Descripción esquemática del mecanismo molecular que une la luz y el desarrollo del cloroplasto (creado por Daria Chrobok):cuando la célula recibe luz por primera vez, los etioplastos (parte superior izquierda) se convierten en cloroplastos (parte superior derecha). El fotosistema II (PSII) comienza a utilizar la energía de la luz para dividir el agua. Los electrones liberados se transfieren a través de la cadena de transporte de electrones que consiste en plastoquinona (PG), citocromo b (Cyt b6f) y plastocianina (PC) al fotosistema I (PSI). Desde PSI, los electrones se transfieren en varios pasos a la tiorredoxina, que se oxida y luego transfiere los electrones a PRIN2. PRIN2 ahora puede activar PEP y PEP activa la expresión de los genes relacionados con la fotosíntesis. Crédito:Universidad de Umea
Durante mucho tiempo se ha asumido que la luz activa la expresión de genes cloroplásticos a través de la denominada regulación redox mediada por tiol. Sin embargo, el mecanismo que dio lugar a esta regulación ha sido esquivo hasta ahora. Åsa Strand y su grupo en el Centro de Ciencias Vegetales de Umeå ahora han identificado los componentes involucrados en este mecanismo regulador redox. Sus resultados se publican en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
El cloroplasto es el lugar de la célula donde se produce la fotosíntesis. Cuando una plántula sale del suelo, gradualmente se vuelve verde, y durante este proceso de enverdecimiento, la maquinaria fotosintética en los cloroplastos se desarrolla y se vuelve completamente funcional. El establecimiento de la fotosíntesis es un proceso complicado que implica la activación de la expresión génica en el cloroplasto en respuesta a la luz. Åsa Strand y su grupo identificaron un componente que conecta la señal luminosa con la activación de la expresión génica en el cloroplasto.
Se demostró que ciertas proteínas, llamadas tiorredoxinas, transferir electrones, derivado principalmente de la luz, a la proteína PRIN2 (PLASTID REDOX INSENSITIVE2). PRIN2 se reduce y cambia su estructura de un dímero (es decir, dos proteínas PRIN2 están unidas) a un monómero (proteínas individuales). Los monómeros PRIN2 activan entonces la expresión del gen fotosintético en el cloroplasto. Este tipo de regulación se denomina regulación redox mediada por tiol porque el grupo químico funcional que media la transferencia de electrones es el grupo tiol que contiene azufre.
"Identificamos PRIN2 hace varios años. Sabíamos que era sensible a los cambios redox y que era necesario para la expresión génica normal en el cloroplasto", explica Åsa Strand. "Ahora hemos demostrado que PRIN2 está regulado por la luz a través de tiorredoxinas y que luego activa un complejo de proteínas llamado PEP. Este complejo de proteínas es responsable de la expresión de los genes relacionados con la fotosíntesis en el cloroplasto".
El complejo proteico PEP (ARN polimerasa codificada por plastidios) lee la información almacenada en el ADN del genoma del cloroplasto y la copia en ARN (ácido ribonucleico). El ARN sirve entonces como plantilla para traducir la información almacenada en el ADN en proteínas. La PEP es un gran complejo de proteínas que necesita varias proteínas asociadas para lograr su función completa. Una de estas proteínas asociadas es PRIN2.
Las proteínas necesarias para una maquinaria fotosintética completamente funcional están codificadas en parte en el núcleo y en parte en el genoma del cloroplasto de una célula. Por lo tanto, Se requiere alguna forma de comunicación entre los dos compartimentos celulares para garantizar que todos los componentes estén disponibles en el momento adecuado durante el desarrollo de las plántulas. PRIN2 juega un papel esencial en la comunicación entre los dos compartimentos porque el estado del complejo PEP vincula el estado funcional del cloroplasto al núcleo, permitiendo a la planta sincronizar la expresión de genes fotosintéticos de los genomas nuclear y del cloroplasto durante el desarrollo de las plántulas.
