Universidad de Costa Rica

Facultad de Ciencias Agroalimentarias

Escuela de Agronomía

AF-5408. Reguladores de Crecimiento

Revisión Bibliográfica sobre Natriuretic Peptide

Realizado por:

Sussana Leiva Villalobos

A83435

Año:

2011

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Introducción:

Los peptidos natriuréticos participan en funciones fisiológicas y en estructuras

moleculares en animales, de hecho estas hormonas fueron descubiertas por primera vez en

extractos de rata, como Atrial Natriuretic Peptides. Localizados tanto en el corazón como en el

cerebro de los vertebrados (Ludidi et al, 2004).

Natruretic peptides (NP) constituyen una familia de hormonas peptidicas, que están

implicadas en la regulación de la homeostasis de sales y agua. Sus efectos están regulados por

la encima guanilato ciclasa, la cual se asocia a los receptores de la hormona (NPR-A y NPR-

B) (Maqungo, 2005)

Los primeros datos sobre NP en plantas se dieron gracias a ensayos de radio-

inmunidad en plantas de Dracena godseffiana, donde se reconocieron dichos peptidos en hojas

y tallos. Luego se demostró que rANA (Peptidos natriureticos de estractos de rata) sintético

induce la apertura estomática en plantas de Tradescantia sp, dependiendo de la concentración

(Maqungo, 2005).

En plantas, NP, actúan en procesos como transporte de iones de Na+ y K+, y en la

síntesis de solutos compatibles. Los peptidos natriureticos inmuno-reactivos en plantas

(irPNP), moléculas análogas a ANP, también promueven la apertura estomática, afectan el

transporte de iones y causa un rápido y reversible aumento de cGMP (Maqungo, 2005).

Se menciona que en las membranas de las plantas hay presencia de sitios de unión de

NP de muy baja afinidad para rANP.

Estructura:

Se ha identificado y caracterizado un irPNP en Arabidopsis thaliana (AtPNP-A) y

varias secuencias muy relacionadas en diferentes especies de plantas. AtPNP-A es una

pequeña proteína de 126 aminoácidos de longitud, la cual es codificada por un gen con un

único intrón. El aminoácido 24 de dicha proteína, es una señal del péptido (Figura 1.a) (Morse

et al, 2004). Además comparte dominios con las expaninas de pérdida de pared celular (Figura

1.b) (Irving y Gehring, 2003).

Se ha probado que las expansinas están lejanamente relacionadas con las celulasas y

glucanasas, pero que están muy relacionadas a los irPNP. Tanto el C-Terminal como las

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expansinas en ese dominio, sirven de unión en la pared celular. Todas las expansinas

contienen el dominio C-Terminal, por lo que se cree que los irPNP han perdido este dominio

(Figura 1.b). Al perder el dominio de unión de la pared celular, las molécuas irPNP adquieren

mayor movilidad (Irving y Gehring, 2003).

Fuente: (Irving y Gehring, 2003)

Figura 1. (a). Secuencia de AtPNP-A de Arabidopsis thaliana. (b). Comparación de la

organización del dominio de moléculas irPNP y de las expansinas.

Síntesis y degradación:

El lugar de síntesis y degradación todavía se encuentra en estudio, pero Irving y

Gehring, (2003) mencionan que mediante estudios de PCR se han revelado transcripciones de

AtPNP, en tejido foliar de plantas de Arabidopsis no estresadas. Lo cual indica que la proteína

no sólo se encuentra en las hojas sino que también se sintetiza ahí (Morse et al, 2004).

También se ha encontrado la proteína en brotes, lo cual sugiere que dichas moléculas

se transportan posiblemente por el xilema y tienen un modo de acción sistémico (Irving y

Gehring, 2003).

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Proteínas irPNP (moléculas análogas a ANP) se mueven sistémicamente por la planta,

pues se han encontrado en tejido conductivo, además también se han encontrado en savia en el

xilema, lo que indica síntesis de las mismas en la raíz (Irving y Gehring, 2003).

Funciones Biológicas:

Se sabe que irPNP tienen un role en la homeostasis de la planta, pero todavía no se ha

decubierto su modo de acción. Un diagrama general de los procesos afectados directa o

indirectamente por irPNP se muestra en la Figura 2.

