Estudios funcionales de chaperonas de cobre involucradas en la biogénesis mitocondrial

Abstract

El Complejo IV o citocromo c oxidasa (COX) es la enzima terminal de la cadena respiratoria de la mitocondria y su ensamblado requiere la formación de centros de cobre en sus subunidades. Las proteínas COX17 y COX19 estarían involucradas en la inserción del cobre en COX. En Arabidopsis thaliana (Arabidopsis) encontramos dos genes que codifican proteínas COX17, denominados AtCOX17 -1 y AtCOX17-2, y dos genes AtCOX19 que codifican proteínas idénticas. En este trabajo de Tesis nos propusimos estudiar la función de las metalochaperonas de cobre AtCOX17 y AtCOX19. Estudios de microscopía confocal indicaron que ambas proteínas tienen localización mitocondrial coincidente con la función propuesta en la biogénesis de COX. La disminución de los niveles de expresión de AtCOX17 -1 y AtCOX17-2 en forma simultánea retrasa el crecimiento en Arabidopsis mientras que la disminución de la expresión de los genes AtCOX17 en forma individual no afecta el desarrollo de las plantas. Estos resultados sugieren redundancia funcional entre AtCOX17-1 y AtCOX17-2 en la biogénesis de COX. La disminución de la expresión de los genes AtCOX17 de manera individual genera plantas que presentan menor inducción de genes de respuesta a estrés y mayores niveles de anión superóxido y lípidos peroxidados luego del tratamiento con NaCl. Plantas con mayores niveles de AtCOX17-1 presentan menores niveles de lípidos peroxidados. Estos resultados indican que las proteínas AtCOX17 serían necesarias para que ocurra una respuesta eficiente a estrés en plantas. Además, AtCOX17-2 y AtCOX19 podrían estar involucradas en la homeostasis del cobre en Arabidopsis.

Complex IV or cytochrome c oxidase (COX) is the terminal enzyme of the mitochondrial electron transport chain. During COX assembly, copper must be inserted into the core subunits.COX17 and COX19 are involved in copper delivery in yeast. In Arabidopsis thaliana (Arabidopsis), two genes (AtCOX17-1 and AtCOX17-2) encode homologues of COX17 and two AtCOX19 genes (AtCOX19-1 and AtCOX19-2) encode identical proteins. In this work, we focused on the function of AtCOX17 and AtCOX19 in Arabidopsis. Our studies showed that both proteins are located in mitochondria, which is in agreement with their function in COX biogenesis. We also analyzed plants with reduced levels of AtCOX17 or AtCOX19. Silencing of both AtCOX17 genes strongly affected the growth of plant. Silencing of single AtCOX17 genes did not significantly affect plant growth or COX activity suggesting the existence of functional redundancy. Plants with reduced expression of individual AtCOX17 genes were unable to properly induce a set of stress-responsive genes and contained higher ROS and lipid peroxidation levels after a salt stress treatment. These results indicate that AtCOX17 genes have acquired functions related to stress responses. We also studied the role of AtCOX17 and At COx19 in copper homeostasis. Plants with increased expression of AtCOX19 or AtCOX17-2 showed a significant increase in the expression of genes involved in responses to copper limitation. Although AtCOX17 and AtCOX19 have similarities, they probably have different functions in plants. Our results suggest that AtCOX17 genes are involved in stress responses while AtCOX17-2 and AtCOX19 participates in modulating metal homeostasis.