Aislamiento y caracterización del gen de la transglutaminasa de arroz (Oryza sativa)

Abstract

[spa] En esta tesis se describen los resultados obtenidos en la clonación y caracterización de una nueva transglutaminasa (TGasa) vegetal aislada en arroz (Oryza sativa), la segunda transglutaminasa clonada en plantas y la primera en plantas C3. Las TGasas (E.C.2.3.2.13) son una familia de enzimas que promueven modificaciones postraduccionales de proteínas. Tienen especial importancia debido a sus implicaciones en enfermedades humanas y a sus aplicaciones biotecnológicas de interés industrial. Su investigación en plantas es aún incipiente y hasta la fecha, solo se ha clonado la TGasa cloroplástica de maíz (TGZ), a partir de una librería de ADN copia (ADNc) de plántulas de maíz. El aislamiento de la nueva transglutaminasa de arroz, descrita en esta tesis, se ha realizado a partir de ADNc y genómico. Utilizando cebadores diferenciales se realizó la clonación del gen (tgo), su inserción en un vector de expresión y su caracterización. Los análisis de la secuencia de tgo han permitido deducir que este nuevo gen está constituido por una secuencia de 1605 pb y que codifica para una proteína (TGO) de 352 aminoácidos. El análisis de la secuencia de TGO ha permitido detectar diferentes dominios relacionados con la actividad TGasa, como son la triada catalítica (Cys-His-Asp), secuencias repetidas en tándem y varios sitios de N-miristoilación. Además, otros dominios detectados, como los leucine-zipper, no eran conocidos en TGasas vegetales. La expresión de la proteína TGO en E. coli ha permitido realizar la caracterización de la enzima con respecto a diferentes parámetros. Así, mediante ensayos de actividad se ha podido confirmar la preferencia de la enzima frente a diferentes sustratos, así como su dependencia de calcio y la inhibición de su actividad frente a conocidos inhibidores de la actividad TGasa. Igualmente, la enzima fue capaz de polimerizar un sustrato in vitro y se comprobó su dependencia de la luz utilizando proteínas tilacoidales como sustrato. Éstas y otras características relevantes han permitido identificar a esta enzima como una verdadera TGasa. Finalmente, ensayos realizados con plantas de arroz para determinar su localización subcelular, así como su relación con proteínas implicadas en la fotosíntesis y su dependencia de la luz, llevan a sugerir que las funciones de TGO están asociadas a procesos fotosintéticos, probablemente relacionados con fotoprotección, al igual que ya se había descrito para la TGasa de maíz, aunque no se descartan otras funciones relacionadas.

[eng] This thesis presents the results of cloning and characterization of a novel transglutaminase (TGase) from rice (Oryza sativa). This is the second transglutaminase cloned in plants and the first in C3 plants . TGases (EC2.3.2.13) are a family of enzymes that promote protein post-translational modifications. These enzymes are of particular importance because of their implication in human diseases and their biotechnological applications of industrial interest. Research on plant TGases is still incipient. To date, maize chloroplast TGase (TGZ) cloned from a DNA library is the only cloned TGase. The isolation of a new rice transglutaminase (TGO), described in this thesis, was performed using differential primers designed from both genomic and copy DNA, which has allowed the cloning of the gene (tgo), its insertion into an expression vector, and further characterization. Analysis of both the gene and protein sequences shows that this new gene is comprised of 1605 bp and encodes for a protein (TGO) of 352 amino acids. During sequence analysis different domains associated with TGase activity, such as a catalytic triad (Cys-His-Asp), tandem repeat sequences, and several N-myristoylation sites, were identified. Additionally, other domains not previously reported in plant TGases, such as a leucine-zipper domain, were observed. TGO protein expression in E. coli, allows enzyme characterization with respect to different parameters. Thus, the enzyme preference for different substrates, as well as calcium dependence and activity inhibition in the presence of known TGase inhibitors, was confirmed by these activity assays. The enzyme was able to polymerize in vitro a substrate and was also tested for light dependence using thylakoid proteins as substrate. All of these and other relevant TGO characteristics allowed the identification of this enzyme as a true TGase. Finally, studies with rice plants to determine TGO subcellular localization, as well as its relation to photosynthesis-involved proteins and light dependence, suggested that TGO functionality is associated with photosynthetic processes, probably related to photoprotection, which has already been described for maize TGase. In addition to photoprotection there are possibly additional functions that cannot be excluded.