Regulación de la S6K por auxinas e insulina en radículas de semillas de maíz durante la germinación Público Deposited

Germination starts with seed imbibition; during this process, seeds emerge from a quiescent state to a metabolic active state. One of the metabolic processes that restart during germination is the protein synthesis, which in early stages of the imbibition consists in the translation of mRNA stored in the seed and later, it requires the transcription of new mRNA with its subsequent translation. Auxins and insulin promote growth in maize embryonic axis during germination. At a molecular level, these effectors induce phosphorylation of S6 ribosomal protein (S6rp), localized in the mRNA binding region of the 40S subunit of the ribosome. This protein contains several residues susceptible to phosphorylation in response to different signals. S6rp phosphorylation is performed by the kinase S6K. Previous reports show that auxins or insulin-induced S6rp phosphorylation is part of a translational regulation pathway of protein synthesis. In animals, insulin and insulinlike factors regulate growth through the translational regulation pathway PI3K-TOR. In plants, the existence of several of the components of this transduction pathway has been reported. Previous studies from our lab group showed that auxins and insulin induced growth of the aerial part of maize embryonic axis during germination. Also, like in the complete embryonic axis, both effectors induced S6rp phosphorylation, which suggested a cross-talk between their transduction pathways. However, the kind of S6rp phosphorylation and the patterns of synthesized proteins in the aerial part in response to auxins or insulin are different. These results support the existence of different mechanisms of action for these effectors. Because of this, it is interesting to study in depth the mechanism of action of auxins and insulin and the effect of these hormones on S6K and S6rp phosphorylation in radicles of maize seed during germination. The results from the present work showed that both, auxins and insulin induce radicle growth, although, the induction was slightly higher with insulin. Both effectors induced a higher phosphorylation of the enzyme ZmS6K and its substrate ZmS6rp. The increase in the kinase phosphorylation resulted in its activation as observed by an increase in the Vmaxap. However, the patterns of S6K and S6rp phosphorylated forms were different for each effector and differed from those observed in the aerial part of the embryonic axis. These results showed that even though, the effectors auxin and insulin share some intermediates, they do not produce the same effects, suggesting the possibility that their transduction pathways are different. Furthermore, the results indicate that response to these effectors is tissue-specific.

La germinación comienza con la imbibición de las semillas, durante este proceso las semillas pasan de un estado quiescente a un estado metabólicamente activo. Entre los procesos metabólicos que se reinician durante la germinación se encuentra la síntesis de proteínas, que en etapas tempranas de imbibición está basada en la traducción de ARNm almacenados en las semillas y en etapas posteriores requiere de la transcripción de nuevos ARNm y su posterior traducción. Las auxinas y la insulina promueven el crecimiento de ejes embrionarios de semillas de maíz durante la germinación. A nivel molecular, estos efectores inducen en ejes embrionarios de maíz la fosforilación de la proteína ribosomal S6 (PRS6) de la subunidad 40S, que se encuentra en la región de unión del ARNm al ribosoma. Esta proteína presenta varios residuos susceptibles de ser fosforilados en respuesta a distintas señales. La fosforilación de la PRS6 se lleva a cabo por la cinasa S6K y reportes previos indican que la fosforilación de PRS6 por auxinas o insulina forma parte, al parecer, de una vía de regulación traduccional de la síntesis de proteínas. La insulina y los factores semejantes a insulina regulan el crecimiento a través de la vía de transducción PI3K-TOR. En plantas se ha reportado la existencia de varios componentes de esta vía de transducción. En estudios previos de nuestro grupo de trabajo, se observó que las auxinas y la insulina inducían el crecimiento de la parte aérea de ejes embrionarios de maíz durante la germinación. Al igual que en ejes embrionarios completos, ambos efectores indujeron la fosforilación de la PRS6, lo que sugería el posible entrecruzamiento de sus vías de señalización. Sin embargo, se encontró que el tipo de fosforilación de PRS6 y los patrones de proteínas sintetizadas en la parte aérea de ejes embrionarios de maíz en respuesta a auxinas o insulina son distintos. Estos resultados apoyan la existencia de diferentes mecanismos de acción para estos efectores. Por ello, se decidió profundizar en el estudio del mecanismo de acción de las auxinas y de la insulina, y en los efectos de estas hormonas sobre la fosforilación de la cinasa S6K y de la PRS6 en radículas de semillas de maíz en germinación. Los resultados del presente trabajo indican que las auxinas y la insulina indujeron el crecimiento de las radículas, aunque el crecimiento fue ligeramente superior con insulina. Ambos efectores indujeron una mayor fosforilación de la enzima ZmS6K y de su sustrato ZmPRS6. El aumento en la fosforilación de la cinasa se reflejó en su activación, como se observa por el incremento de la Vmaxap. Sin embargo, los patrones de formas fosforiladas de S6K y de PRS6 difieren con cada efector y también difieren de los observados en la parte aérea de los ejes embrionarios. Estos resultados sugieren que los efectores auxina e insulina, aunque comparten algunos intermediarios, no producen los mismos efectos, por lo que es probable que sus vías de transducción sean distintas. Asimismo, los resultados indican que la respuesta a estos efectores es tejido-específica.

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Última modificación: 08/23/2022
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