De bacterias a cloroplastos

Investigadores del Instituto de Biología Molecular y Celular de Rosario (IBR, CONICET-UNR) descubrieron nuevos aspectos en los mecanismos que controlan la degradación de proteínas en cloroplastos –organela que participa en la fotosíntesis de plantas-. El hallazgo publicado que fue tapa de la revista Plant and Cell Physiology, elegido Editor’s Choice of the Month y Research Highlight, determinó que los procesos de degradación de proteínas en los cloroplastos de las plantas y los de bacterias  no son tan similares, como se suponía.

“En las bacterias, existe una proteína llamada ClpS, que reconoce los extremos N-terminales de las proteínas que van a destruirse y así las dirige a la proteasa ClpAP que las degrada  en cuestión de minutos. Esto se conoce como regla N-terminal bacteriana”, explica Eduardo Ceccarelli, investigador superior del CONICET y director del Laboratorio de Estructura, Plegamiento y Función de Proteínas del IBR.

En la investigación, cuya primera autora es Victoria Colombo del IBR, se concluyó que la diferencia en el reconocimiento de las ClpS de plantas y bacterias, para que puedan eliminar a las proteínas según la ‘regla N-terminal’ que presenten- se explica  en que en su estructura tienen un cambio estructural clave en el sitio de reconocimiento de sustratos: en donde en todas las ClpS bacterianas había un residuo de metionina, en las ClpS de plantas había un residuo de arginina altamente conservado.

“Nos dimos cuenta de que durante la evolución, el residuo de metionina que selecciona los sustratos en ClpS bacterianas había cambiado a arginina en plantas y eso alteró la regla N-terminal en la organela”, indica el doctor Germán Rosano, investigador adjunto del Consejo, en el IBR, y autor correspondiente del artículo. “Actualmente, estamos abocados en dilucidar cuál es la regla N-terminal en cloroplastos, ya sabiendo que es distinta a la bacteriana, a pesar que los componentes moleculares son los mismos”, explica.

Conocer la regla N-terminal en cloroplastos tiene implicancias biotecnológicas. El cloroplasto es una organela muy utilizada para generar plantas modificadas. “Si se desea enviar proteínas recombinantes a cloroplastos o generar plantas transplastómicas, es importante diseñarlas con extremos N-terminales estables. Si no, podrían ser degradadas en segundos, haciendo inútil su función”, subraya Rosano.

La evolución de los cloroplastos

Según la teoría endosimbiótica, los cloroplastos provienen de una bacteria fotosintética que fue tomada por una célula eucariota ancestral, evento que ocurrió hace unos 1.500 millones de años. Por tal razón, muchos mecanismos que ocurren en cloroplastos son similares a los que ocurren en bacterias, como la replicación de su ADN, su proceso de división y mecanismos de síntesis y degradación de proteínas.

Uno de los objetivos de la tesis de Victoria Colombo fue probar esta hipótesis y para complementar los experimentos realizados en Argentina, trabajó por tres meses en el laboratorio de Axel Mogk en el Zentrum für Molekulare Biologie der Universität Heidelberg, Alemania con una beca DAAD –Servicio Alemán de Intercambio Académico-

El grupo del Mogk había dilucidado la regla N-terminal bacteriana y el rol de ClpS en la misma. “El objetivo de la estadía era utilizar las herramientas moleculares del grupo alemán para analizar si ClpS de plantas se comportaba igual que la bacteriana”, explica Colombo. “Sin embargo, los primeros experimentos habían mostrado que ClpS de cloroplastos no reconocía ninguno de los aminoácidos desestabilizantes de la regla N-terminal bacteriana”.