Estudio de proteínas involucradas en la biogénesis de la citocromo c oxidasa y su papel en el metabolismo energético, el desarrollo vegetal y la respuesta a estrés

Abstract

La Citocromo c Oxidasa (CcO) es el complejo final de la cadena de transporte de electrones mitocondrial. COX10 está implicada en la biosíntesis del grupo hemo a, mientras que las proteínas del tipo Sco (HCC1 y HCC2) están involucradas en el tráfico e inserción de cobre en la CcO. Al estudiar plantas mutantes en COX10, se pudo observar que la proteína resulta esencial para el desarrollo de la semilla de Arabidopsis thaliana, además una reducción de su expresión, genera una disminución de la actividad CcO que impacta en la progresión de la senescencia. Al estudiar las proteínas del tipo Sco se observó que el perfil de transcripción global de plantas mutantes en HCC2 (hcc2) y plantas antisentido para HCC1 (asHCC1) presentaba una regulación opuesta en numerosos grupos de genes, principalmente de respuesta a estrés. En concordancia con esto, las plantas hcc2 fueron más tolerantes al estrés por NaCl mientras que las asHCC1 fueron más sensibles. Así mismo, estas plantas presentaron una respuesta transcripcional y fisiológica diferencial al NaCl, lo que concluye con una caída temprana en el ensamblado de la CcO así como en su actividad y respiración. Además, ensayos de BiFC indican que ambas proteínas son capaces de interaccionar in planta. Estos resultados sugieren que las proteínas HCC tendrían roles opuestos en la modulación de la respuesta a estrés y que la interacción entre ambas proteínas podría modular las propiedades redox de HCC1 y posiblemente su función en el ensamblado de la CcO y/o en la respuesta a estrés.

Cytochrome c oxidase (CcO) is the final complex of the mitochondrial electron transport chain. COX10 is a protein implicated in heme a biosynthesis, whereas Sco like proteins (HCC1 and HCC2) are involved in copper delivery and insertion in CcO. The study of COX10 mutant plants revealed the main role of this protein in seed development. Moreover, a reduction in its expression, result in a diminished CcO activity which impacts in senescence progression. Arabidopsis mutants in HCC2 (hcc2) and antisense plants for HCC1 (asHCC1) presented opposite transcriptional regulation of several set of genes, most of them associated with stress response. In agreement with this, these plants showed differential responses to NaCl stress: hcc2 plants were more tolerant than control plants and asHCC1 plants were more sensitive. Likewise, transcripts of stress-responsive genes showed earlier or increased induction in asHCC1 plants after long term treatments but the short term response of mitochondrial stress related transcripts was diminished or abolished. An opposite behavior was observed in hcc2 plants. The results suggest that Arabidopsis HCC proteins have developed roles beyond CcO assembly during plant evolution and have opposite roles in the modulation of plant stress responses. Both proteins are able to interact in planta according to bimolecular fluorescence complementation (BiFC) assays. We propose that HCC2, through these interactions, may modulate the redox properties of HCC1 and possibly its function in CcO assembly and/or stress responses.