Characterization of URI1 from Arabidopsis Thaliana and its role in stress responses.

Abstract

[ES] La activación de las diferentes cascadas de señalización en respuesta al estrés ambiental, así como mantener activas las proteínas y complejos proteicos en respuesta al estrés celular es fundamental para las plantas. La chaperona Hsp90 juega un papel importante en la coordinación de estos dos procesos, aunque los mecanismos que regulan su actividad en respuesta al ambiente no están completamente descritos. Estudios recientes en animales muestran que las proteínas prefoldin-like (PFDLs), co-chaperonas de Hsp90, desempeñan un papel importante en la señalización ambiental. Por lo tanto, son capaces de transmitir información sobre el medio ambiente para modular tanto el ensamblaje de complejos proteicos como parte del Hsp90-R2TP/PFDL como las vías de señalización en las que se encuentran involucradas. Hoy en día, se conoce muy poco sobre las proteínas PFDLs en especies vegetales. En este trabajo, hemos obtenido evidencia de que las PFDLs, particularmente URI1, pueden ejercer un papel similar en Arabidopsis, coordinando la homeostasis de las proteínas con las vías de crecimiento en respuesta a diferentes tipos de estrés, como por ejemplo el estrés por falta de energía. Así, mostramos que el complejo R2TP/PFDL se forma en Arabidopsis y que URI1 es una de sus subunidades. La actividad de URI1 es esencial para ciertos procesos, como el desarrollo embrionario, evidenciado por el arresto embrionario temprano causado por la mutación knock-out de URI1. Se ha observado que URI1 tiene una influencia notoria en el transcriptoma mediante el uso de un alelo hipomórfico de uri1. Coherentemente con lo observado en el transcriptoma, el interactoma de URI1 muestra que URI1 interactúa con un número relativamente grande de proteínas, muchas de las cuales están involucradas en procesos fundamentales relacionados con el metabolismo del ARN mensajero y la transducción de señales. URI1 es una proteína altamente versátil, aunque la base molecular de esta versatilidad aún es desconocida. Aquí mostramos que URI1 en Arabidopsis posee una región intrínsicamente desordenada que abarca la mayoría de la parte C-terminal de la proteína, característica que se conserva en los ortólodos de levadura y humanos. Nuestros resultados revelan en URI1 dos características principales de las proteínas desordenadas. La primera de ellas es la promiscuidad en las interacciones con otras proteínas y la segunda la inestabilidad de la proteína. Hipotetizamos que estas dos contribuyen a dotar a URI1 de versatilidad funcional. Es importante destacar que la inestabilidad de URI1 se contrarresta con el azúcar. El análisis genético realizado sitúa a URI1 en la vía de señalización que controla el crecimiento en respuesta al estrés energético inducido por la privación de azúcar, al desempeñar un papel como un regulador negativo aguas arriba de una de las quinasas principales, TOR. Hipotetizamos que URI1 desempeña un papel en la prevención del crecimiento excesivo de las plántulas cuando las condiciones energéticas son favorables.

