Factors influencing the architecture of the endoplasmic reticulum in plant cells

Abstract

[EN] Maize seed endosperm accumulates prolamins, storage proteins known as zeins, that are a source of nitrogen for the later germination of the embryo. These zeins aggregate to form proteins bodies (PBs) through hydrophobic interactions and disulphide bonds. The overexpression of reticulons (RTN, ER shaper proteins) induce major changes in the architecture of the ER, and in co-expression with DsRed-zein fusions, they have direct impact on the shape and number of the ectopical DsRed protein bodies, that was determined by confocal and electron microscopy and by subcellular fractionation. These data can provide crucial information about the mechanism of formation of protein bodies. Previous studies state that in young maize seeds, the endoplasmic reticulum (ER) in the endosperm shows great dilations that coincide with the onset of zein sythesis. Once PBs are fully developed, the ER returns to its normal appearance of a tubules and sheets network. These ER temporary morphological changes are believed to be due to the redox imbalance that occurs during the development of the PBs. At the same time, in order to be able to verify the previously established hypothesis on the influence of the redox imbalance on ER formation in maize and to be able to apply it to other types of cells, Chinese Hamster Ovary (CHO) cell lines expressing recombinant antibodies were used as a model. The impact of a putative redox imbalance due to the disulphide bridges needed for correct assembly of antibodies on the ER structure is studied and compared with the morphological changes observed in developing maize endosperm.

[ES] El endospermo de la semilla de maíz acumula prolaminas, proteínas de almacenamiento conocidas como zeínas, las cuales sirven como fuente de nitrógeno para la posterior germinación del embrión. Estas zeínas se agregan para formar cuerpos proteicos a través de interacciones hidrofóbicas y puentes disulfuro. La sobreexpresión de los retículones (RTN), proteínas transmembrana del retículo endoplasmático (RE), induce cambios importantes en la arquitectura del RE, y en la coexpresión con las fusiones de la DsRed-zeína, tienen un impacto directo en la forma y el número de los cuerpos proteicos DsRed ectópicos, los cuales fueron determinados mediante microscopía confocal y electrónica y mediante fraccionamiento subcelular. Estos datos pueden proporcionar información crucial sobre el mecanismo de formación de los cuerpos proteicos. En estudios anteriores se afirma que, en las semillas de maíz jóvenes, el RE del endospermo muestra grandes dilataciones que coinciden con el inicio de la síntesis de las zeínas. Una vez que los cuerpos proteicos están completamente desarrollados, el RE vuelve a su apariencia normal, red de túbulos y cisternas. Se cree que estos cambios morfológicos temporales del RE se deben al desequilibrio redox que se produce durante el desarrollo de los cuerpos proteicos. Al mismo tiempo, con el objetivo de poder verificar la hipótesis previamente establecida sobre la influencia del desequilibrio redox en la formación del RE en el maíz y poder aplicarla a otros tipos de células, las líneas celulares de ovario de hámster chino (CHO) que expresan anticuerpos recombinantes, fueron utilizadas como modelo. Se estudia el impacto de un supuesto desequilibrio redox debido a los puentes disulfuro necesarios para el correcto ensamblaje de los anticuerpos en la estructura del RE y se compara con los cambios morfológicos observados en el desarrollo del endospermo del maíz.