Entendiendo los receptores NLR en plantas y su función

Las plantas tienen un sistema complicado para defenderse contra infecciones causadas por patógenos como bacterias, hongos y virus. Una de las partes clave de este sistema se llama Receptores de repetición rica en leucina y unión de nucleótidos (NLR). Estos receptores trabajan como sensores que detectan sustancias dañinas de los patógenos y desencadenan una serie de respuestas protectoras.

Cuando un patógeno ataca, a menudo libera ciertas proteínas-llamadas Efectores-dentro de las células de la planta para interrumpir el funcionamiento normal. Para combatir esto, las NLR de las plantas pueden identificar estos efectores y activar respuestas inmunitarias. En otros organismos, tanto simples como complejos, las NLR también pueden unirse para formar complejos proteicos más grandes y mejorar la respuesta Inmune.

#Tipos de Receptores NLR en Plantas

Los receptores NLR pueden actuar solos o en pares. Algunos de ellos son conocidos como "singleton", donde un receptor se encarga de detectar el efector y de iniciar la respuesta inmune. Otros funcionan en arreglos de orden superior, como pares de receptores o redes. En el caso de los pares de receptores, un receptor detecta el patógeno, mientras que el otro ayuda a activar las respuestas inmunitarias.

A pesar de que entendemos cómo reaccionan estos receptores a los patógenos, todavía hay mucho que no sabemos sobre sus estructuras y cómo trabajan juntos. La mayor parte de nuestro conocimiento proviene del estudio de receptores individuales, pero necesitamos aprender más sobre cómo interactúan en pares o redes.

#Estructura de los Receptores NLR

Los NLR suelen tener tres partes principales: un dominio de señalización en el N-terminal, una parte central que se une a nucleótidos, y una serie de repeticiones al final. En las NLR de plantas, la parte central se llama módulo NB-ARC. Este módulo es crucial ya que ayuda a cambiar el receptor de una forma inactiva a una activa.

Los dominios N-terminal de las NLR de plantas pueden variar, y juegan un papel en la clasificación de diferentes tipos de receptores. Dos tipos comunes que se encuentran en plantas son los dominios N-terminal tipo coiled-coil (CC) y tipo receptor toll-interleukin (TIR).

#Cómo trabajan juntos los NLR

En las plantas, dos NLR específicas, AtZAR1 y TmSr35, han demostrado trabajar juntas como estructuras pentamérica, es decir, que constan de cinco subunidades unidas. Cuando se activan, estas estructuras se insertan en la membrana celular de la planta, provocando un flujo de iones de calcio y desencadenando una respuesta de muerte celular, que ayuda a detener la propagación de la infección.

Por otro lado, pares de NLR, como Roq1 y RPP1, han demostrado funcionar de manera diferente. Estos receptores forman estructuras tetraméricas que activan NLR auxiliares produciendo pequeñas moléculas. Sin embargo, no se sabe mucho sobre los sensores de tipo CC activados o auxiliares.

#Evolución de los NLR

Los NLR tienen una larga historia evolutiva. La investigación muestra que se han identificado dos dominios N-terminal CC específicos, tipo RPW8 y tipo G10, en plantas con flores. Además, algunos NLR de tipo CC típicos pertenecen a una familia más amplia llamada MADA-CC-NLRS. La diversidad de estos dominios N-terminal sugiere que juegan un papel crucial en determinar cómo los receptores NLR señalizan y responden a las infecciones.

#Características NLR Únicas en Asterídeos

Los asterídeos son un gran grupo de plantas con flores que tienen un conjunto diverso de receptores inmunitarios. Entre ellos hay varias proteínas importantes de resistencia a enfermedades que ayudan a combatir varios patógenos. La investigación ha demostrado que en los asterídeos, los NLR sensores pueden señalizar de manera redundante a través de una red de proteínas auxiliares MADA tipo CC, conocidas como NRCs.

Dentro de esta red, cuando un NLR sensor detecta un efector, sufre un cambio que le permite activar los NLR auxiliares. Esta activación conduce a la formación de complejos oligoméricos que inician respuestas inmunitarias.

