Regulación redox de la síntesis de almidón en cereales

Abstract

NTRC es una NADPH tiorredoxina reductasa peculiar que posee un dominio tiorredoxina en su extremo C-terminal (Serrato et al., 2004). En Arabidopsis se ha demostrado que el gen NtrC se expresa tanto en tejidos fotosintéticos como no fotosintéticos y que la proteína se localiza en todo tipo de plastos (Kirchsteiger et al., 2012). En el cloroplasto NTRC participa en la destoxificación de peróxidos actuando como principal reductor fisiológico de 2-Cys Prxs (Moon et al., 2006; Perez-Ruiz et al., 2006), sin embargo, cada vez son más las evidencias que demuestran que NTRC participa en la regulación redox de otros procesos como son la síntesis de almidón (Michalska et al., 2009), la síntesis de aminoácidos aromáticos (Lepisto et al., 2009) o la síntesis de clorofilas (Stenbaek and Jensen, 2010). El objetivo principal de este trabajo ha sido la identificación de procesos sometidos a regulación redox mediada por NTRC en tejidos heterotróficos de plantas de interés agronómico. Para ello, el primer objetivo ha sido determinar el patrón de expresión del gen NtrC en semillas de cereales. Se pudo comprobar la presencia de NTRC semillas de cereales en desarrollo y en geminación, si bien, la proteína identificada presenta características peculiares respecto a la de tejidos fotosintéticos. La comprobación de la presencia de NTRC en semillas de cereales permitió llevar a cabo el segundo objetivo, la identificación de las funciones de NTRC en este tejido. Mediante dos aproximaciones proteómicas diferentes se identificaron un elevado número de posibles proteínas diana de NTRC en dicho tejido, sugiriendo la implicación de la enzima en una amplia variedad de procesos como son el metabolismo de carbohidratos, ácidos grasos y aminoácidos; síntesis y transformación de ATP; síntesis y degradación de proteínas; entre otros. Del análisis de estas dianas se dedujo que la función más relevante de NTRC en este tejido es el metabolismo del almidón, participando tanto en la síntesis como en la degradación, y se escogió a la sacarosa sintasa (SUS), identificada repetitivamente como posible diana de NTRC en endospermo de cereales, para el estudio de su posible regulación redox mediada por NTRC. La SUS es una enzima que juega un papel esencial en los órganos heterotróficos de la planta al canalizar la sacarosa importada desde los órganos fotosintéticos hacia la síntesis de almidón y polisacáridos de la pared celular, controlando así la fuerza sumidero de dichos órganos (Koch, 2004). La actividad enzimática de la SUS está regulada por fosforilación de un residuo de serina del extremo N-terminal (Huber et al., 1996; Zhang and Chollet, 1997) y por la formación reversible de puentes disulfuro (Pontis et al., 1981; Rohrig et al., 2004; Marino et al., 2008), aunque el mecanismo implicado en esta regulación redox se desconoce. La identificación de la SUS entre las posibles dianas de NTRC en endospermo de semillas de cereales sugería la participación de NTRC en la regulación redox de su actividad. Para llevar a cabo los estudios de la posible regulación redox de la actividad SUS se desarrolló un método de expresión heteróloga y purificación de las isoformas SUS1, SUS2 y SUS3 de arroz que permitió la obtención de dichas enzimas recombinantes parcialmente purificadas y catalíticamente activas. Del análisis de su actividad se pudo comprobar que las isoformas de SUS de arroz analizadas modulan su actividad en función del estado redox aunque no se pudo establecer la participación de NTRC en dicha regulación.