El transportador ABCB19 ha estado implicado durante mucho tiempo en el transporte de auxinas. Ying et al. encontraron un papel alternativo para ABCB19 como transportador de otro grupo hormonal, los brasinosteroides. Los autores determinaron la estructura de la microscopía crioelectrónica y encontraron una bolsa hidrofóbica donde se pueden unir los brasinoesteroides. También demostraron que los brasinosteroides desencadenaban la actividad de la ATP hidrolasa ABCB19 y que la mutación de aminoácidos específicos en la proteína ABCB19 interrumpía el transporte de brasinosteroides. El trabajo desafía la visión centrada en las auxinas de la función ABCB19 y proporciona una explicación de cómo los brasinoesteroides podrían exportarse fuera de las células al lugar de su percepción.
Los brasinoesteroides son fitohormonas esteroides esenciales para el crecimiento y desarrollo de las plantas y para la respuesta al estrés ambiental. La vía de señalización de los brasinosteroides se ha estudiado bien y se han identificado y caracterizado receptores clave localizados en la membrana, correceptores y factores posteriores. Los brasinoesteroides se sintetizan en el interior de la célula, pero se perciben en el apoplasto mediante su unión a la parte extracelular del complejo receptor localizado en la membrana plasmática, que inicia la vía de señalización. Como moléculas polares, los brasinoesteroides bioactivos podrían no atravesar fácilmente la membrana celular mediante simple difusión. El mecanismo por el cual se exportan los brasinoesteroides sintetizados intracelularmente sigue siendo difícil de alcanzar. Se ha propuesto que el transportador ABCB19 del casete de unión a ATP (ABC) de Arabidopsis desempeñe un papel en la distribución y exportación de otra fitohormona clásica, la auxina, pero su especificidad de sustrato espera una investigación exhaustiva.
En este trabajo, se estudian las actividades ATPasa de Arabidopsis ABCB19 en presencia de diferentes fitohormonas, incluidas auxinas y brasinoesteroides. A continuación, se determinaron las afinidades de unión entre ABCB19 y brasinoesteroides bioactivos. Se utilizaron ensayos in vitro basados en proteoliposomas e in vivo basados en protoplastos para evaluar el transporte de brasinoesteroides mediante ABCB19. Se realizaron análisis estructurales para el ABCB19 de tipo salvaje y el mutante inactivo de ATPasa en el estado unido a ATP en ausencia o presencia de brasinosteroides. Se realizaron análisis genéticos para confirmar el papel de ABCB19 y su homólogo cercano, ABCB1, en la señalización de brasinoesteroides.
La actividad ATPasa de ABCB19 puede ser estimulada por los brasinoesteroides bioactivos de forma dosis dependiente, pero no por las auxinas o los precursores de la biosíntesis de brasinosteroides. Las afinidades de unión entre ABCB19 y los brasinoesteroides bioactivos están en el rango micromolar, según lo determinado por calorimetría de titulación isotérmica. Los ensayos de transporte basados en proteoliposomas y en protoplastos de Arabidopsis demostraron que ABCB19 puede transportar brasinosteroides. Las estructuras de ABCB19 revelaron una arquitectura típica de los transportadores ABC de tipo IV, que consta de dos dominios transmembrana y dos dominios de unión a nucleótidos. Se identificó un dominio regulador adicional entre los dominios transmembrana y puede desempeñar un papel inhibidor en la regulación de la actividad ABCB19. La molécula de brasinoesteroide se une a una cavidad intracelular en la región transmembrana de ABCB19 a través de interacciones hidrofóbicas y enlaces de hidrógeno. El doble mutante abcb1 abcb19 se parecía a los mutantes biosintéticos de brasinoesteroides con una señalización de brasinoesteroide disminuida y era insensible a la aplicación de brasinolida o del precursor biosintético 22-hidroxicampesterol. Por el contrario, las plantas que sobreexpresan ABCB1 o ABCB19 muestran una mayor señalización de brasinoesteroides. Además, la abundancia de ABCB1 y ABCB19 en la membrana plasmática estaba regulada por brasinosteroides.
Los análisis in vivo e in vitro muestran colectivamente que el transportador ABCB19 de Arabidopsis funciona como un exportador de brasinoesteroides y regula positivamente la señalización de brasinosteroides junto con ABCB1. Las estructuras determinadas proporcionan información sobre la arquitectura molecular de ABCB19 y cómo reconoce la molécula de brasinoesteroide. Estos resultados proporcionan una base para futuras investigaciones sobre el control de la actividad de transporte de ABCB19 mediante la fosforilación de su dominio regulador y allanan el camino para futuros estudios del transporte de auxinas y brasinoesteroides y su interacción de señalización en plantas. Los brasinoesteroides se sintetizan en el interior de la célula, probablemente en el retículo endoplásmico, donde se localizan la mayoría de las enzimas biosintéticas. Arabidopsis ABCB19 funciona como exportador de brasinoesteroides utilizando la energía de la hidrólisis del ATP. Los brasinoesteroides son percibidos por los receptores BRI1 y BAK1 localizados en la membrana plasmática, que luego activan la señalización descendente. En Arabidopsis thaliana, ABCB19 y su homólogo cercano, ABCB1, regulan positivamente las respuestas a los brasinoesteroides.
WEI YING et al. Structure and function of the Arabidopsis ABC transporter ABCB19 in brassinosteroid export. SCIENCE, 22 Mar 2024, Vol 383, Issue 6689. DOI: 10.1126/science.adj4591