Papel de las cascadas de las MAPKS (Mitogen Activated Protein Kinases) en la transducción de señales de estrés ambiental en macrófitos intermareales y árticos

Resumen

Las algas, al igual que las plantas vasculares, están frecuentemente expuestas a condiciones ambientales cambiantes. Para sobrevivir en estas situaciones han desarrollado una compleja red de señales bioquímicas que les permite percibir los cambios ambientales y desarrollar una respuesta que las proteja frente a los mismos. Cuando las plantas han de responder a una situación de estrés se pone en marcha una compleja red de fosforilaciones y defosforilacoines de quinasas de proteínas específicas denominadas MAP quinasas (Mitogen Activated Protein Kinases-MAPK), lo que lleva a la activación/desactivación de grupos de genes específicos. Estas proteínas constituyen tres cascadas bien descritas en células de mamíferos, en plantas y de manera escasa en algas. Los resultados esta Tesis Doctoral se han obtenido con especies de macrófitos procedentes de dos sistemas costeros muy diversos y que presentan peculiares características cada uno: el sistema intermareal de Punta Carnero (Algeciras) y el ecosistema costero Ártico de Ny Alesund (Spitsbergen). La elección de estos ecosistemas no es banal, ya que se trata de medios extremadamente variables. Nuestra hipótesis de trabajo es que al tratarse de sistemas altamente fluctuantes y hostiles, los organismos que los ocupan están realmente estresados, auqneu muy bien adaptados a esas condiciones, y sin duda, estos sistemas de control y respuesta han de estar bien desarrollados tanto en macrófitos intermareales como en macrófitos árticos. Los objetivos que se plantearon fueron los siguientes: 1. Desarrollar y poner a punto un método de extracción de proteínas fosforiladas eficiente en macroalgas, en el que se mantenga intacto el estado de fosforilación. 2. Determinar la presencia de proteínas MAPKs tipo-p38 y tipo-JNK en respuesta al aumento de temperatura y radiación ultravioleta en dos especies de Laminariales árticas. 3. Detectar y analizar la actividad de proteínas MAPKs tipo-p38 y tipo-JNK en respuesta al aumento de temperatura y radiación ultravioleta en dos especies de Laminariales árticas. La Memoria de Tesis Doctoral, y sus tres capítulos principales conforman la actualidad en cuanto al papel que desarrollan las quinasas de proteínas tipo MAPKs en la transducción de señales de estrés ambiental en macrófitos. En ella se ha desarrollado un nuevo procedimiento para detectar la presencia de homólogos de MAPKs en varias especies de macrofitos (Capítulo I), se ha planteado la hipótesis que defiende la fosforilación y defosforilación de quinasas de proteínas como p38 y JNK que cíclicamente experimentan macrófitos intermareales del sur de España, en respuesta al estrés ambiental impuesto en situación de marea baja y de alta irradiancia (Capítulo II), y se ha demostrado la activación de dos proteínas tipo MAPKs similares a p38 y JNK de mamíferos en dos especies de kelps árticas, en respuesta a factores ambientales estresantes como: aumento de temperatura y radiación UV (Capítulo III). Las principales conclusiones obtenidas en esta Tesis doctoral son: 1. Se ha desarrollado y puesto a punto un método novedoso y eficiente para la extracción de fosfoproteínas de macroalgas que preserva intacto el estado de fosforilación tipo MAPK. Este método constituye una valiosa herramienta en el estudio de la Ecología Molecular y la Proteómica de macroalgas. 2. Se ha detectado por primera vez la presencia y la activación de proteínas tipo MAPK tales como, p38 y JNK, en diferentes tipos de macrófitos. 3. Las proteínas tipo MAPK se encuentran involucradas en la respuesta al estrés ambiental en macrófitos intermareales de las costas del Sur de España. SE ha puesto de manifiesto la existencia de un ciclo de fosforilación/defosforilación de estas MAPKs tipo p38 y tipo JNK, de 40 y 42 KDa respectivamente, en respuesta a dos factores ambientales: la emersión y la radiación (PAR y UV). 4. La respuesta de fosforilación obtenida en el medio natural en ambas MAPKS (tipo p38 de 40 kDa y tipo JNK de 42 kDa) es diferente, y varía según el grupo de macrófitos. Las rodofíceas (Jania Rubens y Corallina elongata) son las que presentan una respuesta más rápida, seguidas de las clorofíceas (Chaetomorpha area y Ulva rigida) y por último de las heterocontofíceas (Dilophus spiralis y Dictyota dichotoma), desde el inicio de la emersión. La fosforilación de la MAPK tipo p38 precede en el tiempo a la fosforilación de la MAPK tipo JNK. 5. Se ha demostrado por primera vez la presencia y la activación de dos MAPKs (tipo p38 y tipo JNK), en dos especies de Laminares del Ártico en respuesta a estrés ambiental (aumento de la temperatura y radiación UV). La MAPK tipo p38 en Laminaria solidungula tiene un peso molecular de 40 KDa y de 42 KDa en Saccharina latissima, mientras que dos MAPKs tipo JNK se han detectado en ambas mostrando 42 y 36 KDa de peso molecular en Laminaria solidungula, y 40 y 36 KDa en Saccharina latissima. 6. La fosforilación de ambas MAPKs aumenta en respuesta al estrés ambiental. Existe una respuesta diferencial entre las especies de Laminariales árticas. S. latissima, que crece en la zona media sublitoral, muestra una mayor fosforilación a baja temperatura, mientras que en L. Solindugula, que crece a mayor profundidad, la fosforilación es mayor a la más alta de las temperaturas. 7. La exposición bajo PAR+UVA+UVB induce una mayor fosforilación que bajo PAR+UVA en L. solindugula, especialmente a 7º C. En S. latissima esta respuesta ocurre únicamente en al MAPK tipo JNK, mientras que no se encuentran diferencias en el caso de la fosforilación de la MAPK tipo p38 entre PAR+UVA y PAR+UVA+UVB a ninguna temperatura.