Grupos de investigación

Grupo: Mecanismos moleculares de la acción de las poliaminas

El interés general de nuestro grupo de investigación se centra en el estudio de los mecanismos moleculares que permiten a las plantas modular sus procesos de crecimiento y adaptación al entorno. Nuestros abordajes experimentales tienen carácter multidisciplinar ya que empleamos técnicas de genética, bioquímica, fisiología y biología molecular y celular con la planta modelo Arabidopsis thaliana.

Entre los reguladores de crecimiento vegetal, además de las hormonas, cabe destacar la presencia de metabolitos derivados del catabolismo de aminoácidos como son las poliaminas. Estas pequeñas moléculas alifáticas de naturaleza policatiónica a pH fisiológico, desarrollan múltiples funciones esenciales cuyas bases moleculares se desconocen y son objeto de nuestras investigaciones.

 

LÍNEAS DE INVESTIGACIÓN: En la actualidad nuestros esfuerzos se centran en la caracterización de los mecanismos de acción de las poliaminas a nivel molecular. Las líneas de trabajo son:

- Poliaminas y traducción. Con esta línea de actuación pretendemos comprender una modificación post-traduccional exclusiva y dependiente de la poliamina espermidina, que resulta esencial para la actividad del factor de traducción eIF5A (hipusinación). Este factor proteico, que se activa por el proceso de hipusinación y está altamente conservado en el mundo eucariota, ha sido implicado en procesos de división, muerte celular y autofagia, y se ha relacionado con la regulación post-transcripcional (unión, transporte y traducción) de ARNm, pero en la actualidad se desconocen las dianas biológicas y sus funciones en plantas.

Otra poliamina objeto de nuestro interés es la termoespermina, específica del mundo vegetal y algunos procariotas, pero ausente en animales y hongos. Esta poliamina interviene en la regulación traduccional de ARNm de factores atípicos bHLH que incluyen marcos de lectura abiertos en sus regiones 5’-líder (uORFs) y que están implicados en la formación del xilema en plantas, aunque el mecanismo molecular subyacente se desconoce hasta la fecha.

 

- Poliaminas y tolerancia del polen a altas temperaturas. Con este proyecto pretendemos elucidar las funciones de las poliaminas en el proceso de germinación y crecimiento del tubo polínico a altas temperaturas. La aplicación de la tecnología de Riboseq nos permitirá determinar la naturaleza del ‘traductoma’ (secuencias de ARNm que están siendo traducidas por ribosomas) durante el crecimiento in vitro del tubo polínico a altas temperaturas. También estudiamos las interacciones del metabolismo de poliaminas con el pH en dicho proceso.

- Poliaminas y autofagia. Esta es una línea de trabajo recientemente iniciada que centrará buena parte de nuestros futuros esfuerzos. La implicación de las poliaminas, y en concreto de la espermidina y el factor traduccional eIF5A, en longevidad mediante la activación del proceso de autofagia ha sido bien documentada en animales, sin embargo desconocemos si estos procesos están conservados en plantas. Nuestro interés es caracterizar las funciones de las poliaminas en el proceso de autofagia en respuesta a deficiencia nutricional de nitrógeno, con el objetivo de identificar nuevas dianas biotecnológicas para mejorar el uso eficiente de nitrógeno y reducir en el uso de fertilizantes en cultivos vegetales.

 

PLATAFORMAS TECNOLÓGICAS. El desarrollo de las líneas de trabajo mencionadas ha requerido la puesta a punto de tecnologías avanzadas para el estudio de interacciones proteicas (BiFC) y análisis traduccional de alta resolución (Riboseq):

- Caracterización de interacciones proteicas mediante tecnología BiFC. Hemos diseñado, desarrollado e implementado una nueva serie de vectores binarios para la generación de fusiones traduccionales con variantes de la proteína fluorescente YFP (http://www.ibmcp.upv.es/FerrandoLabVectors) que permite visualizar in vivo en células vegetales interacciones entre proteínas por la técnica de complementación bi-molecular de fluorescencia (BiFC).

- Estudio del traductoma mediante perfil de huella ribosomal (Ribo-Seq). En nuestro laboratorio hemos establecido la tecnología de Ribo-Seq que permite el estudio de la traducción de ARNm a nivel global con resolución a nivel de sub-codón, por secuenciación masiva de fragmentos de ARNm protegidos por ribosomas.

