Síntesis de ácido lipoico en semillas de girasol y su posible papel en la regulación de la síntesis de ácidos grasos

Abstract

El girasol (Helianthus annuus L.) es un cultivo oleaginoso de alto valor comercial, cuyo principal producto es el aceite obtenido de las semillas para consumo humano. Existen numerosos estudios sobre la caracterización de las enzimas implicadas en las diferentes rutas metabólicas a través de las cuales se sintetiza el aceite. Algunos de estos trabajos están encaminados a estudiar posibles modificaciones de la composición de ácidos grasos, moléculas precursoras de las distintas especies lipídicas, para adaptar su contenido final a los requerimientos de la industria. En plantas, al contrario que en otros organismos eucariotas, la síntesis de novo de ácidos grasos ocurre en los cloroplastos (plastidios en tejidos no fotosintéticos) a partir de acetil-CoA. Este metabolito se genera por acción del complejo enzimático piruvato deshidrogenasa (PDH), cuya subunidad E2 (dihidrolipoil acetiltransferasa) necesita estar unida a ácido lipoico para la correcta actividad del complejo. El ácido lipoico es un cofactor esencial que deriva del ácido octanoico al incorporar dos grupos tioles en las posiciones Δ6 y Δ8, generándose el anillo característico de esta molécula. En plantas se conoce muy poco sobre los mecanismos responsables de su síntesis, que depende de la actividad conjunta de enzimas octanoiltransferasas (LIP2) y lipoil sintasas (LIP1). En el primer paso, LIP2 transfiere el grupo octanoil desde el octanoil-ACP hasta la subunidad E2 del complejo PDH. Posteriormente, LIP1 inserta dos átomos de azufre en el grupo octanoil, utilizando S-adenosilmetionina (SAM) como cofactor, generando el ácido lipoico y la subunidad E2 lipoilada. En plantas, el complejo PDH no se encuentra solo en los plastidios, sino también en la mitocondria, por lo que ambos orgánulos presentan isoformas específicas de LIP2 y LIP1. En este trabajo, se identificaron y estudiaron en el girasol dos isoformas LIP2 y dos isoformas LIP1 plastidiales (HaLIP2p1, HaLIP2p2, HaLIP1p1 y HaLIP1p2) y una isoforma LIP2 y otra LIP1 mitocondriales (HaLIP2m y HaLIP1m). Se analizaron los perfiles de expresión de los genes codificantes para estas enzimas en diferentes tejidos de girasol y se sobreexpresaron dichos genes en Escherichia coli, estudiando su perfil lipídico. Se modelaron in silico las estructuras de cada proteína con sustratos específicos a partir de los cuales se pudieron inferir características del mecanismo catalítico. Además, se generaron plantas transgénicas de Arabidopsis thaliana sobreexpresando cada uno de los genes, estudiando la composición lipídica de sus semillas mediante distintas técnicas de lipidómica (GC-FID, LC-HRMS2). Estos análisis revelaron que la sobreexpresión de cada gen de girasol en semillas de A. thaliana producía alteraciones en algunas especies de lípidos. También se analizó, mediante el uso de las mismas técnicas, la composición lipídica de semillas mutantes de A. thaliana carentes de actividad LIP2 y LIP1 plastidiales, detectándose cambios en determinadas especies de lípidos.