Fuente: (Irving y Gehring, 2003

Figura 2. Modelo de interacciones entre irPNP, cGMP, H+ ATPasa y canales de iones en las células de plantas. Los factores que estimulan alguna actividad se indican por líneas punteadas, los que

inhiben por líneas sin punta. absorción de agua en las células vegetales, se da de forma natural

debido al proceso de ósmosis, lo anterior gracias a una gran regulación del movimiento de

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iones. Bajo condiciones desfavorables para el proceso de osmosis, como alta salinidad, la

planta puede sintetizar solutos compatibles intracelularmente, como prolina o manitol,

aumentando así la presión osmótica intracelular y la toma de agua (Maryani et al, 2001)

Flujo de iones: En estudios realizados por Ludidi et al (2004), en raíces de plantas de

Arabidopsis suspendidas en un medio con una solución de iones, se muestra un cambio

significativo en el flujo de iones tanto de K+ como de Na+ y de iones H+, en zonas de

elongación así como en zonas maduras, luego de agregar AtPNP –A.

Con respecto al flujo de H+, luego de agregar AtPNP –A se observa un cambio en el

flujo de iones (Figura 3 A,B) aunque la dirección de este es diferente para ambas zonas de la

raíz. En la zona de elongación, la proteína causa un aumento en el flujo de H+ hacia adentro,

mientras que en las zonas maduras de la raíz produce un cambio en el flujo hacia afuera.

A B

Fuente: Ludidi et al (2004).Figura 3. Flujo de H+ en raíces de Arabidopsis, tanto zonas de elongación (A), como en zonas

maduras (B). Las raíces se suspendieron en un medio con alto flujo de iones que contenía 0.5 mM CaCl2, 1.0 mM KCl and 1 mM NaCl. Los cambios en el flujo de H+

cerca del tejido antes y después de la adición (↓) de AtPNP-A (conc: 150 ng ml–1) se midió en 5 intervalos. Las barras de error provienen del error estándar con n=3. El cuadro dentro representa un control, donde se agregó un buffer a la raíz, sin AtPNP-A.

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Por otra parte, no se observa un cambio significativo, en el flujo de iones de K+ y Na+,

en la zona de elongación (Figura 4 A y B). Aunque en la zona madura de la raíz sí se dieron

cambios significativos en el flujo de iones, luego de la adición de la proteína AtPNP-A (Figura

4, C y D), hacia afuera. Lo anterior causa una disminución en el volumen de las células

(Ludidi et al, 2004).

Fuente: Ludidi et al (2004).Figura 4. Efecto de AtPNP-A (conc: 150 ng ml–1) en el flujo de iones de K+ y Na+

, en zonas de elongación de raíces de Arabidopsis (A y B), así como en zonas maduras de las mismas (C y D). Los cambios en el flujo de iones cerca del tejido, antes y después de la adición (↓) de AtPNP-A (conc: 150 ng ml–1) se midió en 5 intervalos. Las barras de error provienen del error estándar con n=3. El cuadro dentro representa un control, donde se agregó un buffer a la raíz, sin AtPNP-A. El recuadro representa los flujos netos de K+

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(nmol m-2 s-1) integrado por un minuto en un control, sin tratamiento, después de 20, 40 ó 60 minutos. Las barras de error provienen del error estándar.

Dichos estudios promueven especulaciones del efecto de la proteína en el flujo de

iones, pero no se sabe en realidad su efecto, sólo se muestra un cambio en el flujo de iones al

adicionar la proteína (Ludidi et al, 2004).

Apertura estomática: En estudios realizados por Pharmawati et al, (1998), menciona

que rANP causa la apertura estomatica, dependiendo de su concentración. Se cree que es

debido a que estimula la afluencia de K+, al igual que lo hacen las auxinas o kinetina.

Menciona también que cGMP es un segundo mensajero en la transducción de señales

de la planta, involucrado en la detección de la luz, el fitocromo de señalización, así como en la

expresión del gen, en las células de la aleurona, del ácido giberélico. Además regula el voltaje

en canales de K+ (en Arabidopsis thaliana), tal y como lo hacen el pH y el ATP.

En dicho estudio se realizó una prueba, en donde según los datos (Figura 5), se observa

que efectivamente tanto la kinetina (Citoquinina sintetica), como rAPNP promueven la

apertura estomática en plantas de Tradescantia albiflora, y que al inhibir la encima guanilato

ciclasa se reduce la apertura estomatica, lo cual indica que tanto la kinetina como rANP

requieren de dicha encima para promover la apertura estomatica.

Fuente: Pharmawati et al, (1998).Figura 5. Apertura estomatica (micrometros), en respuesta a una exposición de 130min a

kinetina y rANP en presencia o ausencia de inhibidores de la encima guanilato ciclasa (MB y LF). La columna 1 muestra la apertura estomatica antes de la percepción de luz, y la columna 2 muestra el efecto de la luz en la apertura estomatica. Las columnas 3 y 7 muestran la respuesta a 1 mM kinetina, las columnas 5 y 9 muestran respuestas a 1

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mM rANP. En la columna 4 se observa la respuesta a 1 mM kinetin y 10 mM MB, la columna 6 muestra la respuesta a 1 mM rANP y 10 mM MB y en la 8 la respuesta a 1 mM kinetina y 20 mM LY. Por último la columna 10 representa la respuesta a 1 mM rANP y 20 mM LY. Cada barra representa el promedio de la medida de 60 estomas, de 3 segmentos de hoja. Las barras de error muestran error estándar.

