Señalización intracelular en plantas mediada por sulfuro a través de la persulfuración de proteínas

Abstract

La función señalizadora del H₂S en la regulación de procesos fisio/patológicos está bien establecida en sistemas animales, de manera similar a otras moléculas señalizadoras. En plantas se han identificado diversos procesos en los que el H₂S actúa como regulador de la función de las proteínas mediante la persulfuración de sus residuos de cisteína. Sin embargo, para comprender la diversidad funcional de este gasotransmisor en las plantas, deben estudiarse en profundidad otros procesos y rutas metabólicas que están reguladas por el sulfuro, como son las respuestas de adaptación de las plantas a condiciones adversas. En esta Tesis se ha estudiado la señalización del H₂S mediante la persulfuración de proteínas específicas en las respuestas a estrés nutricional por déficit de nitrógeno, déficit de carbono, así como en condiciones de estrés abiótico por sequía. Para llevar a cabo la identificación y cuantificación de proteínas persulfuradas se usaron dos métodos quimioselectivos con son el tag-switch y el método dimedone-switch. En el primer trabajo, se llevó a cabo un análisis proteómico cuantitativo sin marcaje utilizando el método tag-switch para el enriquecimiento de proteínas persulfuradas presentes en raíces de Arabidopsis thaliana sometidas a estrés nutricional por déficit de N. En este trabajo, las proteínas identificadas susceptibles de ser persulfuradas representaban casi el 13% de todo el proteoma anotado de Arabidopsis. El análisis bioinformático reveló que las proteínas persulfuradas estaban implicadas en importantes procesos como el metabolismo primario, respuesta a estrés de plantas, crecimiento y desarrollo, traducción del ARN y la degradación de proteínas dependiente de ubiquitina y en la autofagia. En un segundo estudio, se investigó la regulación de la persulfuración de proteínas en hojas de Arabidopsis thaliana en diferentes condiciones de crecimiento, como el régimen lúminico y la privación de carbono, realizándose también un estudio proteómico cuantitativo libre de marcaje y el método de tag-switch. Las proteínas que estaban más persulfuradas en la oscuridad presentaron un enriquecimiento significativo en funciones y vías relacionadas con el plegamiento y procesamiento de proteínas en el retículo endoplásmico mientras que, en condiciones de luz, se obtuvo un perfil de persulfuración diferente, siendo, en este caso, la vía de degradación de proteínas del proteasoma, dependiente e independiente de la ubiquitina, el proceso biológico más representado. Por último, también se analizó el papel del H₂S en la regulación de las respuestas de la planta al estrés por sequía, con especial atención a la persulfuración de proteínas. Nuestros resultados ponen de relieve el papel del H₂S como promotor de una mayor tolerancia a la sequía, permitiendo a las plantas responder de manera más rápida y eficiente. Además, se destaca que en condiciones de estrés por sequía el papel principal de la persulfuración de proteínas es la disminución de la acumulación de especies reactivas de oxígeno y el equilibrio de la homeostasis redox. En conclusión, hemos demostrado la función de H₂S, a través del mecanismo de persulfuración de proteínas, en las respuestas específicas de las plantas a situaciones de estrés por limitación nutricional, y en condiciones de sequía. Nuestros datos indican que el H₂S desempeña una función esencial en la supervivencia de la planta en condiciones nutricionales y medioambientales adversas mediante la regulación de numerosos procesos intracelulares.