Los receptores de plantas reflejan diferentes soluciones para el problema de señalización.

Sábado, Junio 13, 2011

Los receptores de plantas reflejan diferentes soluciones para el problema de señalización.

Los investigadores del Instituto Salk siguen los giros y vueltas de la señalización de esteroides vegetales

Sábado, Junio 13, 2011

La Jolla: los pájaros lo hacen, las abejas lo hacen, y para la mayoría de las cosas biológicas, incluso las plantas lo hacen. Pero no necesariamente como sus contrapartes animales. Un estudio dirigido por científicos del Instituto Salk muestra que un receptor vegetal hace uno de los "su" celulares más fundamentales: la entrega de una señal hormonal desde el exterior de la célula al núcleo, de una manera radicalmente diferente a la de sus primos animales. Saber eso podría ayudar a la creación de técnicas para acelerar el crecimiento de las plantas y mejorar la producción agrícola.

En un estudio publicado en la edición avanzada en línea del 12 de junio de 2011 de la revista Naturaleza, equipo dirigido por joanne chory, Ph.D., profesor y director del Laboratorio de Biología Molecular y Celular de Plantas e investigador del Instituto Médico Howard Hughes, informa sobre la estructura tridimensional de un receptor de hormona esteroide vegetal conocido como BRI1.

Desde finales de los 90, el laboratorio de Chory ha realizado estudios emblemáticos que revelan que los esteroides de plantas y animales se fabrican a través de vías similares y que, al igual que los animales, las plantas usan esteroides para crecer, regular el desarrollo sexual y controlar la fisiología.

Los nuevos topes de estudio que funcionan con un análisis molecular de un receptor que transduce la señal de esteroides vegetales. "Nuestros estudios genéticos mostraron previamente que, a diferencia de los receptores de esteroides animales, que unen los esteroides dentro de las células, los receptores de esteroides vegetales son proteínas de membrana, una clase de proteína completamente diferente", dice Chory, titular de la Cátedra Howard H. y Maryam R. Newman en Plant Biología. “Ahora que conocemos los contactos precisos que se hacen entre el esteroide y su receptor, podemos proponer cómo funciona el receptor BRI1”.

El nuevo trabajo informa sobre la estructura atómica de BRI1 y luego la superpone con un primo estructural lejano, la proteína de membrana de mamíferos TLR3, que activa una respuesta inmune innata en ratones y humanos. La estructura TLR3 fue determinada en 2005 por Ian Wilson, Ph.D., profesor en el Departamento de Biología Molecular y miembro del Instituto Skaggs en el Instituto de Investigación Scripps (TSRI) y coautor del estudio actual.

La comparación afirma que, aunque algo similar a la arquitectura de los TLR, el dominio de BRI1 que sobresale a través de la membrana celular y monitorea el ambiente extracelular exhibe giros y vueltas exclusivos de las plantas. “Pensamos que BRI1 se vería como TLR3, que tiene forma de herradura”, dice Michael Hothorn, Ph.D., becario postdoctoral en el laboratorio de Chory y primer autor del estudio. "Pero en cambio, BRI1 se torció en una espiral superhelicoidal".

Para visualizar esos giros, el grupo empleó una técnica llamada difracción de rayos X. Ese método requiere que los científicos primero cultiven cristales altamente purificados de la "antena" extracelular BRI1, en este caso derivados de la planta de mostaza. Arabidopsis thaliana—y luego bombardear los cristales con rayos X. La forma en que los rayos X rebotan o se “difractan” del cristal permite a los investigadores construir una representación tridimensional, similar a Lego, de la arquitectura de la proteína en presencia o ausencia del activador de esteroides.

Una predicción fue que los cambios estructurales causados ​​por la unión del esteroide brasinolida podrían parecerse a los cambios de conformación realizados por el TLR cuando inicia una respuesta inmune. "Sabíamos que cuando la herradura TLR3 une un activador, se pega otra herradura encima", dice Hohorn. "Pero BRI1 contiene un dominio isla que primero une el esteroide a la estructura retorcida y luego proporciona una plataforma para que una proteína diferente interactúe y transmita la señal".

Aunque el trabajo de proteínas como TLR3 y BRI1 es alterar los patrones de expresión génica en respuesta a estímulos ambientales, es probable que sus diferencias estructurales reflejen el hecho de que esos estímulos son moléculas fundamentalmente diferentes. “En los mamíferos, TLR3 es un receptor de inmunidad innato que se activa cuando grandes ligandos, como el ARN viral, se unen a un área altamente repetida llamada LRR o dominio de repetición rico en leucina”, dice Wilson. "BRI1 también es una proteína LRR, pero su estructura está altamente especializada para reconocer y responder a hormonas esteroides vegetales más pequeñas".

“El trabajo estructural de Michael es el último ladrillo en la pared”, dice Chory, señalando que BRI1 sirve como prototipo para una gran clase de proteínas similares expresadas en plantas. Curiosamente, BRI1 es una excepción en esa familia: si bien su trabajo es transmitir señales que promueven el crecimiento, muchos de sus similares en realidad estimulan las respuestas inmunitarias en las plantas, protegiéndolas de insectos, gusanos o bacterias. Si los receptores hermanos de BRI1 muestran una estructura tan retorcida abre una nueva vía de investigación.

Muchos herbicidas comunes fueron diseñados para imitar la estructura de las hormonas vegetales. “Dado que los brasinoesteroides son hormonas, conocer la estructura de su receptor nos permitirá diseñar herbicidas de manera racional que podrían bloquear la interacción entre la hormona y el receptor”, dice Chory. “Esto nos permitiría manipular qué tan rápido crecen las plantas y qué tan grandes se vuelven, rasgos que son importantes en los cultivos que pronto deben alimentar a 10 mil millones de personas”.

También contribuyeron al trabajo Youssef Belkhadir y Tsegaye Dabi del laboratorio de Chory, Joseph Noel de Salk y Marlene Dreux del Instituto de Investigación Scripps en La Jolla.

El apoyo para el trabajo fue del Instituto Médico Howard Hughes, la Fundación Nacional de Ciencias, la Organización Europea de Biología Molecular, la Organización del Programa de Ciencias de la Frontera Humana Internacional, la Fundación Philippe, los Institutos Nacionales de Salud y el Instituto Skaggs de Biología Química en TSRI. .

Sobre el Instituto Salk de Estudios Biológicos:
El Instituto Salk de Estudios Biológicos es una de las instituciones de investigación básica más importantes del mundo, donde profesores de renombre internacional investigan cuestiones fundamentales de las ciencias de la vida en un entorno único, colaborativo y creativo. Centrados tanto en el descubrimiento como en la orientación de futuras generaciones de investigadores, los científicos de Salk realizan contribuciones innovadoras a nuestra comprensión del cáncer, el envejecimiento, el Alzheimer, la diabetes y las enfermedades infecciosas mediante el estudio de la neurociencia, la genética, la biología celular y vegetal y disciplinas relacionadas.

Los logros de la facultad han sido reconocidos con numerosos honores, incluidos premios Nobel y membresías en la Academia Nacional de Ciencias. Fundado en 1960 por el pionero de la vacuna contra la polio Jonas Salk, MD, el Instituto es una organización independiente sin fines de lucro y un hito arquitectónico.