Gránulos de estrés y señalización

El impacto causado por el cambio climático y el aumento de la población supone un riesgo elevado para la provisión de alimentos basados en la producción agrícola. Esta amenaza nos impulsa a estudiar la respuesta de las plantas a condiciones ambientales desfavorables, con el objetivo de incrementar la producción vegetal en un escenario adverso para la agricultura. Uno de los primeros eventos que ocurre tras la percepción del estrés es la formación de condensados biomoleculares en el citoplasma conocidos como gránulos de estrés (SGs, stress granules). Estos condensados están formados por ARN y proteínas y su formación se encuentra evolutivamente conservada. Se ha sugerido que el ensamblaje de los SGs es una de las primeras barreras que tiene lugar en la célula y cuyo objetivo es sobreponerse a la nueva situación de estrés y promover la supervivencia.

El conocimiento del área de los SGs en sistemas de estudios como mamíferos y levaduras se encuentra muy avanzado. Esto, ha permitido averiguar que su ensamblaje es un proceso ordenado que ocurre por separación de fase líquido-líquido (LLPS). Aunque los mecanismos moleculares subyacentes al ensamblaje de los SGs aún no están claros, todos los modelos propuestos convergen en la idea de que su ensamblaje está impulsado por regiones intrínsecamente desordenadas (IDRs). A diferencia de mamíferos y levaduras, en plantas, el conocimiento actual tanto del papel de los SGs como de los mecanismos que gobiernan su formación y desaparición es realmente escaso. El objetivo del laboratorio es establecer un marco conceptual y experimental que permita comprender las vías moleculares subyacentes a la formación de los SGs en plantas. La ejecución de este objetivo permitirá demostrar el papel que poseen los SGs en la respuesta vegetal al estrés, hasta ahora desconocida.

Actualmente el laboratorio se encuentra trabajando en las siguientes líneas: 

Caracterización del papel de los SGs como centro señalizadores en la respuesta vegetal al estrés.

Trabajos recientes en mamíferos han sugerido que los SGs podrían actuar como centros señalizadores centrales en la respuesta celular al estrés. Aunque se sabe poco en plantas, estudios recientes en el laboratorio indican que el papel señalizador de los SGs podría estar conservado. Así, por ejemplo, la localización de la quinasa SnRK1 en los SGs modula su señalización en condiciones de choque térmico. Más recientemente, un estudio bioinformático realizado en el grupo en el que se comparó los interactomas de cuatro proteínas asociadas a los SGs identificó un alto enriquecimiento de proteínas señalizadoras en estos condensados. Como parte de este objetivo, en el laboratorio estamos caracterizando el papel de nuevos módulos de señalización en los SGs de plantas.

Figura 1. Función señalizadora de los gránulos de estrés en plantas. A. La condensación de proteínas de señalización en los SGs puede conducir a diferentes resultados, incluida la activación o inhibición de la cascada de señalización. B. Localización de proteínas de señalización fusionada a YFP, GFP o RFP en los SGs inducidas por choque térmico en protoplastos de N. benthamiana.

Definición de las propiedades líquidas de los SGs.

La separación de fase líquido-líquido (LLPS) es un proceso molecular mediante el cual las células compartimenta rápida y reversiblemente sus componentes en condensados biomoleculares. Aunque la mayor parte del conocimiento sobre LLPS proviene de estudios en modelos animales y de levadura, se sabe que las regiones intrínsecamente desordenadas (IDR) de proteínas scaffold son necesarias y suficientes para inducir la LLPS. Se ha descrito que las proteínas scaffold ensamblan componentes señalizadores con el fin de regular su reacción. En este sentido, estamos definiendo las propiedades físicas de los SGs de plantas, centrando nuestra investigación en el estudio de varias proteínas scaffolds enriquecidas con IDRs.

Figura 2. Los IDRs lideran la separación de fase líquido-líquido. A. Representación de la estructura 3D de dos proteínas scaffolds ricas en IDRs. B. Imagen representativa de un ensayo in vitro de la separación de fase de proteínas.

Descifrar el papel de los gránulos de estrés en la respuesta a luz.

Se ha descrito que la luz, una señal ambiental clave que controla el desarrollo y la fisiología de las plantas, influye en el ensamblaje de condensados biomoleculares en plantas. Sin embargo, la base molecular de esta interacción se desconoce. En el laboratorio, estamos investigando los mecanismos moleculares mediante los cuales la luz influye en el ensamblaje de los gránulos de estrés, utilizando una variedad de enfoques moleculares, fisiológicos y bioquímicos.