Anàlisi de l’HMG-CoA reductasa d’Arabidopsis thaliana: implicació en la morfogènesi del reticle endoplasmàtic

Abstract

L’enzim 3-hidroxi-3-metilglutaril CoA reductasa o HMGR catalitza la reacció irreversible de reducció del HMG-CoA a mevalonat. Aquesta molècula, el mevalonat, es el primer intermediari específic de la ruta del mevalonat, una de les dues rutes biosintètiques de la síntesi de compostos isoprenoides en plantes. Els isoprenoides, també anomenats terpenoides, son un grup de molècules molt diversificat, no nomes pel que respecta a la seva funció, sinó també en estructura. A les plantes, s’han descrit mes de 29000 isoprenoides, amb funcions que van des de la formació i manteniment dels teixits fins a l’adaptació al medi. L’HMGR has estat objecte d’una gran quantitat d’estudis a llevats I animals, I s’ha descrit com el pas limitant pel que fa a la ruta de síntesi de colesterol. En aquests dos tipus d’organisme, el control sobre l’activitat de l’HMGR es molt complex, incloent diversos mecanismes de regulació com ara fosforilació, proteòlisi regulada o control transcripcional. En plantes, es conegut que l’HMGR es l’enzim que catalitza el pas limitant en la biosíntesi d’isoprenoides de la ruta del MVA. Al genoma d’Arabidopsis thaliana, trobem dos gens que codifiquen per tres isoformes diferents de l’HMGR. Les dues isoformes codificades al gen HMG1, difereixen entre elles únicament en una regió extra de 50 aminoàcids a la zona N-terminal de la proteïna, i degut a aquesta diferencia, han estat nominades d’acord amb això. D’aquesta manera trobem HMGR1S o isoforma curta de la proteïna, i HMGR1L o isoforma llarga. Ambdues isoformes es troben localitzades a la membrana del reticle endoplasmàtic (RE) però, mentre HMGR1L es troba present en una distribució uniforme dins la xarxa de túbuls i cisternes d’aquest orgànul, HMGR1S s’acumula específicament en unes vesícules associades amb aquesta xarxa. Aquest punt va esser demostrat gracies a la utilització d’un marcador de RE. Plantes transgèniques transformades amb una construcció quimèrica on el domini catalític de l’HMGR1S ha estat substituït per la proteïna verda fluorescent (GFP) han mostrat que aquestes vesícules son especifiques dels cotiledons, i que tenen una morfologia fusiforme. Estructures similars van ser trobades en plantes transgèniques que expressen la proteïna quimèrica GFP-HDEL, un altre marcador de la xarxa de RE. Aquestes vesícules van ser nomenades ER-bodies, i se sap que estan implicades en defensa i adaptació al medi ambient. Experiments de colocalització in planta han permès establir que la HMGR es troba present en aqeusts ER-bodies, i per tant aquest enzim podria estar implicat en la morfogènesi del RE o en la síntesi d’isoprenoides específics per a defensa. Anàlisis bioquímics d’activitat enzimàtica especifica HMGR en cèl•lules d’Arabidopsis van mostrar que l’activitat es troba disminuïda en situacions d’estres, sigui aquest biòtic o abiòtic, suggerint un reclutament de molecules d’HMGR cap als ER-bodies. Els nostres resultats suggereixen que, l’HMGR, una proteïna molt estudiada a nivell enzimàtic, presenta una funció paral•lela important per a l’estructuració del RE, que alhora es important enfront la resposta de la planta a estres, sense descartar, però, que al mateix temps l’HMGR podria estar implicada en la creació d’un entorn subcel•lular específic on la captació d’altres proteïnes amb activitat enzimàtica podria portar a la síntesi de compostos isoprenoides específics.

"Analysis of HMG-CoA Reductase of Arabidopsis thaliana: implication in the morphogenesis of the endoplasmic reticulum"

The enzyme 3-hydroxi-3-methylglutharyl CoA Reductase or HMGR catalyzes the irreversible reaction of reduction of HMG-CoA to mevalonate, the first specific intermediate product of the mevalonate pathway, one of the two biosynthetic pathways of isoprenoid compounds in plants. Isoprenoid compoundsare a group of molecules with an extreme diversification. In plants, more than 29000 different isoprenoid have been identified, with completely different functions that range from formation and maintenance of tissues to adaptation to the environment. The HMGR has been extensively studies in yeast and mammals, as it is the limiting step of the synthesis of cholesterol. In plants, it is known that HMGR is also the limiting step in the biosynthesis of isoprenoides of the MVA pathway. In the genome of Arabidopsis thaliana, there are two genes that encode three different isoforms of HMGR. The two isoforms encoded in HMG1 gene differ only in an N-terminal extra region of 50 amino acids, and they were named according to that: HMGR1S or short, and HMGR1L or long isoform. HMGR1S is accumulated specifically in vesicles associated with it along its network. These vesicles are specific of the cotyledons and have an spin-shaped morphology. Similar structures called ER-bodies, involved in defense and adaptation to the environment have been described. Colocalization experiments in planta have shown that ER-bodies contain HMGR. Our results suggest that a very well-known metabolic protein, has a parallel function in the structure of the ER, important for the response to stress, without discarding that at the same time HMGR can produce an specific environment by recruiting other metabolic enzymes that lead to specific types of isoprenoid compounds.