Las modificaciones post-traduccionales en extensinas son esenciales en la expansión polarizada de pelos radiculares en Arabidopsis thaliana

• Autores: Velásquez, Silvia Melina
• Año de publicación: 2014
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Estévez, José Manuel
• Materia: MODIFICACIONES POST-TRADUCCIONALES; HIDROXILACION; O-GLYCOSYLACION; PARED CELULAR; EXTENSINAS; EXPANSION POLARIZADA; PELOS RADICULARES; POST-TRANSLATIONAL MODIFICATIONS; HYDROXYLATION; O-GLICOSILATION; CELL WALL; EXTENSINS; POLARIZED EXPANSION; ROOT HAIRS
• Institución: Universidad Nacional de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Los pelos radiculares son células individuales especializadas en la absorción de agua y nutrientesque crecen mediante expansión polarizada, proceso compartido con los tubos polínicos, axones,e hifas de hongos. No obstante, las paredes celulares imponen límites al crecimiento por lo cual,en plantas, se debe estar constantemente incorporando nuevas moléculas para lograr elcrecimiento. Sus paredes celulares están compuestas por polisacáridos y proteínas ricas enhidroxiprolina (hydroxyproline-rich glycoproteins; HRPGs) que incluyen a las extensinas (EXTs). Lahidroxilación de Prolinas (Hyp), una modificación post-traduccional (MPT) temprana de las HRGPs, catalizada por las Prolil-4-hidroxilasas (P4Hs), define los subsecuentes sitios de Oglicosilaciónen las EXTs, que son principalmente arabinosiladas. En este trabajo se exploró lafunción biológica de las P4Hs, las arabinosiltransferasas y las EXTs asociadas al desarrollo delpelo radicular. Inhibición bioquímica o disrupción genética de las P4Hs resultó en unainterrupción del crecimiento polarizado en los pelos radiculares y en una reducción de laarabinosilación de las EXTs. En segundo lugar, se demostró que la prolil-4-hidroxilasa 5 (P4H5) yen menor medida P4H2 y P4H13, son centrales para el desarrollo del pelo mediado por EXTs. Mediante experimentos de intercambio de promotores y regiones catalíticas, se pudo mostrarque P4H2 y P4H13 tienen funcionalidades intercambiables pero son incapaces de reemplazar a P4H5. Estas tres P4Hs son direccionadas a la vía secretoria, más específicamente al Retículo y Aparato de Golgi, donde P4H5 forma dímeros con P4H2 y P4H13, sugiriendo la existencia decomplejos de proteínas P4Hs. En tercer lugar, se exploró la localización sub-celular y laespecificidad de sustrato de P4H5, como también la arquitectura de la pared celular resultanteen el mutante p4h5. También se analizó la significancia fisiológica de las MPTs en las EXTs. Específicamente, mutantes deficientes en Hyp-O-arabinosilación o en Ser-O-galactosialciónmostraron pelos más cortos, debido al efecto conjunto de una tasa de crecimiento más lenta yuna interrupción temprana del crecimiento. A su vez, nuestros hallazgos resaltan que ambostipos de O-glicosilación (Hyp-O-arabinosilación y Ser-O-galactosilación) son necesarios y tienenefectos aditivos en el correcto funcionamiento de las EXTs durante la expansión del peloradicular. Finalmente, a través de simulaciones de dinámicas moleculares se pudo explorar lainfluencia de los O-glicanos en una putativa, auto-ensamblada, conformación de triple hélice de EXTs. Nuestros resultados demostrarían que una correcta O-glicosilación de las EXTs seríaesencial para el auto-ensamblado de la pared celular y por lo tanto en la elongación del peloradicular en Arabidopsis thaliana.
Root hairs are single cells that develop by tip growth and are specialized in the absorption ofnutrients, a process shared with pollen tubes, axons, and fungal hyphae. However, structural cellwalls imposed constraints prompt utilization of new molecules to accomplish tip growth inplants. Their cell walls are composed of polysaccharides and hydroxyproline-rich glycoproteins (HRGPs) that include extensins (EXTs). Proline hydroxylation, an early post-translationalmodification (MPT) of HRGPs that is catalyzed by prolyl 4-hydroxylases (P4Hs), defines thesubsequent O-glycosylation sites in EXTs, which are mainly arabinosylated. Here, we exploredthe biological function of P4Hs, arabinosyltransferases and EXTs in root hair cell growth.Biochemical inhibition or genetic disruption of P4Hs resulted in the blockage of polarized growthin root hairs and reduced arabinosylation of EXTs. Secondly, we demonstrate that prolyl-4-hydroxylase 5 (P4H5), and to a lower extent P4H2 and P4H13, are pivotal for EXT-mediated roothair tip-growth. By P4H promoter and protein swaps approaches, it was shown that P4H2 and P4H13 have interchangeable functionalities but they cannot replace P4H5. These three P4Hs aretargeted to the secretory pathway, most specifically to the ER and Golgi compartments, where P4H5 forms dimers with P4H2 and P4H13 suggesting the existence of P4Hs protein complexes. Thirdly, we explored the subcellular localization and substrate specificity of the P4H5, as well asthe resulting cell wall architecture in the p4h5 mutant. We also addressed the physiologicalsignificance of the MPTs of EXTs. In particular, mutants who were deficient in Hyp-Oarabinosylationor in Ser-O-galactosylation showed shorter root hairs, due to both slowerkinetics and premature growth termination. In addition, our findings highlights that both Oglycosylationtypes (Hyp-O-arabinosylation and serine-O galactosylation) are required and haveadditive effects for correct EXT function in root hair cell expansion. Finally, molecular dynamicssimulations addressed the influence of O-glycans on a putative EXT self-assembled triple helixconformation. Our results demonstrate that correct O-glycosylation on EXTs is essential for cellwall self-assembly and hence root hair elongation in Arabidopsis thaliana.
Fil: Velásquez, Silvia Melina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.