Dimerización y localización intracelular de las enzimas (ZmSPMS1, AtADC1 y AtADC2) involucradas en la biosíntesis de poliaminas en plantas

Abstract

"Las poliaminas (PAs) son metabolitos ubicuos cargados positivamente que desempeñan actividades distintas en procesos celulares fundamentales. La enzima arginina descarboxilasa (ADC) lleva a cabo la producción de la agmatina a partir de arginina, la agmatina es el precursor de la primera PA, la cual es conocida como putrescina. La putrescina se convierte en las PAs superiores, espermidina y espermina. La espermina sintasa (SPMS) cataliza la formación de la PA espermina. En este trabajo de tesis determinamos la localización sub-celular de las enzimas AtADC1 y AtADC2 de Arabidopsis thaliana y de la enzima ZmSPMS1 de Zea mays a través de fusiones traduccionales con la proteína verde fluorescente (GFP), y la interacción proteína-proteína mediante la complementación bimolecular por fluorescencia (BiFC). Nuestros datos mostraron que las enzimas ADC de A. thaliana se localizan en el citoplasma y en el cloroplasto, y son capaces de formar homodímeros Es interesante mencionar que encontramos la formación de heterodímeros entre AtADC1 y AtADC2. También, demostramos que la enzima ZmSPMS1 de maíz interactúa consigo misma en el citoplasma. Con el fin de obtener una mejor comprensión de la oligomerización de la ZmSPMS1, se generaron construcciones truncas en esta proteína. Encontramos que la deleción de la región C-terminal de la ZmSPMS1 abate su dimerización. Además, la versión trunca recombinante fue incapaz de generar espermina en la bacteria Escherichia coli. Estos datos sugieren que estas tres enzimas AtADC1, AtADC2 y ZmSPMS1 pueden actuar en complejos para regular su actividad enzimática y su estabilidad. Finalmente, la localización sub-celular específica de estas enzimas implica que la biosíntesis de PAs se lleva acabo en diferentes compartimentos de la célula y esto sugiere funciones específicas de cada poliamina."

"Polyamines (PAs) are ubiquitous positively charged metabolites that play an important role in fundamental cellular processes. The arginine decarboxylase enzyme (ADC) catalyzes the production of agmatine from arginine, which is the precursor of the first PA known as putrescine. After, putrescine is turned into the higher PAs, spermidine, and spermine; in turn, spermine synthase (SPMS) catalyzes the formation spermine. In the present study, we examined the subcellular localization of AtADC1, AtADC2, and ZmSPMS1 enzymes from Arabidopsis thaliana and Zea mays, respectively, through green fluorescence protein (GFP) translational fusions and its dimerization was evaluated using a Bimolecular Fluorescence Complementation (BiFC) approach. First, our A. thaliana ADC data revealed that these enzymes are cytosolic and chloroplastic proteins able to form homodimers with the same localization. Interestingly, we found the formation of AtADC1/AtADC2 heterodimers. Second, we demonstrated that the Z. mays ZmSPMS1 enzyme interacts with itself in the cytoplasm. In order to gain a better understanding of ZmSPMS1 protein interaction, two truncated constructs of ZmSPMS1 protein were generated. We found that the deletion of C-terminal ZmSPMS1 region dramatically abated the ZmSPMS1-ZmSPMS1 protein interaction. We found that the C-terminal ZmSPMS1 truncated version fail to generate spermine in Escherichia coli cells. These data suggest that these three AtADC1, AtADC2, and ZmSPMS1 enzymes can act as complexes to regulate its enzymatic activity and protein regulation, also the specific localization of these enzymes indicates that biosynthesis takes place in different compartments suggesting specific functions of each polyamine."