Las ribotoxinas fúngicas como herramientas biotecnológicas

Resumen

Las ribotoxinas fúngicas constituyen una familia de ribonucleasas altamente específicas que inhiben la síntesis de proteínas al cortar un enlace fosfodiéster de una secuencia de RNA ribosomal conservada, el lazo sarcina ricina (SRL). Las ribotoxinas más representativas, y que además son objeto de estudio en esta Tesis Doctoral, son la alfa sarcina, producida por Aspergillus giganteus, y la hirsutelina A (HtA), producida por el hongo entomopatógeno Hirsutella thompsonii. El estudio detallado de la estructura y función de estas toxinas en las últimas décadas ha mostrado su potencial uso como herramientas biotecnológicas. En la primera parte de la Memoria se han estudiado aspectos específicos de la estructura y función de las ribotoxinas alfa sarcina y HtA mediante la preparación de variantes mutantes de éstas. Los resultados permiten asociar distintas funciones a residuos de los bucles 2 y 3 de la alfa sarcina y del bucle 5 y la horquilla amino terminal de la HtA. Además, se ha descrito una nueva ribotoxina similar a la HtA, producida por el hongo entomopatógeno Metarhizium anisopliae, de interés biotecnológico en el control de plagas. Esta nueva ribotoxina, denominada anisoplina (Anp), presenta una elevada identidad de secuencia con la HtA y su actividad ribonucleolítica específica es idéntica a la de otras toxinas de esta familia, incluyendo su actividad insecticida. A continuación, se ha realizado un estudio comparativo de la capacidad insecticida de las ribotoxinas alfa sarcina y HtA con la intención de averiguar si las propiedades insecticidas de la HtA eran exclusivas de esta toxina o si, por el contrario, se podía generalizar al resto de la familia. Ambas proteínas muestran casi idéntica toxicidad frente a ribosomas, células y larvas de insecto, siendo dicha toxicidad dos órdenes de magnitud mayor que la que presentan frente a células de tumores humanas. Estos resultados apoyan la idea de que la función biológica de las ribotoxinas es la de defender al hongo frente a insectos depredadores, o bien la de contribuir al establecimiento de relaciones de parasitismo con ellos. La interacción de las ribotoxinas con el ribosoma depende en primer lugar de las interacciones electrostáticas que se establecen entre ambos. No obstante, parece razonable que también se establezcan contactos más específicos con determinadas regiones del ribosoma que favorezcan el reconocimiento del SRL y potencien la especificidad de estas toxinas. De hecho, ya se conocen algunas de estas regiones de contacto para otras proteínas, como la interacción que establece la ricina, que comparte diana con las ribotoxinas, con las proteínas ácidas del tallo ribosómico. Por ese motivo, en esta Tesis Doctoral también se ha abordado el estudio de la interacción de la ribotoxina alfa sarcina con las proteínas del tallo ribosómico de la levadura Saccharomyces cerevisiae. Los resultados indican que esta estructura ribosomal no es necesaria para la actividad tóxica de la alfa sarcina, sugiriendo un mecanismo de interacción con el ribosoma distinto al propuesto para la ricina. Por último, se ha estudiado la actividad de la ribotoxina alfa sarcina sobre partículas prerribosomales, ya que hasta ahora sólo se había estudiado su efecto sobre ribosomas maduros. Los resultados indican que esta toxina puede cortar el SRL durante las últimas etapas de la maduración ribosomal, aunque sin producir ningún defecto significativo adicional en dicha ruta de maduración. Este hecho abre la puerta al uso de las ribotoxinas en el estudio del ensamblaje de los ribosomas, facilitando la comprensión de enfermedades humanas relacionadas con el ribosoma, las denominadas ribosomopatías.