Dehydrin-dehydrin interactions: evidence of homo and heterodimeric associations among acidic and basic dehydrins from Cactus pear and Arabidopsis

Abstract

"Dehydrins (DHNs) are plant-specific proteins belonging to group 2 of the Late Embryogenesis Abundant proteins (LEAs), a large family of highly hydrophilic disordered proteins which accumulate during the later stages of embryogenesis and in response to abiotic stress. Despite the importance of these proteins in stress response, their molecular mechanism of action is still unknown, so in vivo studies will be determinant to establishing and clarifying their mechanisms. Previously we isolated, from a cDNA library, a DHN from Cactus pear (OpsDHN1). Subsequently, we reported that transgenic Arabidopsis thaliana plants overexpressing Opuntia streptacantha SK3 DHN OpsDHN1 show enhanced freezing tolerance. In this thesis project, a biochemical characterization of the OpsDHN1 protein was conducted. We determined that the OpsDHN1 protein is disordered and also established its cryoprotective activity. The dimeric state of OpsDHN1 was demonstrated using the two-hybrid system "split- ubiquitin" in yeast (Y2H) and size exclusion chromatography (SEC). Additionally, the homodimer formation was confirmed in planta by the bimolecular Fluorescence (BiFC) complementation approach. These data revealed in vivo dimer formation with dual cytoplasmic/nuclear localization in tobacco cells. In this regard, we showed that the histidine rich motif and to some degree the S-segment are involved in OpsDHN1 nuclear localization. Finally, we provide strong evidence that the DHN/DHN interaction is not exclusive to OpsDHN1. We demonstrated homo- and heterodimerization between three DHNs of A. thaliana RAB18, COR47 and ERD10, and with their OpsDHN1 orthologue from O. streptacantha. These data constitute the first in vivo report on the interaction among DHNs, and direct the field of DHN research towards a new scenario where the associations between these proteins could be explored as part of their molecular mechanism of action."

"Las dehidrinas (DHNs) son proteínas específicas de plantas que pertenecen al grupo 2 de las LEA (Late Embriogenesis Abundant proteins), una familia grande de proteínas desordenadas, altamente hidrofílicas, que se acumulan durante las últimas etapas de la embriogénesis y en respuesta al estrés. A pesar de la importancia de estas proteínas en la respuesta al estrés, su mecanismo de acción molecular aún es desconocido. Se requieren estudios in vivo para esclarecer los mecanismos de acción de estas proteínas. Previamente, en nuestro laboratorio se aisló una DHN de nopal (OpsDHN1) a partir de una biblioteca de cDNA. Posteriormente se demostró que líneas transgénicas de Arabidopsis thaliana que expresan la OpsDHN1 son tolerantes a congelamiento. En el presente trabajo se realizó una caracterización bioquímica de la proteína OpsDHN1, en donde se determinó el estado desordenado de esta DHN y se estableció su actividad crioprotectora in vitro. Además, se reportó la formación de homodímeros de la OpsDHN1 utilizando el sistema de dos híbridos "split-ubiquitin" en levadura (Y2H) y cromatografía de exclusión de tamaño (SEC). La homodimerización fue confirmada in planta mediante complementación bimolecular de Fluorescencia (BiFC). Nuestros resultados revelaron la formación de dímeros in situ con una localización dual citoplasmática/nuclear, en células de tabaco. Además, se demostró que la ausencia del motivo rico en histidina y el segmento S excluyen a la proteína OpsDHN1 del núcleo de las células vegetales. Finalmente, proporcionamos pruebas sólidas de que la interacción DHN/DHN no es exclusiva de la OpsDHN1. Nosotros demostramos la homo- y heterodimerización entre tres DHNs de A. thaliana RAB18, COR47 y ERD10, y a su vez con su ortólogo en O. streptacantha la OpsDHN1. Estos datos constituyen el primer reporte in vivo de la interacción entre DHNs dirigiendo el campo de la investigación DHNs hacia un nuevo escenario en donde las asociaciones entre estas proteínas pudieran ser exploradas como parte de su mecanismo de acción molecular."