Functional characterization of the arabidopsis hsp70-hsp90 organizing protein (hop) family in response to stress

Resumen

La proteína organizadora de HSP70 y HSP90 (HOP) es una familia conservada de cochaperonas citosólicas, cuyo papel como proteína de andamio de las chaperonas HSP70 y HSP90 se ha estudiado profundamente en mamíferos y levaduras. A pesar de que la familia HOP también se conserva en plantas, hasta la fecha se desconoce en gran medida su participación en la formación de diferentes complejos de proteínas y su papel biológico en el desarrollo y en la respuesta de las plantas al estrés. El genoma de Arabidopsis codifica tres proteínas HOP: AtHOP1, AtHOP2 y AtHOP3. Con el objeto de determinar el posible papel de estas proteínas en respuesta a diferentes estreses, hemos comenzado con la caracterización de AtHOP3. HOP3 interacciona in vivo con las proteínas HSP90 y HSP70 citosólicas e, inesperadamente, con la proteína inmunoglobulina (BiP), un miembro de la familia HSP70 que se localiza en el retículo endoplámico (RE). Tal como sugiere esta interacción con BiP, HOP3 se localiza parcialmente en el RE. Por otra parte, HOP3 se induce a nivel transcripcional y se acumula a nivel de proteína en condiciones en las que se produce una alta acumulación de proteínas mal plegadas (“Unfolded Protein Response”, UPR), en inglés) mediante un mecanismo dependiente de la enzima “Inositol-requiring enzyme 1” (IRE1). Además el análisis de los mutantes de pérdida de función de HOP3 muestra una reducción en la germinación de polen y un fenotipo hipersensible en presencia de agentes inductores de estrés asociado al RE, un fenotipo que se revierte al estar presente la chaperona química, ácido tauroursodeoxicólico (TUDCA). Todos estos datos demuestran, por primera vez en eucariotas, un papel principal de HOP como un importante regulador de la respuesta de estrés del RE. La respuesta al estrés celular relacionado con el RE es un proceso íntimamente asociado a importantes programas específicos de desarrollo y durante la percepción del estrés medioambiental y la consecuente respuesta en plantas. Dado que HOP3 juega un papel esencial en la respuesta a estrés del RE y que dicho estrés se induce durante la infección por patógenos, hemos estudiado la implicación de esta proteína en la respuesta de defensa de las plantas a diferentes fitopatógenos, específicamente, al hongo necrotrófo Botrytis cinerea, el hongo vascular y hemibiotrófo Fusarium oxysporum f. sp. conglutinans y la bacteria hemibiotrófa Pseudomonas syringae pv. tomato DC3000. Este estudio demuestra que HOP3 es necesario para un correcto establecimiento de la respuesta de defensa a estos diferentes patógenos. Además, hemos demostrado que esta proteína interacciona con la proteína CORONATINE INSENSITIVE1 (COI1) mediante un ensayo de doble híbrido en levaduras y que el mutante con pérdida de función de HOP3 muestra una sensibilidad reducida a un precursor de ácido jasmónico (JA). Estos datos indican que la proteína HOP3 es necesaria para la señalización mediada por JA en plantas. Por último, hemos caracterizado el papel molecular de los diferentes miembros de la familia AtHOP en termotolerancia. Este análisis demuestra que los tres miembros de esta familia desempeñan un papel redundante en la adquisición de termotolerancia a largo plazo en Arabidopsis. Además, nuestros datos muestran que estas proteínas interaccionan fuertemente con HSP90 y que una fracción de HOP cambia su localización subcelular del citoplasma a gránulos citoplasmáticos y se transloca al núcleo, en respuesta al estrés por calor. Consistentemente con esta última ubicación y con la formación de un complejo entre HOP y el factor de choque térmico HsfA1A, el triple mutante hop1 hop2 hop3 posee una alterada respuesta al choque térmico. Este triple mutante también muestra una exacerbada acumulación de proteínas insolubles y ubiquitinadas bajo el estrés por calor. Estos datos revelan que las proteínas HOPs están involucradas en dos aspectos diferentes de la respuesta al calor: el mantenimiento de la homeostasis proteica y en el establecimiento adecuado de la respuesta al choque térmico, afectando la capacidad de la planta para aclimatarse al estrés por calor durante largos períodos de tiempo. Por todo lo anteriormente expuesto, los datos presentados en esta tesis proporcionan nuevas evidencias para comprender el papel esencial de los diferentes miembros de la familia HOP de Arabidopsis en respuesta a diferentes estreses medioambientales.