Regulação e identificação de componentes a montante da via de sinalização de morte celular mediada por DCD/NRP1.

Abstract

A resposta adaptativa de plantas a condições de estresse é um dos principais desafios na agricultura pois afeta parâmetros de crescimento, desenvolvimento e produtividade. Os estresses abióticos ganham destaque pois estão intimamente relacionados com esses parâmetros, e frequentemente ocorrem simultaneamente no campo, como alterações de temperatura, seca e estresse nutricional. A compreensão de como plantas alteram seu metabolismo em resposta a condições adversas únicas vem sendo analisada intensivamente durante anos, porém há a necessidade de entender como elas se comportariam em resposta a múltiplos estresses. A via de sinalização mediada por DCD/NRP1 é ativada em resposta a diferentes estímulos ambientais, resultando na indução de programas de morte celular derivado de estresses prolongados. Além disso, aumento dos níveis do chaperone molecular BiP atenua a expressão e atividade dos componentes dessa via, promovendo assim uma melhor adaptação de plantas a condições adversas. Na presente investigação, foi demonstrado que uma correlação entre a expressão de DCD/NRP1 com transdutores responsivos a sinais de acúmulo de proteínas mal dobradas, proteína G heterotrimérica, luz e ácido abscísico, indicando um papel chave de DCD/NRP em mecanismos sinalizadores. Posteriormente, procurou-se elucidar os mecanismos que conectam a via de morte celular DCD/NRP com seu modulador negativo BiP que se encontram espacialmente separados dentro da célula. Análise do possível envolvimento de transdutores de sinais presentes na membrana do retículo endoplasmático na ativação da via de morte celular demonstrou que a subunidade β da proteína G (AtAGB1) atua como componente a montante da via de sinalização mediada por DCD/NRP1. Foi demonstrado que os genes componentes da via de morte celular mediada por DCD/NRP requerem AGB1 para indução em resposta a estresse osmótico e do retículo endoplasmático. Além disso, o mutante agb1-3 demonstrou ser mais tolerante a condições adversas de estresse no retículo endoplasmático e por seca, fenótipo revertido em linhagens agb1-3 transformadas ectopicamente com AtAGB1 e intensificado em linhagens superexpressando AtAGB1. Além disso, a expressão de AGB1 em condições de estresse também foi modulada pelo chaperone molecular BiP. Coletivamente esses dados indicam que AGB1 atua como integrante a montante de NRP na via de sinalização que integra sinais de múltiplos estresses em programas de morte celular.

The plant adaptive stress response is one of the main indicators of growth, development, and productivity. Abiotic signals are prominent because they frequently occur simultaneously in the field, as one kind of stress leads to the other, including alterations in temperature, salinity, drought, and nutritional deprivation. The understanding of how plants alter their metabolic status in response to a unique stress signal has been extensively addressed; however, the understanding of the integration of multiple stress responses is needed. The DCD/NRP- mediated cell death signaling pathway is activated in response to different stimuli. This activation results in the integration of multiple stress signals into a cell death program derived from prolonged stress conditions. Moreover, enhanced accumulation of the molecular chaperone BiP attenuates the expression and activity of the components of this cell death pathway; thus, promoting a better adaptation of plants to adverse conditions. In this investigation, we demonstrated a correlation between the expression of DCD/NRP-mediated cell death components with transducers of the unfolded protein response, G protein signaling, light and abscisic acid accumulation, which implicates DCD/NRP1 as a crucial player in signaling mechanisms. Then, we examined the mechanisms that connect the DCD/NRP1 cell death pathway with its negative modulator, BiP, that are spatially separated in the cell. Analyses of the possible involvement of endoplasmic reticulum (ER) membrane-associated transducers in the cell death pathway activation indicated that the G protein subunit AtAGB1 acts as an upstream component of this pathway. We demonstrated that osmotic- and ER-stress induction of pathway components was prevented in the agb1-3 mutant. In addition, the agb1-3 mutant was more tolerant to ER stress, osmotic stress, and drought; phenotype, which was reversed by ectopic expression of AtAGB1 in agb1-3 and intensified in AtAGB1 overexpressing lines. Furthermore, the expression of AGB1 under stress conditions was negatively modulated by BiP. Collectively, these data indicate that AGB1 may be an upstream component of DCD/NRP- mediated cell death pathway in connection with other G signaling pathways.