Avances en el conocimiento de las acuaporinas en plantas

“Canales de agua”. Así las definió el médico y biólogo molecular norteamericano Peter Agre, quien en 2003 recibió el premio Nobel de Química por el descubrimiento de las acuaporinas. En su exposición caracterizó a estas proteínas como el sistema de plomería de las células.

Luego de más de diez años de investigación y avances, los estudios de Agre y su equipo demostraron que las acuaporinas tienen un papel preponderante en el transporte de agua a través de la membrana plasmática, ya que regulan cómo intercambia agua la célula con el entorno.

“Desde que se descubrieron estas proteínas de membrana han sido mucho más estudiadas en animales. Este interés surgió dado que las primeras acuaporinas fueron rápidamente asociadas a varias enfermedades como la diabetes nefrogénica insípida, causada por mutaciones en una acuaporina en particular. Sin embargo, las estas proteínas también están presentes en plantas, hongos y bacterias, y aunque en el reino vegetal hay muchísimas más, aún no se conoce cuál es su función específica”, explica Agustín Yaneff, becario doctoral del CONICET en Instituto de Biodiversidad y Biología Experimental Aplicada (IBBEA, CONICET-UBA), en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales (FCEN),

Junto con un equipo interdisciplinario de investigadores del CONICET y de esta facultad, Yaneff publicó en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) los resultados de su trabajo doctoral con las acuaporinas de frutillas (Fragaria x ananassa). El objetivo fue caracterizar biofísicamente la acuaporina PIP1 (plasma membrane intrinsic protein 1, en inglés) y medir su permeabilidad intrínseca, es decir, cuánta agua transporta y cómo se regula.

“Estas acuaporinas se expresan en la membrana plasmática, que es la primera barrera para ingresar a la vía celular. Entonces, de alguna manera estamos analizando cuál es la capacidad que tienen de hacer ajustes o modificaciones en ese transporte de agua, en el sentido de que si el movimiento de agua por vía celular es gobernado por estas proteínas, pueden repentinamente hacer que la permeabilidad al agua baje o aumente. Esto no solo puede repercutir en la dinámica del intercambio de agua sino también en alguna respuesta fisiológica”, agrega Gabriela Amodeo, investigadora independiente del CONICET y directora de tesis de Yaneff.

Las acuaporinas se organizan siempre formando tetrámeros, esto es, la unión de cuatro monómeros y lo interesante es que cada uno funciona como un canal de agua independiente. “Mientras que en los canales iónicos los monómeros conforman el poro del canal, la vía por donde pasan los iones, aquí la estructura de tetrámeros da por resultado cuatro unidades que transportan agua”, comenta Karina Alleva, coautora del trabajo.

Los resultados publicados en PNAS indican que para que la PIP1 pueda llegar a la membrana plasmática y exitosamente transportar agua, es necesario que se asocie con otra acuaporina, la PIP2, de un modo particular.

“Mediante imágenes confocales vimos que expresada sola la proteína PIP1 no se encontraba en la membrana plasmática, por lo que los estudios de permeabilidad daban negativos indicando que no presentaban transporte de agua. Sin embargo, cuando la co-expresamos con las PIP2 observamos que la acuaporina sí llegaba a destino”, explica Lorena Sigaut, segunda autora del trabajo quien junto con Lía Pietrasanta incorporaron el aporte fundamental del Centro de Microscopías Avanzadas y del Departamento de Física de la FCEN.

Pero, ¿cómo medir y observar qué sucede? Yaneff explica que la estrategia fue observar qué capacidad de transporte de agua tiene una acuaporina en particular. Para esto generaron una PIP2 “cerrada”, es decir, mutada para que no cumpla su rol de transportar agua, lo que permitiría observar si efectivamente su función era llevar a la PIP1 hacia la membrana plasmática. Y a la vez, si efectivamente lo hacía, permitiría conocer la capacidad de transporte de la PIP1.

“Sin embargo, al realizar nuevamente pruebas en laboratorio comprobamos que, por sí sola, la PIP2 mutante no se traslada hacia la membrana plasmática”, señala Yaneff, y agrega que este fue un obstáculo que tuvieron que sortear durante el trabajo: repensar cómo comprobar cuál de las dos acuaporinas era responsable del transporte de agua.

Esto lo llevó a desarrollar una serie de modelos matemáticos que permitan, a partir de los resultados, conocer la permeabilidad intrínseca de cada acuaporina, es decir, dilucidar cuánta agua está transportando cada acuaporina en las diferentes condiciones de expresión. “El que mejor ajustó fue el de estequiometría variable a partir de monómeros, es decir, que las acuaporinas PIP1 y PIP2 se unen y forman combinaciones de todos los heterotetrámeros posibles de manera aleatoria”, dice Yaneff.

Según Amodeo, este avance es significativo no solo para la comprensión de la regulación de acuaporinas vegetales sino para plantearse cómo está asociada con la maduración del fruto, un campo de investigación donde siempre se le había dado un rol más preponderante a la pared celular que a cualquier movimiento de agua a través de las células.

“Este trabajo da evidencia clara de que estas acuaporinas son grandes transportadoras de agua, y aunque no resuelve cuál es su rol, abre un camino que despierta nuevas preguntas”, comenta la científica y agrega que “los dos grupos de investigación que participaron están orgullosos de que este trabajo fuera enteramente realizado en la Facultad de Exactas de la UBA y con recursos aportados por la Universidad, el CONICET y el Fondo para la Investigación Científica y Tecnológica”.