Enero 8, 2018

Autodefensa para las plantas.

Los científicos de Salk caracterizan la respuesta inmunitaria inusual de las plantas a la infección bacteriana

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Autodefensa para las plantas.

Los científicos de Salk caracterizan la respuesta inmunitaria inusual de las plantas a la infección bacteriana

LA JOLLA: cuando vea manchas marrones en hojas verdes que de otro modo estarían sanas, es posible que esté presenciando la respuesta inmunitaria de una planta que trata de evitar que se propague una infección bacteriana. Algunas plantas son más resistentes a tales infecciones que otras, y los biólogos de plantas quieren entender por qué. Los científicos del Instituto Salk que estudian una proteína vegetal llamada SOBER1 descubrieron recientemente un mecanismo por el cual, contrariamente a la intuición, las plantas parecen volverse menos resistentes a las infecciones.

Esta caricatura muestra una hoja con áreas dañadas (manchas marrones) causadas por la respuesta inmunitaria innata de la planta. El esquema superpuesto muestra la estructura tridimensional de SOBER1.
Esta caricatura muestra una hoja con áreas dañadas (manchas marrones) causadas por la respuesta inmunitaria innata de la planta. El esquema superpuesto muestra la estructura tridimensional de SOBER1.

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Crédito: Instituto Salk

La obra, que apareció en Nature Communications el 19 de diciembre de 2017, arroja luz sobre la resistencia de las plantas en general y podría conducir a estrategias para aumentar la inmunidad natural de las plantas o para contener mejor las infecciones que amenazan con destruir un cultivo agrícola completo.

"Hay muchas pérdidas en el rendimiento de los cultivos debido a las bacterias que matan las plantas", dice el autor principal del artículo. joanne chory, investigador del Instituto Médico Howard Hughes, director del Laboratorio de Biología Molecular y Celular de Plantas de Salk y ganador del Premio Breakthrough en Ciencias de la Vida en 2018. "Con este trabajo, nos propusimos comprender el mecanismo subyacente de cómo funciona la resistencia y ver qué tan general es".

Una de las formas en que las plantas combaten la infección bacteriana es eliminando sus propias células en las que se detectan proteínas bacterianas. Pero algunas bacterias han desarrollado una estrategia contraria: inyectan proteínas especiales que suprimen la respuesta inmunitaria de la planta mediante la adición de pequeñas etiquetas químicas incapacitantes llamadas grupos acetilo a las moléculas inmunitarias. Este proceso se llama acetilación. No está claro qué hace que ciertas plantas sean capaces de resistir estas contramedidas bacterianas mientras que otras sucumben a la infección.

Como un medio para comprender mejor tales interacciones patógeno-planta, el equipo de Chory recurrió a la bien estudiada maleza Arabidopsis thaliana y, en particular, una enzima llamada SOBER1, que previamente se había informado que suprimía la respuesta inmune de la maleza a una proteína bacteriana conocida como AvrBsT. Si bien puede parecer contradictorio usar la supresión inmunológica para estudiar la resistencia a las infecciones, los biólogos de Salk pensaron que hacerlo podría generar información útil.

Los investigadores comenzaron determinando la secuencia de aminoácidos de SOBER1, el orden particular de los componentes básicos que le da a una proteína su identidad básica. Curiosamente, descubrieron que era muy similar a una enzima humana relacionada con la vía del cáncer. Esta enzima contiene un túnel característico en el que las proteínas con ciertos tipos de modificaciones pueden encajar y cortarse como parte de la reacción enzimática. Resulta que SOBER1 se puede clasificar como parte de una amplia superfamilia de proteínas conocida como alfa/beta hidrolasas. Estas enzimas comparten una estructura central común, pero son muy flexibles en las reacciones químicas que catalizan, que van desde la descomposición de la grasa hasta la desintoxicación de sustancias químicas llamadas peróxidos.

Esta imagen muestra cuatro áreas de una hoja de tabaco en las que se ha producido la proteína AvrBsT, junto con la versión normal de la desacetilasa que reacciona en sentido contrario (AtSOBER1, arriba a la izquierda) y varias versiones mutantes. El lado derecho muestra mutantes SOBER1 en los que se ha manipulado el túnel de sustrato recién descubierto. La versión normal de SOBER1 tiene el tejido de aspecto más saludable, porque la respuesta inmunitaria de la planta que destruye los tejidos ha sido bloqueada por SOBER1.
Esta imagen muestra cuatro áreas de una hoja de tabaco en las que se ha producido la proteína AvrBsT, junto con la versión normal de la desacetilasa que reacciona en sentido contrario (AtSOBER1, arriba a la izquierda) y varias versiones mutantes. El lado derecho muestra mutantes SOBER1 en los que se ha manipulado el túnel de sustrato recién descubierto. La versión normal de SOBER1 tiene el tejido de aspecto más saludable, porque la respuesta inmunitaria de la planta que destruye los tejidos ha sido bloqueada por SOBER1.

