Proteínas de choque térmico HSP70 y HSP90

El tratamiento más adecuado para la inducción embriogénica en Capsicum annuum L es el choque térmico. El choque térmico provoca en las microsporas el disparo de toda una serie de mecanismos de respuesta y protección ante sus efectos, que han sido profusamente descritos en numerosas especies tanto animales (Lindquist et al., 1986) como vegetales (Vierling et al., 1991). Tras el tratamiento de estrés, una de las primeras reacciones de la célula es la activación de los genes de choque térmico y la síntesis de proteínas de choque térmico (HSP).

Las HSP o chaperonas moleculares son proteínas que unen y estabilizan una conformación inestable de otra proteína y que, a través de uniones y liberaciones controladas, facilitan su función correcta in vivo; unen y ensamblan oligómeros, y los transportan a un compartimiento subcelular. Por último, colaboran en la degradación de proteínas (Harti et al., 1996).

Las HSPs fueron descubiertas por vez primera en la década de los años 60 en los cromosomas politénicos de las glándulas salivares de Drosophila (Ritossa et al., 1962). Las HSPs se engloban dentro de un grupo más amplio de proteínas denominadas genéricamente proteínas de estrés, que tiene esta denominación ya que se ha demostrado que dichas proteínas actúan en respuesta a diversas situaciones de estrés, no sólo a incrementos de la temperatura. Las proteínas de choque térmico son un grupo de polipéptidos intracelulares que se clasifica de acuerdo a su tamaño molecular en seis familias:

(a) las HSP de alto peso molecular de 100-110 kDa; (b) las HSP90 de 83-90 kDa;

(d) las HSP60; (e) las HSP40; y

(f) las HSP pequeñas de 15 a 30 kDa.

Los miembros de la familia de la proteína HSP 70 fueron las primeras proteínas observadas como inducibles al estrés. Es una proteína altamente conservada a lo largo de la evolución, que se encuentra en todos los organismos estudiados; desde bacterias y levaduras, hasta especies vegetales y seres humanos (Boorstein et al., 1994). Los miembros de la familia HSP70 son polipéptidos simples con dominios terminales en los cuales se agrupan, por un lado el ATP y por el otro las proteínas lesionadas por el estrés. Para el correcto funcionamiento de las HSP70 es necesaria la participación de otras familias de proteínas de choque térmico. Estas proteínas están localizadas en una gran variedad de compartimentos celulares, que incluyen el citosol, las mitocondrias (Dahlseid y col. 1994; Mooney y Harmey 1996), los glioxisomas (Cooper y Ho 1987) y el retículo endoplasmático (Cooper y Ho 1987; Vierling 1991; Brunner et al., 1994), además de los cloroplastos (Vierling et al., 1986), los filamentos de actina del citoesqueleto (Tsang et al., 1993), el núcleo (Hendrick y Harti; 1993; Cooper y Ho 1987; Vierling 1991) y el nucleolo (Morcillo et al., 1997). En células de mamíferos, el citoplasma contiene la HSP70 inducible, y formas constitutivas de Hsc70 que tienen una correlación estrecha con la primera y que son las que más se expresan en su constitución (Leppa y Sistonen 1997).

En plantas, muchos de los trabajos están enfocados en los efectos del choque térmico en condiciones normales y, principalmente, desde un punto de vista fisiológico. Respecto al HSP70, también ha sido estudiada su función y localización. (Cooper y Ho 1987; Lin et al., 1984; Lindquist et al., 1986; Vierling et al., 1991). En células meristemáticas de la raíz de Allium cepa se ha observado al M.E.T. la aparición de gránulos densos de proteínas citoplásmicas tras la exposición a temperaturas de 38 - 40 ºC (Risueño et al., 1973). Estos mismos gránulos se han descrito posteriormente en tomate, dándoseles la denominación de heat shock granules (HSG) (Neumann et al., 1989). Se les ha atribuido una función protectora, y en ellos se ha detectado la presencia de HSP70 (Nover et al., 1989).

En cultivos embriogénicos de microsporas de Brassica napus se han observado cambios en la localización de la proteína de HSP70 que se encuentra en el citoplasma antes de la inducción, y que pasa a localizarse principalmente en el núcleo tras la inducción (Cordewener et al., 1995; Seguí-Simarro et al., 2003). Todavía no hay datos sobre Capsicum annuum excepto los de nuestro trabajo preliminar (Bárány et al., 2001).

La proteína HSP90 es la segunda proteína de choque térmico más conservada, después de HSP70 (Lindquist et al., 1986). En eucariotas se ha documentado su localización en forma constitutiva en el citoplasma (Lindquist et al., 1986; Hendrick y Harti 1993; Hemoto y Sato 1998), y su fuerte inducción tras la exposición a elevadas temperaturas (Vázquez-Nin et al., 1992). La HSP90 es una proteína hidrofóbica y su hidrofobicidad se incrementa tras el choque térmico. La HSP90 presenta al igual que la HSP70 dos dominios terminales (el campo amino y el carboxi) muy cargados, de manera que esta proteína presenta un gran potencial para unir proteína desplegada, sobre todo en el dominio carboxilo terminal hasta que se repliega. Estudios recientes han demostrado que la HSP90 posee un lugar de unión de ATP y una capacidad de autofosforilización, experimentando un cambio conformacional después de la adición de ATP (Csermely et al., 1998). Aunque la estructura primaria de HSP90 fue descrita hace muchos años, poco se conoce acerca del papel funcional de varios de los segmentos de la proteína. Es una proteína que evita el agrupamiento de proteína dañada por el estrés térmico, para que pueda ser replegada y activada de nuevo.

En plantas de Arabidopsis thaliana, han sido detectados homólogos en plastidios (Ludwig-Muller et al., 2000). Es sabido que el gen HSP90 se expresa en embriones de ciertas especies vegetales como el maíz (Marrs et al., 1993), en Dacus carrota (Milioni et al., 2001) y en Brassica napus (Seguí-Simarro et al., 2003). Otros genes HSP se expresan durante el desarrollo del embrión (Almoguera y Jordano 1992; Coca et al., 1994; Carranco et al., 1997; Almoguera et al., 1998). Por lo tanto, parece que existe una relación entre la expresión de los genes HSPs y la embriogénesis. Se ha estudiado la localización de la proteína de HSP90 en microsporas inducidas y no inducidas de Brassica napus (Seguí- Simarro et al., 2003). Sin embargo, todavía no se dispone de información sobre el papel de HSP90 en el sistema de embriogénesis de polen de Capsicum annuum.