Biología Vegetal

Ricardo A. Wolosiuk - Fundación Instituto Leloir

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La perturbación del equilibrio [pro-oxidantes/anti-oxidantes] celular causada por estímulos ambientales afecta numerosas reacciones metabólicas, alterando las señales que regulan procesos biológicos tan diversos como desarrollo en animales y fotosíntesis en plantas. Por ello, la modificación del metabolismo mediante agentes externos (e.g. fármacos) requiere establecer previamente no sólo los mecanismos subyacentes sino también las interacciones asociadas. Sobre estas bases analizamos los aspectos bioquímicos implicados en la tolerancia al estrés oxidativo.

Pregunta que se intenta responder

Nuestro laboratorio estableció que proteínas vegetales asociadas al estrés oxidativo regulan enzimas implicadas en la asimilación fotosintética de CO2. Para caracterizar la vinculación entre procesos tan diferentes, buscamos establecer con las proteínas vegetales cuáles son:
  • Las modificaciones post-traduccionales causadas por los oxidantes?
  • Las variaciones estructurales y funcionales?
  • Los mecanismos que vinculan la química redox con la química no-redox en el estrés oxidativo?

Metodología que se utiliza

Nuestro laboratorio estableció que una proteína vegetal asociada al estrés oxidativo -2-Cys Peroxirredoxinas (2-Cys Prx)- estimula la actividad de la fructosa-1,6-bisfosfatasa de los cloroplastos y, además, posee una actividad chaperona. La identificación de estas nuevas actividades implicó un cambio en la visión clásica de las la 2-Cys Prxs, peroxidasas desprovistas de grupo prostético. No sólo la 2-Cys Prx es un catalizador para la reducción de los hidroperóxidos (e.g. H2O2) sino también interacciona no-covalentemente con otras proteínas. Sobre estas bases, establecimos posteriormente que los nucleótidos modulan a las 2-Cys Prxs de E.coliS. typhimurium y S. mansoni. En particular, la acción concertada del ATP y el Mg2+ inhibe la actividad peroxidasa y, además, conduce la estructura cuaternaria a ensamblados de gran tamaño (radio hidrodinámico: 69 nm) que retornan a la forma original (radio hidrodinámico: 13.8 nm) cuando son removidos los moduladores. Estos resultados difieren del actual consenso que vincula la oligomerización de la 2-Cys Prx solamente con el estado redox de los residuos cisteína. Por ello, para caracterizar los aspectos estructurales y funcionales de las 2-Cys Prx (1)   preparamos múltiples variantes por ingeniería genética (2)   determinamos las actividades asociadas por los procedimientos adecuados (3)   estimamos aspectos estructurales vía técnicas espectroscópicas (dicroismo circular), hidrodinámicas (HPLC), visuales (microscopía electrónica de transmisión) El conjunto de estos datos aporta las evidencias experimentales de la transformación de las uniones covalentes y la modificación de las interacciones no-covalentes que regulan las funciones y la estructura de la 2-Cys Prx.

Logros

Nuestro laboratorio estableció para la 2-Cys Prx de plantas
  1. La estructura primaria de la forma madura mediante la degradación de Edman de la única proteína purificada de hojas
  2. La actividad chaperona
  3. El rol del ATP/Mg2+ en la modificación de a) Las uniones covalentes, generando en la cisteína resolutiva CysR dos nuevas modificaciones post-traduccionales; i.e. los anhídridos mixtos fosforil-sulfínico [Prx–CysR–SO2–PO32-] y fosforil-sulfónico [Prx–CysR–SO3–PO32-]. b) Las interacciones no-covalentes, b1) Causando la agregación de la proteína a formas moleculares de alto peso molecular, incluso agregados insolubles. b2) Inhibiendo la actividad peroxidasa
  4. la fosforilación en los cloroplastos iluminados
  5. el comportamiento bioquímico similar con los ortólogos procarióticos y eucarióticos

Pagano, E., Wolosiuk, R.A. and Chueca, A.  Evolución del metabolismo fotosintético C4 y los estados de transición C3-C4” EN: Plantas C4 y CAM / J.L. González-Rebollar (ed.). Madrid: Consejo Superior de Investigaciones Científicas (en prensa).

Aran, M., Ferrero, D.S., Pagano, E., Wolosiuk, R.A.  Typical 2-Cys peroxiredoxins modulation by covalent transformations and noncovalent interactions. FEBS J. 276: 2478-2493 (2009).     PubMed

Aran, M., Mora Garcia, S., Rimmaudo L., Wolosiuk, R.A.  Reevaluación de los residuos cisteína en el señalamiento redox. Química Viva. 8: 162-184 (2009).     QVv8

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Ricardo A. Wolosiuk
Jefe de Laboratorio - rwolosiuk@leloir.org.ar



Gustavo Ariel Maselli
Becario Doctoral CONICET



Santiago Mora García
Investigador Asociado



Laura Rimmaudo
Becario Doctoral CONICET