La proteína TOR puede ser clave en el control del crecimiento de las plantas

La comprensión de la actividad de esta cinasa y su manipulación genética abrirían nuevas perspectivas con miras a aumentar la cantidad y la calidad de la biomasa

Por José Tadeu Arantes  |  Agência FAPESP – Las moléculas de azúcares, resultantes de la fijación del CO₂ a través de la fotosíntesis, constituyen la fuente primaria de energía bioquímica que sostiene el crecimiento y el desarrollo de las plantas. En condiciones ambientales adecuadas, cuanto más alta es la energía disponible, mayor es la eficiencia del crecimiento y, por consiguiente, mayor es también la acumulación de biomasa. Ésta incluye a la celulosa como la principal fuente de carbono destinado a producción de la llamada bioenergía de segunda generación. Y la proteína TOR puede constituir una clave para optimizar el proceso.

Esta enzima tipo cinasa, cuya sigla deriva de la expresión en inglés Target of Rapamycin, fue descubierta gracias al antibiótico rapamicina, que es capaz de bloquear su acción. Desde ese descubrimiento, diversos estudios indican que la TOR cumple un papel fundamental en el proceso de crecimiento y división celular de todos los seres eucariontes, es decir, aquéllos que están constituidos por células dotadas de núcleo. Por ende, la TOR está casi que omnipresente en el mundo vivo, pues regula el crecimiento de una gama de seres que va desde los hongos a los humanos.

En un artículo de revisión –en el cual participaron los brasileños Camila Caldana y Michel Vincentz–, publicado en Annual Review of Plant Biology, e intitulado "TOR Signaling and Nutrient Sensing" se puso de relieve el papel de esta cinasa en la regulación de los procesos vitales.

Camila Caldana es investigadora del Laboratorio Nacional de Ciencia y Tecnología del Bioetanol (CTBE), dependiente del Centro Nacional de Investigaciones en Energía y Materiales (CNPEM), y Michel Vincentz es docente del Instituto de Biología de la Universidad de Campinas (IB-Unicamp), en São Paulo. Ambos cuentan con el apoyo de la FAPESP para sus investigaciones.

Caldana es patrocinada por la Fundación en el marco del programa Jóvenes Investigadores (Apoyo a Jóvenes Investigadores en Centros Emergentes), por su investigación intitulada "La regulación del crecimiento por la vía ‘target of rapamycin’ (TOR) en plantas".

Vincentz es acreedor de una ayuda regular de investigación de la FAPESP para el desarrollo de la investigación llamada "Definición de la arquitectura de la red de regulación génica de AtbZIP63".

“La integración entre señales ambientales tales como el agua, los nutrientes, la temperatura y la luz y procesos intracelulares como el crecimiento celular y el metabolismo constituye una condición sine qua non para la vida. Para poder sobrevivir y multiplicarse, las células deben responder de manera adecuada al ambiente. Una de las vías de señalización que aseguran esta integración está relacionada con la cinasa TOR”, declaró Vincentz a Agência FAPESP.

“Si los factores ambientales son favorables, esta vía se dispara para que se concreten la multiplicación y el crecimiento celular. Cuando los factores ambientales se vuelven desfavorables, la misma se ve interrumpida y otras vías, entre éstas la que es comandada por la cinasa SnRK1, de función antagónica, pasan a activarse y aseguran la preservación del metabolismo energético hasta que se restablezca condición propicia”, prosiguió.

Considerando tan sólo dos entre diversos ejemplos posibles, la TOR participa tanto en el crecimiento de las plantas como en el de carcinomas. En las plantas, este crecimiento puede tener un gran interés, pues promueve la productividad y la producción de biomasa. En el cáncer, en cambio, se apunta al desarrollo de drogas que susciten la inhibición de la multiplicación celular. De allí la importancia de que se estudie en profundidad la actuación de esta proteína, sus blancos y sus antagonistas.

“Mientras que la TOR promueve el crecimiento, la SnRK1 lo limita, al hacer que la planta reoriente su metabolismo y pase a utilizar sus reservas. Nuestros estudios demostraron que estas dos cinasas antagónicas desempeñan papeles centrales en el uso balanceado de carbono y en el metabolismo energético, entre otros procesos. Por eso existe un gran interés en entender cómo interactúan ambas vías”, afirmó Caldana.

En experimentos recientes, los dos investigadores obtuvieron mutantes de la planta modelo Arabidopsis thaliana mediante el “silenciamiento condicional” de la TOR. El “silenciamiento condicional” es un procedimiento que permite controlar temporal y cuantitativamente la expresión génica. La inhibición de la actividad de la TOR redundó en alteraciones del metabolismo de la energía, los lípidos y el carbono, con acumulación de aminoácidos, almidón y triglicéridos.

“Mediante este sistema, es posible controlar el crecimiento de la planta hasta que el mismo llegue a una determinada biomasa. Una vez que se ha alcanzado ese estadio, el silenciamiento seguido de una reprogramación metabólica podría redundar en la producción y la acumulación de fuentes de azúcares potencialmente implicados en diversos aspectos de la productividad”, ponderó Caldana.

“La comprensión de los mecanismos que controlan la orientación adecuada del carbono hacia la optimización del crecimiento en un ambiente fluctuante puede abrir perspectivas para la manipulación de rutas de conversión y manipulación de los carbohidratos, con miras a desarrollar una agricultura más eficiente y respetuosa del medio ambiente en el contexto de cambio climático”, concluyó la investigadora.