[CA] És de vital importància per a una planta activar les corresponents cascades de senyalització en resposta a l'estrés ambiental i mantenir actives les proteïnes i els complexos proteics malgrat l'estrés cel·lular. La xaperona Hsp90, entre d'altres, s'encarrega de coordinar aquests dos processos, encara que els mecanismes que regulen la seua activitat en resposta a l'entorn no s'han arribat a comprendre del tot. Estudis recents en animals mostren que les co-xaperones de Hsp90, prefoldin-like (PFDLs), tenen un rol destacat en la senyalització ambiental. Per tant, tenen el potencial de portar informació sobre l'entorn per modular tant l'assemblatge de complexos proteics, com a part de l'Hsp90-R2TP/PFDL, i les vies de senyalització en les quals estan involucrats. Actualment, hi ha poca informació sobre PFDLs en espècies vegetals. Ara tenim l'evidència que els PFDLs, particularment URI1, poden exercir un paper similar en Arabidopsis, coordinant l'homeòstasi proteica amb les vies de creixement en resposta a l'estrés, per exemple, estrés energètic. En aquest treball mostrem que el complex R2TP/PFDL es forma a Arabidopsis i que URI1 és una de les seues subunitats. L'activitat d'URI1 és essencial per a alguns processos, com el desenvolupament embrionari, com es demostra per l'arrest precoç causat per la mutació knock-out d'URI1. Amb un al·lel hipomòrfic d'uri1, es va mostrar que URI1 té una forta influència en el transcriptoma. En consonancia amb l'observat amb el transcriptoma, l'interactoma d'URI1 mostra que URI1 interactua amb un nombre relativament gran de proteïnes, moltes de les quals estan involucrades en processos fonamentals relacionats amb el metabolisme de l'ARN missatger. Així, URI1 en Arabidopsis, com els seus ortòlegs en rent i humans, sembla estar involucrat en diverses funcions cel·lulars, incloent-hi l'homeòstasi proteica, el metabolisme del ARNm i la transducció de senyals. URI1 és una proteïna altament versàtil, encara que la base molecular d'aquesta versatilitat encara és desconeguda. Ací mostrem que Arabidopsis URI1 posseeix una gran regió intrínsecament desordenada que abasta la major part de la porció C-terminal de la proteïna, una característica que es conserva en els ortòlegs de rent i humans. Els nostres resultats revelen dues característiques principals de les proteïnes desordenades en URI1. La primera la promiscuïtat en les interaccions amb altres proteïnes, i la segona la inestabilitat proteica. Aleshores, hipotetitzem que aquestes dues característiques contribueixen a dotar URI1 de versatilitat funcional. Curiosament, la inestabilitat d'URI1 es contraresta amb el sucre, i la nostra anàlisi genètica situa URI1 en la via de senyalització que controla el creixement en resposta a l'estrés energètic induït per la privació de sucre, actuant com a regulador negatiu aigües amunt de la quinasa TOR. Hipotetitzem que URI1 exerceix un rol en prevenir el creixement excessiu de les plàntules quan les condicions energètiques són favorables.

[EN] It is of fundamental importance for the plant to trigger the corresponding signaling cascades in response to environmental stress and to keep proteins and protein complexes active despite the cellular stress. The chaperone Hsp90 plays an important role in coordinating these two processes, although the mechanisms that regulate its activity in response to the environment are not fully understood. Recent studies in animals show that the Hsp90 co-chaperones prefoldin-like (PFDLs) play a role in environmental signaling. Therefore, they have the potential to carry information about the environment to modulate both the assembly of protein complexes as part of the Hsp90-R2TP/PFDL and the signaling pathways in which they are involved. Currently, there is little information on PFDLs in plant species. We have now accumulated evidence that PFDLs, particularly URI1, may exert a similar, general role in Arabidopsis, coordinating protein homeostasis with growth pathways in response to stress, e.g. low energy stress. Here we show that the R2TP/PFDL complex is formed in Arabidopsis and that URI1 is one of its subunits. The activity of URI1 is essential for certain processes, such as embryonic development, as evidenced by the early arrest caused by the knock-out mutation of URI1. With a hypomorphic uri1 allele, URI1 was shown to have a strong influence on the transcriptome. Consistent with this, the URI1 interactome shows that URI1 interacts with a relatively large number of partners, many of which are involved in fundamental processes related to mRNA metabolism. Thus, Arabidopsis URI1, like its orthologs in yeast and humans, appears to be involved in diverse cellular functions, including protein homeostasis, mRNA metabolism and signal transduction. URI is a highly versatile protein, although the molecular basis of this versatility is still unknown. Here we show that Arabidopsis URI1 possesses a large intrinsically disordered region spanning most of the C-terminal portion of the protein, a feature that is conserved in yeast and human orthologs. Our results reveal two main features of disordered proteins in URI1: promiscuity in interactions with partners and protein instability. We hypothesize that these two features contribute to endowing URI1 with functional versatility. Interestingly, the instability of URI1 is counteracted by sugar, and our genetic analysis places URI1 in the signaling pathway that controls growth in response to sugar deprivation-induced energy stress by acting as a negative upstream regulator of the master kinase TOR. We hypothesize that URI1 plays a role in preventing excessive seedling growth when energy conditions are favorable.