#Perspectivas de Estudios Recientes

La investigación reciente ha avanzado significativamente en la comprensión de la estructura y función de los receptores NLR. Un hallazgo notable es la estructura del NbNRC2, un NLR auxiliar de la planta Nicotiana benthamiana. Los investigadores usaron técnicas avanzadas, como la microscopía electrónica criogénica (cryo-EM), para analizar la estructura de NbNRC2 cuando fue activado por un patógeno.

Descubrieron que tras la activación por la proteína de resistencia a enfermedades Rx, NbNRC2 forma un resistosoma hexamérico-un complejo hecho de seis subunidades. Este hallazgo es distinto de estructuras reportadas previamente de otros NLR CC, que típicamente formaban complejos pentaméricos. Notablemente, NbNRC2 no incluye la proteína sensor Rx, proporcionando evidencia para el modelo de activación y liberación de interacciones NLR.

#Características Estructurales de NbNRC2

El resistosoma hexamérico de NbNRC2 tiene una estructura única, con cada uno de sus seis componentes interactuando a través de interfaces específicas. Estas interacciones estabilizan la estructura general y son cruciales para su función. Los investigadores identificaron regiones clave dentro del resistosoma, incluyendo una cavidad central donde se encontró que ATP-una molécula de energía importante-estaba unida, indicando su posible papel en el mantenimiento de la estructura.

Además, se encontraron varias interacciones inter-protómeras que estabilizan el hexámero de NbNRC2. Estas incluyeron los dominios NB, que se hallaron con puntos de interacción distintos que son esenciales para la estabilidad del resistosoma.

#Diferencias en Estructura y Función Entre NLR

Una comparación entre NbNRC2 y otros resistosomas NLR conocidos, como AtZAR1, reveló diferencias notables. NbNRC2 tiene un diámetro de poro más amplio y una disposición diferente de sus dominios proteicos, lo que influye en su funcionalidad y en la dinámica de cómo interactúa con otros componentes celulares.

La arquitectura distintiva de NbNRC2 sugiere que el tamaño de su poro podría afectar cómo los iones y otras moléculas se mueven dentro y fuera de la célula, potencialmente impactando la respuesta inmune general. Esto resalta la importancia funcional de las variaciones estructurales entre los NLR.

#Contribución de AlphaFold a la Investigación de NLR

Herramientas computacionales avanzadas, como AlphaFold 3, han permitido a los investigadores predecir las estructuras de complejos NLR, incluyendo NbNRC2. Al modelar estas proteínas, los científicos han obtenido conocimientos sobre sus posibles interacciones y funciones dentro de la inmunidad de las plantas. Las predicciones de AlphaFold han mostrado niveles de confianza altos y corresponden bien con estructuras determinadas experimentalmente.

La inclusión de lípidos en los modelos de AlphaFold también ha proporcionado información sobre cómo los NLR podrían interactuar con las membranas celulares, un aspecto importante de su funcionalidad. Este enfoque podría ayudar a llenar vacíos en nuestra comprensión de las estructuras NLR que antes estaban sin resolver en estudios experimentales.

#Futuros Direcciones en la Investigación de NLR

A medida que la investigación avanza, se irá entendiendo mejor cómo se ensamblan y funcionan los NLR. Explorar la dinámica de estos receptores inmunitarios en diferentes estados de activación proporcionará conocimientos críticos sobre sus roles en la inmunidad de las plantas.

Todavía hay muchas preguntas sobre cómo interactúan diferentes NLR, si pueden formar varias estructuras y cómo esto afecta sus respuestas inmunitarias. Además, el impacto potencial de los lípidos y las membranas celulares en las interacciones NLR es un área lista para ser estudiada.

La diversidad de estructuras y mecanismos que muestran los NLR sugiere que podría haber muchos más tipos de resistosomas esperando ser descubiertos. El uso continuo de técnicas avanzadas de modelado y experimentales probablemente revelará nuevos aspectos de la funcionalidad de los NLR y su importancia en la salud de las plantas y la resistencia a enfermedades.

#Conclusión

Los NLR de las plantas son esenciales para defenderse contra los patógenos. Descubrimientos recientes han mejorado la comprensión de sus estructuras, particularmente en lo que respecta a la formación de resistosomas y cómo interactúan con otros componentes inmunitarios. La imagen en evolución de la funcionalidad de los NLR destaca su diversidad y adaptabilidad, ofreciendo perspectivas emocionantes para más investigaciones en biología de plantas e inmunología.