En respuesta al estrés físico, químico y/o biológico, las plantas producen una serie de proteínas denominadas genéricamente como «pathogenesis-related proteins» (PR). Dentro de éstas se encuentra el grupo de las proteínas de la Clase 10 (PR10) cuya función, más allá de ser producidas en situaciones de estrés, permanece desconocida. Las proteínas PR10 tienen una amplia distribución en el reino vegetal. Se caracterizan por presentar una estructura altamente conservada compuesta por unos 160 aminoácidos, que incluye 3 hélices α y siete láminas β antiparalelas que encierran una cavidad hidrofóbica probablemente esencial para su función ya que presenta la configuración óptima para la unión específica de ligandos naturales (1). Su superficie exterior es también de gran interés biológico ya que en ella se localizan los aminoácidos responsables de su interacción con otras proteínas. En particular, un subgrupo de proteínas PR10 presentes en ciertos alimentos causan reacciones alérgicas en humanos como consecuencia de los determinantes antigénicos que conforman su superficie.
Sorprendentemente, la clave para llegar a conocer la acción molecular y la función de estas proteínas PR10 viene dada por una proteína, que no es de la familia, pero que presenta una estructura muy similar. Se trata de la proteína PYR/PYL/RCAR, el receptor de la hormona ácido abscísico (ABA) (2). Su patrón de plegamiento es común en el grupo de proteínas con dominio START, muy extendido en diferentes reinos. El ABA desempeña en las plantas una función reguladora importante, tanto en procesos del desarrollo como en respuesta a las situaciones de estrés hídrico. Se trata de un compuesto con 15 átomos de carbono, que incluye un oxociclohexeno y varios grupos hidroxilo, y que encaja en la cavidad de la proteína PYR/PYL/RCAR, donde es estabilizado por el conjunto de interacciones tanto polares como hidrofóbicas de sus diferentes grupos funcionales (3). Esta interacción molecular tiene dos consecuencias. Una primera es un cambio conformacional en el complejo ABA-receptor. La segunda es la participación de otra proteína interactora con el complejo ABA-receptor, una proteína fosfatasa del tipo 2C del grupo A. La fosfatasa actúa como regulador negativo de la señalización por ABA. Este modelo de interacción específica de una proteína con un pequeño ligando que condiciona una interacción ulterior con otra proteína es un comportamiento recurrente en la acción de casi todas las hormonas vegetales.
El modelo de interacción molecular ABA-receptor-proteína fosfatasa da respuesta a la función de sus componentes, tanto a nivel celular como a nivel de organismo entero. Sin embargo, su extensión al caso de las proteínas PR10 solo ha tenido un valor limitado. Así, una de las proteínas PR10 más estudiada es la que corresponde al alérgeno del polen de abedul, conocida como Bet v 1. Su estructura ha sido resuelta por cristalografía en unión a ligandos naturales tales como naringenina y kinetina, pero más allá de esta interacción molecular, el significado funcional es desconocido.
La fresa cultivada es una baya de consumo común con un alto contenido en compuestos fenólicos, entre los que destacan los flavonoides, que dan al fruto su color característico. Estos compuestos presentan, entre otras, propiedades antioxidantes que permiten considerar a la fresa como un fruto beneficioso para la salud humana. Sin embargo, también es un fruto catalogado como alergénico. En el centro de ambos hechos está una proteína de la familia PR10 denominada Fra. El silenciamiento específico de Fra en los frutos de fresa ha permitido establecer que ésta proteína puede ser un elemento regulador en la producción de flavonoides (4). Estudios cristalográficos y biofísicos han identificado a algunos flavonoides, como la catequina o la naringenina, como ligandos específicos de las proteínas Fra (5) (Figura 1). Aunque valiosa, esta información de interacción molecular es limitada. No solo hay que comprobar la realidad in vivo de esta interacción Fra -flavonoide, sino que cabría esperar la concurrencia de un tercer participante, una proteína interactora. Existen limitaciones importantes para seguir avanzando en el conocimiento de la acción molecular de Fra y su función biológica. Para el estudio de las interacciones moleculares, la identificación de los ligandos fisiológicos y las medidas de su afinidad de unión sigue representando un reto para la Bioquímica más tradicional y reduccionista. Técnicas biofísicas en constante desarrollo tratan de soslayar este problema con posibilidades de estudio in vitro e in vivo, desde las técnicas más consolidadas basadas en difracción de rayos X, RMN, calorimetría y resonancia de plasmones superficiales, hasta las más recientes de termoforesis y reflectometría. Para los estudios funcionales, campo de la Biología de Sistemas propio de la Bioquímica más actual, se necesita de estudios sistémicos que se apoyen en modelos que integren y analicen la gran cantidad de datos experimentales que hoy se pueden obtener por las técnicas etiquetadas como «ómicas». Ambas limitaciones están entre los desafíos más importantes que tiene hoy la Bioquímica y la Biología Molecular.
Referencias:
- Fernandes H, Michalska K, Sikorski M, Jaskolski M. 2013. FEBS J. 280: 1169-1199.
- Park SY, Fung P, Nishimura N, Jensen DR, Fujii H, Zhao Y, Lumba S, Santiago J, Rodrigues A, Chou TF, Alfred SE, Bonetta D, Filkenstein R, Provat NJ, Desveaux D, Rodríguez PL, McCourt P, Zhu JK, Schroeder JI, Volkman BF, Ciutler SR. 2009. Science 324: 1068-1071.
- Santiago J, Dupeux F, Round A, Antoni R, Park SY, Jamin M, Cutler SR, Rodríguez PL, Márquez JA. 2009. Nature 462: 665-668.
- Muñoz C, Hoffmann T, Medina-Escobar N, Ludemann F, Botella MA, Valpuesta V, Schwab W. 2010. Molec. Plant 3: 113-124.
- Casañal A, Zander U, Muñoz C, Dupeux F, Luque I, Botella MA, Schwab W, Valpuesta V, Márquez JA. 2013. J Biol. Chem. 288: 35322-35332.