El papel de la mitocondria en la regulación del crecimiento mediado por la vía TOR.

Abstract

El proceso de respiración celular llevado a cabo en las mitocondrias resulta esencial para la obtención de energía en los organismos vivos. Tanto en plantas como en animales la alteración en los niveles de expresión de ciertos componentes de la cadena de transporte de electrones mitocondrial (ETC) afecta el crecimiento, el desarrollo, la senescencia o el envejecimiento y las expectativas sobre la duración del tiempo de vida. Por otro lado, existen en la célula una serie de vías reguladoras centrales representadas, entre otras, por la quinasa TOR (TARGET OF RAPAMYCIN). La vía TOR participa en la coordinación de las repuestas celulares frente a estímulos como la disponibilidad de nutrientes y energía, las vías hormonales y las situaciones de estrés. En plantas, tiene singular importancia durante la embriogénesis, la germinación, la floración, la regulación de los niveles de almidón y la generación de biomasa. Fundamentado en nuestros resultados previos, proponemos investigar la relación existente entre la actividad respiratoria mitocondrial a través de la hemoproteína Citocromo c (CYTc), la activación de la vía TOR, y el crecimiento en función de la disponibilidad de nutrientes, utilizando como organismos modelo Arabidopsis thaliana y Drosophila melanogaster. En el laboratorio contamos con líneas de plantas (cytc-1b, cytc-2a, cytc-1b2a, cytc-1b2b y 35S::CYTC) y moscas (UAS-cytcRNAi y UAS-cytc) con niveles alterados de CYTc. Además, estamos caracterizando mutantes en componentes de la vía TOR en plantas (tor-es, s6k, raptor, lst8, rps6b, yak1) y en Drosophila (UAS-Rheb, UAS-TORTED, UAS-RaptorRNAi, TOR2L1, TSCQ87X, UAS-S6K). Mediante el cruzamiento de mutantes, estudiaremos las vías que intercomunican a la mitocondria, ante un déficit en la actividad respiratoria, con las respuestas celulares desplegadas a través de la vía TOR. De acuerdo con nuestra hipótesis, los cambios en la función mitocondrial impactan en las vías de señalización que regulan el crecimiento y el desarrollo en respuesta a la percepción de los niveles de nutrientes mediadas por TOR. Además, debido a la correlación entre los fenómenos observados y a la alta similitud de secuencia entre las proteínas TOR presentes en plantas y animales, proponemos que sus mecanismos de acción, blancos moleculares y funciones estarían altamente conservados, pudiendo haber evolucionado de una vía ancestral común, anterior a la adquisición del metabolismo fotosintético en los organismos eucariotas.

Cellular respiration process carried out in the mitochondria is essential for obtaining energy in living organisms. In both plants and animals, alteration in the expression levels of certain components of the mitochondrial electron transport chain (ETC) affects growth, development, senescence or ageing, and expectations about the duration of life cycle. On the other hand, there are a series of central regulatory pathways in eukaryotic cells represented, among others, by the TOR kinase (TARGET OF RAPAMYCIN). The TOR pathway participates in the coordination of cellular responses to stimuli such as the availability of nutrients and energy, hormonal pathways and stress situations. In plants, it is of particular importance during embryogenesis, germination, meristem activation, and early seedling development, flowering, regulation of starch levels, and biomass generation. Based on our previous results, we propose to investigate the interconnection between mitochondrial respiratory activity through the hemoprotein Cytochrome c (CYTc), the activation of the TOR pathway, and the growth depending on the availability of nutrients; using Arabidopsis thaliana and Drosophila melanogaster as model organisms. We have mutant plant lines (cytc-1b, cytc-2a, cytc-1b2a, cytc-1b2b y 35S::CYTC) and flies (UAS-CytcRnai y UAS-Cytc) with altered levels of CYTc. Furthermore, we are characterizing mutants in components of the TOR pathway in plants (tor-es, s6k, raptor, lst8, rps6b, yak1) and in Drosophila (UAS-Rheb, UAS-TORTED, UAS-RaptorRNAi, TOR2L1, TSCQ87X, UAS-S6K). Through the crossing of mutants, we will study the possible pathways that interconnect the mitochondria with a deficit in respiratory activity, with the cellular responses displayed through the TOR pathway. Consistent with our hypothesis, changes in mitochondrial function impact signalling pathways that regulate growth and development in response to perception of nutrient levels mediated by TOR kinases. Furthermore, due to the correlation between the phenomena observed in plants and animals and the high sequence similarity between the TOR proteins present in both organisms, we propose that their mechanisms of action, molecular targets and functions would be highly conserved, and may have evolved in one common ancestral way, prior to the acquisition of photosynthetic metabolism in eukaryotic organisms.