación de la traducción que median la adaptación de las plantas al medio
La traducción es un proceso altamente regulado, especialmente a nivel de iniciación. En los metazoos, uno de los principales mecanismos para la regulación de la traducción es el control de la actividad del factor de iniciación de la traducción eIF4E mediante la interacción con otras proteínas (conocidas como 4E-BP e interactores de la proteína 4E). A pesar del enorme impacto de estas proteínas en la regulación de la inhibición general y específica de la traducción en otros eucariotas, no se han encontrado ortólogos en plantas (Sesma et al., 2017). En nuestro laboratorio, hemos identificado un nuevo regulador de traducción llamado CERES. CERES interactúa con el factor eIF4E y regula su función. Sin embargo, a diferencia de la mayoría de las proteínas de unión a eIF4E, que inhiben la traducción de proteínas en condiciones de estrés y de limitación de energía, CERES favorece la síntesis de proteínas generales y específicas en períodos de tiempo precisos durante el ciclo de luz en las plantas, cuando las condiciones energéticas (determinadas por fotosíntesis) son óptimas (Toribio et al., 2019) (Figura 5).
Como continuación de este trabajo, actualmente estamos caracterizando el posible papel de CERES en otros procesos, prestando especial atención al estudio de su mecanismo de acción. Junto con CERES, parte de nuestros esfuerzos también se centran en la caracterización de otros posibles reguladores traduccionales involucrados en la respuesta a estrés en plantas.
Acceso a la web
