Inmaculada Yruela
Grupo de Biología Computacional y Estructural.
Estación Experimental de Aula Dei
Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)
i.yruela@csic.es

A finales de los años ochenta del pasado siglo, cuando muchas estructuras tridimensionales de proteínas se estaban resolviendo con éxito mediante cristalografía y difracción de rayos X, llamó la atención de los investigadores que algunas proteínas escapaban de los procedimientos experimentales, no pudiéndose resolver sus estructuras con las técnicas disponibles. Ocasionalmente, se encontraban proteínas con ‘anomalías’, es decir, que no presentaban una correcta estructura tridimensional según las reglas establecidas. Tras abandonarlas al principio por defectuosas, algunos investigadores se interesaron por ellas y acabaron convirtiéndolas en un nuevo paradigma de la biología molecular. Es lo que conocemos como proteínas dúctiles o IDPs. Hoy es bien aceptado que la falta de estructura en las proteínas es también una característica útil – la flexibilidad o ductilidad en las proteínas es una propiedad que a menudo resulta crucial para su funcionamiento.

El desarrollo de la genómica, la proteómica y las herramientas computacionales está contribuyendo a que los datos disponibles sobre los proteomas (secuencias de proteínas codificadas por un genoma) de una gran variedad de organismos, las plantas incluidas, hayan aumentado exponencialmente en los últimos años y sean accesibles para la comunidad científica. Por eso hoy tenemos acceso a numerosas bases de datos que contienen las secuencias de las proteínas tanto de especies de plantas modelo como de plantas de interés agronómico. Esta información es muy valiosa y útil para encontrar rasgos específicos en los organismos que nos ayuden a comprender cómo viven, se desarrollan y se adaptan al medio ambiente. Estos desarrollos también han contribuido de forma muy importante para el conocimiento de las proteínas dúctiles.

Un conjunto de proteínas enriquecido en regiones dúctiles o flexibles son los factores de transcripción que reconocen el ADN u otras proteínas. Se estima que el 80-90% de los factores de transcripción en una planta tienen regiones dúctiles, porcentaje muy superior a la media del contenido de regiones dúctiles en un proteoma vegetal (45-55%). Los factores de transcripción intervienen en el control de la transcripción del ADN, que da lugar a la síntesis de las proteínas. Reconocen trozos de ADN concretos y se unen a ellos de forma específica cerca del sitio de inicio de la transcripción de modo que la controlan; suelen ser específicos para cada gen. Las regiones flexibles asisten o ayudan al reconocimiento molecular del ADN u otras proteínas, esenciales para realizar su función reguladora.

Hoy se conocen más de 400 proteínas implicadas en la regulación de los genes que intervienen en los mecanismos de desarrollo y adaptación de las plantas a distintos ambientes. En las plantas se han descrito factores de transcripción relacionados con la respuesta a la aclimatación y la tolerancia a estreses abióticos tales como la sequía, el frio o la vernalización, el calor, la salinidad, entre otros. Por ejemplo, los factores de transcripción de las familias MYB, bHLH y bZIP, entre otros. Así, la estrecha relación de la flexibilidad de las proteínas con los mecanismos de regulación de la expresión de los genes facilita la aparición de nuevos fenotipos como respuesta a la adaptación a un nuevo ambiente.

Figura 1. Modelo estructural de la dehidrina WZY2 de trigo. Yang et al. (2015) Front. Plant Sci. 6: 406.  https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00406

Además de los factores de transcripción, se han encontrado proteínas dúctiles, por ejemplo, las proteínas LEA o las dehidrinas, que tienen un papel esencial en la protección contra la sequía o las bajas temperaturas.  Son proteínas de tipo chaperona que se acumulan en gran cantidad en las semillas y en los tejidos vegetativos cuando las plantas se exponen a condiciones de limitación de agua. Las proteínas LEA y las dehidrinas, gracias a la alta flexibilidad de su estructura (Figura 1) y su alta capacidad para unirse al agua (las regiones dúctiles son muy hidrófilas), intervienen y permiten que las plantas toleren y se adapten a condiciones de baja disponibilidad de agua. Las dehidrinas protegen la función de algunos enzimas y la actividad celular. Hoy en día se estudia la estimulación de estas proteínas para proteger los cultivos y las plantas frente a diferentes condiciones adversas (Figura 2).

Figura 2. Sobreexpresión de la dehidrina WCOR410 de trigo en hojas de fresa expuestas a -15 ᵒC (línea inferior); hojas control (línea superior). Houde et al. (2004) Plant Biotech. J 2, 381-387, https://doi.org/10.1111/j.1467-7652.2004.00082.x.

Otro ejemplo de proteínas dúctiles en plantas son las proteínas DELLA que controlan la expansión celular y permiten combinar los estímulos ambientales y el desarrollo. Los genes que codifican las proteínas DELLA captaron la atención de los mejoradores genéticos de cultivos en los años sesenta del siglo XX, en lo que se llamó la “revolución verde”, que consiguió un incremento de la productividad agrícola de cereal (maíz, arroz y trigo) y por tanto de alimentos en numerosos países en vías de desarrollo. Pero esto sucedió mucho antes de que se conocieran los detalles de su estructura y antes de que se desvelara cómo una planta es capaz de integrar las señales endógenas y las ambientales y traducirlas en una respuesta fisiológica, todo ello debido, como ahora sabemos, a la ductilidad de las proteínas.

Más información en: Yruela I (2016) Qué sabemos de.. Las proteínas dúctiles. Los Libros de la Catarata – CSIC, Madrid; Yruela I (2015) J. Plant Phys. 182: 62-78, doi: 10.1016/j.jplph.2015.05.006; Yruela I, Oldfield CJ, Niklas KJ, Dunker AK (2017) Genome Biol. Evol. 9 (5): 1248-1265, doi: 10.1093/gbe/evx073.