Comprender cómo un receptor proteico vegetal puede reducir el estrés hídrico
El cambio climático está teniendo efectos devastadores sobre las plantas, ya sea por episodios de calor extremo, sequías o inundaciones. De hecho, un estudio(se abrirá en una nueva ventana) sugiere que el 16 % de las especies vegetales podrían perder más del 90 % de su área de distribución, lo que las situaría en un riesgo de extinción elevado. Sin embargo, este escenario no es inevitable. Las plantas pueden aumentar sus posibilidades de supervivencia gracias a la adaptación evolutiva. Un ejemplo de ello es la forma en que las células vegetales utilizan el receptor proteico PYL1. «El receptor PYL1 detecta el ácido abscísico, una hormona vegetal que se acumula en situaciones de escasez hídrica, y desempeña un papel clave en la adaptación de la planta a la sequía», explica Max Stammnitz, científico titular del Centro de Regulación Genómica(se abrirá en una nueva ventana). Es una muestra del modo en que las plantas emplean interruptores moleculares para responder mejor a los cambios en su entorno. «Muchos sistemas biológicos dependen de interruptores moleculares, pero aún no se comprende del todo cómo la secuencia de la proteína codifica sus propiedades de procesamiento de señales», agrega Stammnitz. Stammnitz se propuso averiguarlo en el marco del proyecto europeo DeepGlue. «Queríamos comprender cómo las mutaciones determinan el comportamiento de los receptores hormonales alostéricos, es decir, las proteínas que transforman señales químicas en respuestas celulares», puntualiza el investigador. En el proyecto, que contó con el apoyo de las Acciones Marie Skłodowska-Curie(se abrirá en una nueva ventana), se adoptó una estrategia experimental que permitió cuantificar cómo miles de mutaciones modifican la respuesta del receptor frente a distintas concentraciones de la hormona. En total, se efectuaron más de cuarenta mil mediciones cuantitativas, gracias a las cuales fue posible cuantificar el efecto de las variaciones de los aminoácidos sobre la función de activación del receptor.
Efecto de las mutaciones en el comportamiento de un receptor proteico
A partir de este trabajo, los investigadores comprobaron que cerca del 90 % de las mutaciones alteraban la respuesta del receptor hormonal PYL1 a distintas concentraciones de la hormona. Con frecuencia, estos cambios afectaban de manera correlacionada a su sensibilidad, actividad basal y respuesta máxima. Asimismo, se observó que muchos de estos efectos pueden explicarse por cambios en la estabilidad del receptor. «Demostramos que las mutaciones pueden determinar no solo si un receptor proteico funciona o no, sino también su respuesta a lo largo de un intervalo de concentraciones de un inductor químico», explica Stammnitz. En el proyecto también se demostró que, además de los efectos relacionados con la estabilidad proteica, determinados parámetros de señalización pueden ajustarse de manera independiente, incluso mediante mutaciones alostéricas situadas lejos de la interfaz entre la proteína y la hormona. Quizá el hallazgo más llamativo fue que algunas sustituciones poco frecuentes de un aminoácido dieron lugar a comportamientos completamente nuevos, incluidas funciones de activación invertidas y de filtro de banda. Los resultados del proyecto se describen con mayor detalle en un artículo publicado en la revista «Nature Communications»(se abrirá en una nueva ventana).
Una investigación con potencial para favorecer una agricultura resiliente frente al cambio climático
Según Stammnitz, DeepGlue ha demostrado a nivel conceptual que los interruptores proteicos no son elementos inmutables, sino sistemas evolutivamente flexibles, cuyo comportamiento cuantitativo puede reconfigurarse a través de mutaciones. «Nuestra investigación aporta un marco conceptual y un conjunto de datos útiles para diseñar receptores alostéricos e interpretar el efecto de la variación de la secuencia genética en la señalización celular», comenta el investigador. Este marco podría resultar de especial interés para el sector agrícola, ya que ayudaría a los agricultores a desarrollar cultivos resilientes al cambio climático. «Varios grupos de investigación públicos y privados de todo el mundo ya están trabajando para comprender mejor estas respuestas moleculares y poder modularlas en el contexto del cambio climático», concluye Stammnitz. En la actualidad, el equipo está ampliando sus experimentos de análisis de mutaciones profundas para comparar las características de respuesta a concentración de distintos mutantes en varios sistemas proteicos inducibles químicamente.
