Una germinación exitosa debe de asegurar el rápido establecimiento de una plántula vigorosa, que pueda ser capaz de obtener la autonomía requerida para su posterior crecimiento. Fundamental para este desarrollo es que las células embrionarias puedan proliferar, por lo que la activación del ciclo celular durante la germinación debe de ser una acción esencial. La entrada de agua a las semillas es el motor que provoca la reestructuración celular y echa a andar el metabolismo y con ello, al ciclo celular.

De manera similar a otros organismos eucariontes, en las plantas, el ciclo celular es controlado principalmente por complejos proteicos de ciclinas y CDKs, diferentes complejos fosforilan una gran diversidad de sustratos a lo largo del ciclo permitiendo con ello la progresión del ciclo celula|r. Dada la importancia que los complejos ciclina-CDK tienen para el ciclo estos poseen múltiples niveles de regulación, destacando su asociación a proteínas inhibidoras, conocidas como KRPs, la fosforilación, su asociación a proteínas de andamiaje (PCNA y CKS) y su localización.

En nuestro laboratorio se han estudiado diversos complejos ciclina-CDK a lo largo de la germinación del maíz, donde cabe mencionar se ha encontrado una clara correlación entre el avance de ésta y la progresión del ciclo. Hemos observado que a múltiples niveles (cantidad de proteína, asociación entre proteínas y con inhibidores, localización, fosforilación, actividad de cinasa, etc) los complejos muestran un comportamiento diferencial, lo que sugiere que su función durante la germinación no es redundante, lo cual es hasta cierto punto sorprendente si se considera que, por ejemplo, en maíz existen 17 genes que codifican para ciclinas tipo D, lo cual contrasta con el número de ciclinas en humanos, solo tres. Inicialmente estudiamos a las ciclinas D y CDKs tipo A, proteínas fundamentales para la fase G1 del ciclo celular, aunque actualmente nuestros estudios abarcan a proteínas que actúan en fases más tardías del ciclo como ciclinas B y CDKs tipo B.

Uno de los primeros mecanismos de regulación que estudiamos fue el de la asociación de las KRPs, en este respecto, hemos reportado como las KRPs se asocian e inhiben diferencialmente a complejos ciclina-CDK, y a su vez como la fosforilación por diferentes complejos puede potenciar o inhibir la función de las KRPs. Ya que potencialmente las KRPs podrían tener como blanco una gran diversidad de complejos ciclina-CDK, continuamos caracterizando a la familia de las KRPs de maíz y su actividad sobre diversos complejos.

Por otra parte, se han empezado a realizar estudios, in vitro, de las cinasas que al fosforilar a las CDKs modulan su actividad, el alcance de dicho estudio es averiguar si existe una regulación particular hacia complejos ciclina-CDK que participan en diferentes fases del ciclo celular durante la germinación.

Otro de nuestras líneas de investigación se ha enfocado en evaluar el papel que podría tener la proteína PCNA (clásicamente relacionada al aumento de la procesividad de las polimerasas replicativas) en actuar como una plataforma que podría transportar complejos ciclina-CDK y a sus reguladores (KRPs, CKSs, etc.) a donde se requiera su actividad. Recientemente hemos reportado que tanto ciclinas, como CDKs y KRPs se unen a PCNA in vitro y que la actividad cinasa asociada a PCNA es inhibida por KRPs, dichos hallazgos soportan el modelo de plataforma que estamos proponiendo.

Una de las líneas de investigación más recientes se ha enfocado en estudiar la localización de diversos actores del ciclo celular a lo largo de la germinación, lo anterior lo hemos abordado mediante dos metodologías: la inmulocalización y el fraccionamiento subcelular. La inmunolocalización nos ha permitido observar como la localización de CycB y KRP cambian dependiendo del avance de la germinación y la presencia de azucares, mientras que el fraccionamiento subcelular ha evidenciado una regulación diferencial de los complejos ciclina-CDK, dependiente del compartimento subcelular en el que se encuentran (núcleo o citoplasmas).

Recientemente nuestra investigación se ha extendido a estudiar otros niveles de regulación del ciclo celular, unos de estos es el control transcripcional, en donde la familia de factores transcripcionales E2F tiene una reconocida participación en el control del ciclo. Actualmente estamos evaluando la funcionalidad de algunos miembros utilizando estrategias tanto in vitro (ensayos de transactivación en levadura, interacción proteína-proteína con proteínas recombinantes) como in vivo (inmunoprecipitación de la cromatina).
Por otra parte, hemos empezado a profundizar en los efectos que diferentes azucares tienen sobre la germinación y hemos encontrado que la glucosa promueve proliferación, mientras que la sacarosa diferenciación, lo anterior probablemente debido a una respuesta diferencial de diferentes marcadores del ciclo celular. Actualmente estamos tratando de investigar si dichos eventos pasan por la vía mTOR, ya que ésta proteína es un regulador maestro de procesos como el crecimiento y la proliferación celular.

Proliferating cell nuclear antigen associates to protein complexes containing cyclins/cyclin dependent kinases susceptible of inhibition by KRPs during maize germination. Garza-Aguilar SM, Axosco-Marín J, Lara-Núñez A, Guerrero-Molina ED, Lemus-Enciso AT, García-Ramírez E y Vázquez-Ramos JM. Plant Sci 280:297-304. 2019

Modulation of CycD3;1-CDK complexes by phytohormones and sucrose during maize germination Garza-Aguilar SM, Lara-Núñez A, Garcia-Ramirez E y Vazquez-Ramos M. Physiol. Plantarum. 160:84–97. 2017

Víctor Hugo Días Granados
Estudiante de Licenciatura
Efecto de azucares y la inhibición de TOR en la progresión del ciclo celular durante la germinación de maíz
vhdg1@hotmail.com