Brasinolida

La brasinolida es una hormona vegetal . El primer brasinósteroide aislado se descubrió cuando se demostró que el polen de la colza ( Brassica napus ) podía promover la elongación del tallo y la división celular. ^[1] El componente biológicamente activo fue aislado y se lo denominó brasinolida. ^[2]

La producción de brasinolida comienza con un esterol estrechamente relacionado llamado campesterol, que se encuentra en la membrana celular. Inicialmente, se reduce por una enzima llamada DET2. A esto le sigue una serie de reacciones de oxidación, facilitadas por las enzimas del citocromo P-450, que añaden grupos hidroxilo a la molécula. La más significativa biológicamente de estas reacciones es la oxidación de C6, donde se forma una cetona en la posición del carbono C6. Esta única reacción aumenta la actividad biológica de la molécula por un factor de 200. Dependiendo de cuándo ocurre esta oxidación de C6, se la conoce como vía de oxidación temprana o tardía de C6. Ambas vías sintéticas se han observado en plántulas de Arabidopsis . Parece que la vía de oxidación tardía de C6 predomina cuando las plántulas están expuestas a la luz, mientras que la vía temprana está activa en ausencia de luz. Si la planta no puede realizar la oxidación de C6, da como resultado el "fenotipo enano", caracterizado por graves déficits de crecimiento. ^[3]

Finalmente, en Arabidopsis, el proceso de lactonización de Baeyer-Villiger ocurre a través de la acción de las dos enzimas homólogas CYP85A1 y CYP85A2, dando lugar a la formación de brasinolida. ^[4] Alternativamente, existe una vía sintética sugerida que comienza a partir del colesterol, dando lugar a los brasinoesteroides C27. ^[5]

Los brasinoesteroides, en particular el potente brasinólido, desempeñan un papel crucial en el control de varios procesos de las plantas, como la germinación, el envejecimiento y la capacidad de soportar el estrés ambiental y biológico. ^[6] Debido a esto, investigadores de todo el mundo han estudiado exhaustivamente organismos modelo como Catharanthus roseus y Arabidopsis desde que se aislaron por primera vez en 1979. ^[7] Estos organismos han sido examinados a fondo, desde cómo reciben señales de brasinólido hasta cómo estas señales afectan la expresión genética.

En Arabidopsis, el proceso comienza con el receptor BRI1 (receptor insensible a brasinosteroides 1). Este receptor es un tipo de proteína llamada quinasa del receptor rica en leucina y permite que la brasinolida se adhiera a él desde fuera de la célula. Esta unión provoca un cambio en la forma del receptor, y luego interactúa con otra proteína llamada quinasa del receptor asociada a BRI1 1 (BAK1). Esta interacción da como resultado que ambas proteínas se modifiquen químicamente mediante la adición de grupos fosfato en un proceso llamado fosforilación. Esto, a su vez, desencadena una reacción en cadena dentro de la célula, activando algunas proteínas e inhibiendo otras, incluidas varias quinasas, fosfatasas y factores de transcripción . Entre las proteínas activadas se encuentran las quinasas de señalización BR (BSK1, BSK2 y BSK3). Su activación, a su vez, activa la fosfatasa supresora BRI11 (BSU1), que elimina un grupo fosfato de otra proteína llamada insensible a brasinosteroides 2 (BIN2). La eliminación de este grupo fosfato inactiva BIN2, una enzima importante. Como resultado, la proteína fosfatasa 2A (PP2A) puede eliminar grupos fosfato de dos factores de transcripción, brasinazol-resistente-1 (BZR1) y BRI1-EMS-supresor-1 (BES1), lo que les permite acumularse dentro del núcleo de la célula . Allí, controlan la expresión de genes diana específicos, que están involucrados en varios procesos celulares. Sin embargo, cuando no hay brasinolida cerca, un regulador llamado inhibidor de la quinasa BRI1 (BKI1) evita que el receptor BRI1 interactúe con el correceptor BAK1. Esto evita la activación de BIN2, lo que hace que BZR1 y BES1 se modifiquen químicamente mediante la adición de grupos fosfato. Estos factores de transcripción modificados luego interactúan con una proteína llamada 14-3-3 y se acumulan en el citoplasma de la célula. Finalmente, son descompuestos y degradados por un proteasoma 26S. De esta manera, la quinasa BIN2 actúa como un regulador negativo esencial, atenuando la actividad de los factores de transcripción centrales BES1 y BZR1. ^[6]