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Crédito: Instituto Salk

A continuación, utilizaron una técnica de más de 100 años llamada cristalografía de rayos X para determinar la estructura tridimensional de SOBER1. Si bien es similar a la enzima humana, el túnel de la enzima vegetal tenía dos aminoácidos adicionales que sobresalían de la parte superior: uno en la entrada y otro en el medio.

"Cuando los vimos, nos dimos cuenta de que tenían que tener un efecto dramático en la función porque básicamente bloquean el túnel", dice Marco Bürger, investigador asociado de Salk y coautor principal.

Para descubrir cuál podría ser el propósito, Bürger y el coautor Björn Willige, también investigador asociado, utilizaron sustratos (moléculas sobre las que actúan las enzimas) con diferentes longitudes y probaron bioquímicamente qué tan bien encajaban en la enzima y si podían cortarse. . Solo ciertos tipos encajaban y se cortaban: grupos acetilo muy cortos. Esto sugirió que SOBER1 es una desacetilasa, una clase de enzima que elimina los grupos acetilo. Además, el equipo mutó SOBER1 y así abrió el túnel bloqueado. Con este cambio, Bürger y Willige diseñaron una enzima que perdió su fuerte especificidad por los grupos acetilo cortos y, en cambio, prefirió sustratos más largos.

“Para los experimentos bioquímicos iniciales, utilizamos sustratos artificiales establecidos”, dice Willige. “Pero a continuación queríamos ver qué sucedería en las plantas”.

Para ello, utilizaron plantas de tabaco, que tienen hojas grandes con las que es fácil trabajar, y una bacteria con una proteína llamada AvrBsT, conocida por desencadenar la acetilación. Produjeron AvrBsT en diferentes regiones de hojas de tabaco junto con SOBER1 y varias versiones mutadas (y por lo tanto no funcionales) de la enzima.

Las hojas que producían AvrBsT tenían parches marrones de tejido muerto, yindicando que AvrBsT había iniciado un programa de muerte celular para reducir la propagación sistémica del patógeno. Las hojas que produjeron AvrBsT junto con SOBER1 parecían saludables, lo que indica que SOBER1 revirtió la acción de AvrBsT. Sorprendentemente, las versiones SOBER1 mutadas con un túnel abierto no pudieron evitar que el tejido muriera. A partir de esto, los investigadores concluyeron que la desacetilación debe ser la reacción química subyacente que conduce a la supresión de la respuesta inmunitaria de la planta.

Las pruebas de tabaco respaldaron la idea de que SOBER1 es una desacetilasa que eliminaría los grupos acetilo agregados por las proteínas bacterianas. Sin los grupos acetilo que marcan las proteínas, la planta no las reconoció como extrañas y, por lo tanto, no generó una respuesta inmunitaria que matara las células. Las hojas se veían más saludables porque las células no se estaban muriendo.

“La función de SOBER es sorprendente porque mantiene vivo el tejido infectado, lo que pone a la planta en riesgo”, dice Chory, quien también ocupa la cátedra Howard H. y Maryam R. Newman en Biología Vegetal en Salk. "Pero apenas estamos comenzando a comprender este tipo de mecanismos, y muy bien podría haber condiciones en las que las acciones de SOBER1 sean beneficiosas".

Otras pruebas demostraron que la actividad y función de SOBER1 no está restringida a la maleza Arabidopsis thaliana, pero también existe en una planta llamada colza que demuestra que los hallazgos del laboratorio de Chory podrían aplicarse a cultivos agrícolas y recursos de biocombustibles.

A Bürger y Willige les gustaría comenzar a buscar inhibidores químicos que pudieran bloquear SOBER1, lo que permitiría que las plantas tengan una respuesta inmune completa a las bacterias patógenas.

El trabajo fue financiado por el Instituto Médico Howard Hughes, Deutsche Forschungsgemeinschaft, el Programa de Ciencias Human Frontier y The Pioneer Postdoctoral Endowment Fund.

INFORMACIÓN DE LA PUBLICACIÓN

PERIODICO

Nature Communications

TÍTULO

Un mecanismo de anclaje hidrofóbico define una familia de desacetilasas que suprime la respuesta del huésped contra los efectores YopJ

AUTORES

Marco Bürger, Björn C. Willige y Joanne Chory

Áreas de investigación

Para más información

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