También se demostró que hormonas como el ABA, no dependen de las cantidades de cGMP en la planta (Figura 6) para inducir el cierre estomático, por lo que ambas poseen modos de acción independientes.

Fuente: Pharmawati et al, (1998).Figura 6. Incremento en la apertura estomática (%) en reapuesta a la exposición por 30min a

decreasing (100 mM, 10 mM, 1 mM, 0.10 mM y 0.01 mM) concentraciones de of 8-Br-cGMP en presencia (□) o ausencia (●) de 1 mM 13 ABA.

Movimiento del agua: En estudios realizados por Suwastika y Gehring, (1998), se

muestra que tanto rANP, irPNP y cGMP promueven el movimiento lateral fuera de las células

de xilema de brotes de Tradescantia multiflora (Figura 7). También menciona que la encima

cGMP, otra vez juega un rol importante en dicho proceso, por lo que un aumento en los

niveles de cGMP podría influir en el movimiento de agua intracelular.

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Fuente: Suwastika y Gehring, (1998).Figura 7. Medida del movimiento lateral del agua (micrometros), en respuesta a la exposición

por 10min de 1 mM rANP y irPNP (100 ng total protein:100mL) (a). En (B) se incrementó el tiempo de exposición de 10min a 30min, y se agregó un tratamiento con 100 nM 8-Br-cGMP. Cada barra representa el promedio de la medida de 12 segmentos por brote. Las barras de error muestran el error estándar.

cGMP: Pharmawati et al (2001), menciona que en presencia de inhibidores de cGMP

se induce el cierre estomático. Y además que la regulación de la apertura estomatica por parte

de cGMP esta ligada a las concentraciones de Ca+. Por lo que compuestos que disminuyan los

niveles intracelulares de Ca+, como ethilene glycol, pueden inhibir la apertura estomatica.

Además Pharmawati et al (b), (1998).menciona que irPNP incrementan los niveles de

cGMP en las celulas, pero lo anterior se inhibe en presencia de EGTA (compuestos que

disminuyan los niveles intracelulares de Ca+)

La actividad de H+ ATPasa se reduce en presencia de cGMP, pero incrementa en

presencia deANP o irPNP.

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Literatura citada:

Gehring, C.; Irving, H. 2003. Natriuretic peptides- a class of heterologous molecules in plants.

The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. 35: 1318–1322.

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Ludidi, N.; Morse, M.; Sabed, M.; Wherrett, T.; Zavala, S.; Gehring, C. 2004. A recombinant

Plant Natriuretic Peptide Causes Rapad and Spatially Differentiated K+, Na+ and H+

Flux Changes in Arabidopsis thaliana. Plant Cell Physiol. 45(8):1093-1098.

Maqungo, M. 2005. Physiological and Cellular characterization of a Plant Natriuretic Peptide.

Submitted in partial fulfilment of the requirement for the degree of Magister Scientiae

(M.Sc.) in Biotechnology in the Department of Biotechnology, University of the

Western Cape. South Africa. 61pp.

Maryani, M.; Bradley, G.; Cahill, C.; Gehring, C. 2001. Natriuretic peptides and

immunoreactants modif. Osmoticum dependent volume changes in Solanum tuberosum

L. mesophyll cell protoplasts. Plant Science 161: 443–452

Morse, M.; Pironcheva, G.; Gehring, C. 2004. AtPNP-A is a systemically mobile natriuretic

peptide immunoanalogue with a role in Arabidopsis thaliana cell volume regulation.

FEBS Letters 556:99-103

Pharmawati, M.; Billington, T.; Gehring, C. 1998. Stomatal guard cell responses to kinetin

and Natriuretic peptides are cGMP-dependent. Celular and Molecular Life Sciences.

54:272-276.

Pharmawati, M.; Gehring, C.; Irving, H. 1998. An immunoaffinity purified plant natriuretic

peptide analogue modulates cGMP levels in the Zea mays root stele. Plant Science

137:107–115

Pharmawati, M.; Maryani, M.; Nikolakopoulos, T.; Gehring, C.; Irving, H. 2001. Cyclic

GMO modulates stomatal opening induced by natriretic peptides and inmunoreactive

analogues. Plant Physiol. Biochem. 39: 385-394.

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Suwastika, N.; Gehring, C. 1998. Natriuretic peptide hormones promote radial water

movements from xylem of Tradescantia multiflora shorts. Celular and Molecular Life

Sciences. 54:1161-1167.

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