Los dos factores de transcripción BES1 y BZR1 regulan un gran número de genes implicados en la síntesis de hormonas, procesos de crecimiento y respuesta al estrés. Además, hay inhibición de la biosíntesis de BR, que es evidente ya 15 minutos después del tratamiento con brasinolida. ^[8] Por lo tanto, se inhibe la expresión de varios genes biosintéticos como el gen CPD, DWF4 y CYP85A2. ^[6] Estos codifican enzimas biosintéticas de brasinolida, por lo que el gen CPD codifica la monooxigenasa del citocromo P450, que en la vía de oxidación tardía de C6 oxida 6-deoxo-cathasterona a 6-deoxo teasterona y en el paso de oxidación temprana de C6 cataliza la reacción de catasterona a teasterona. La enzima CYP85A2 cataliza el paso final de la biosíntesis, es decir, la lactonización de Baeyer-Villiger de castasterona a brasinolida. Este circuito de retroalimentación negativa asegura la homeostasis de la hormona brasinólida.

La brasinolida induce genes que promueven el crecimiento como TCH4 y SAUR-Ac. El gen SAUR-Ac representa a los pequeños ARN regulados positivamente por auxina , estos pertenecen a los genes inducidos por la hormona auxina y proporcionan expansión celular. ^[9] Por lo tanto, los SAUR inhiben la fosfatasa PP2C-D para que la membrana plasmática H+-ATPasa no se desfosforile. La bomba de protones fosforilada activa puede así establecer un gradiente electroquímico en la pared celular. La acidez aumenta de 6 a 4,5-6 y según la hipótesis del crecimiento ácido, asegura la activación de las expansinas que escinden el enlace de celulosa y hemicelulosa . ^[10] TCH4 fue identificado como xiloglucano endotransglicosilasa (XET) mediante análisis de secuencia y actividad enzimática. Su función principal es la modificación de las paredes celulares. ^[11] Por lo tanto, la hemicelulosa está compuesta de xiloglucanos, que se construye a partir de polímeros de glucosa unidos por enlaces 1,4-β con residuos de xileno unidos por enlaces 1,6-β laterales. ^[12] Los xiloglucanos pueden formar enlaces de hidrógeno con las microfibrillas de celulosa y, por lo tanto, estabilizar estructuralmente la pared celular. Esto significa que XET puede modificar la estructura de la pared celular. Escinde las moléculas de xiloglucano, almacena parte de la energía y luego la consume nuevamente después de la expansión para la unión. Por lo tanto, durante la expansión de la migración celular, XET puede aflojar aún más la pared celular, lo que permite la absorción de agua. La presión interna resultante ( turgencia ) se compensa con la expansión de la pared celular, de modo que después de la reconexión, el resultado es una célula expandida. ^[11]

Tanto la brasinolida como la giberelina son interdependientes. El BZR1 en Arabidsopsis inhibe a DELLA, un regulador negativo de la transducción de giberelinas. Por lo tanto, la actividad en el promotor para la unión se reduce, por lo que la giberelina promueve la elongación celular. Y la interacción con DELLA produce una disminución en la afinidad de unión del BZR1 al ADN.

La brasinolida inhibe la defensa patógena inducida por el ácido jasmónico (JA) para lograr un equilibrio ideal entre crecimiento y defensa. En este caso, el factor de transcripción BES1 inhibe la expresión génica de PDF1.2a y PDF1.2b para reducir la de las defensinas proteicas antimicrobianas. Además, BES1 interactúa con los factores de transcripción MYB y reduce su actividad para reducir la biosíntesis de glucosinolatos (GS), que es un precursor importante de las sustancias de defensa contra los depredadores. ^[13]