Investigadores

Personal Contratado y Becarios

Técnicos

  • Patrick Cottilli; Borja Belda-Palazón; Charith Raj Adkar-Purushothama; Jean-Pierre Perreault; Enrico Schleiff; Ismael Rodrigo; Alejandro Ferrando; Purificación Lisón (2019)
    Citrus exocortis viroid causes ribosomal stress in tomato plants
    Nucleic Acids Research. 47 (16): 8649 - 8661
  • Poidevin L; Unal D; Belda-Palazón B; Ferrando A (2019)
    Polyamines as Quality Control Metabolites Operating at the Post-Transcriptional Level

    Plants 8(4):109

  • Sayas E, Pérez-Benavente B, Manzano C, Farràs R, Alejandro S, Del Pozo JC, Ferrando A, Serrano R. (2018)
    Polyamines interfere with protein ubiquitylation and cause depletion of intracellular amino acids: a possible mechanism for cell growth inhibition.

    FEBS Letters 593(2):209-218

  • Ferrando A; Castellano MM; Lisón P; Leister D; Stepanova AN; Hanson J (2017)
    Editorial: Relevance of Translational Regulation on Plant Growth and Environmental Responses
    Frontiers in Plant Science. doi: 10.3389/fpls.20
  • Belda-Palazon, B., Ferrando, A., and Farràs,R. (2016)
    Quantitation of protein translation rate in vivo with bioorthogonal Click-chemistry

    Methods in Molecular Biology 1449: 369-382

  • Belda-Palazon B, Almendáriz C, Martí E, Carbonell J, Ferrando A (2016)
    Relevance of the axis Spermidine/eIF5A for plant growth and development
    Frontiers in Plant Science. 7
  • Maruri-López I, Hernández-Sánchez IE, Ferrando A, Carbonell J, Jiménez-Bremont JF. (2015)
    Characterization of maize spermine synthase 1 (ZmSPMS1): evidence for dimerization and intracellular location

    Plant Physiology and Biochemistry 97: 264-271

  • Hernández-Sánchez IE, Maruri-López I, Ferrando A, Carbonell J, Graether SP, Jiménez-Bremont JF (2015)
    Nuclear localization of the dehydrin OpsDHN1 is determined by histidine-rich domain

    Frontiers in Plant Science. Doi: 10.3389/fpls.2015.00702

  • Belda-Palazón B., Nohales M.A., Rambla J.L., Aceña J.L., Delgado O., Fustero S., Martínez M.C., Granell A., Carbonell J.,Ferrando A. (2014)
    Biochemical quantiation of the eIF5A hypusination in Arabidopsis thaliana uncovers ABA-dependent regulation.
    Frontiers in Plant Science 5:202
  • Belda-Palazón B., Nohales M.A., Rambla J.L., Aceña J.L., Delgado O., Fustero S., Martínez M.C., Granell A., Carbonell J., and Ferrando A. (2014)
    Biochemical quantiation of the eIF5A hypusination in Arabidopsis thaliana uncovers ABA-dependent regulation.

    Frontiers in Plant Science 5:202

. (2016)
.
.
Control de la diferenciación del xilema por los factores de transcripción AJAX BIO2011-23828), 01-01-2012/30-06-2015.
Entidad financiadora: 
Ministerio de Economía y Competitividad
IP: 
Juan Carbonell
Hipusinación del factor eIF5A y muerte celular en plantas (CSIC PIE 200920I078), 01-01-2010/31-12-2010.
Entidad financiadora: 
CSIC
IP: 
Alejandro Ferrando
Hipusinación del factor eIF5A y muerte celular inducida por estrés en plantas (BIO2009-11818), 01-01-2010/31-12-2012.
Entidad financiadora: 
Ministerio de Ciencia e Innovación
IP: 
Alejandro Ferrando
Hipusinación del factor de traducción eIF5A dependiente de poliaminas
Año: 
2014
Nombre: 
Borja Belda Palazón
Universidad: 
Universitat Politècnica de València
Dirigida por: 
Alejandro Ferrando y Ramón Serran
Tipo: 
Tesis Doctorales
Mecanismos de toxicidad de poliaminas: inhibición del recambio de proteínas
Año: 
2014
Nombre: 
Enric Sayas Montañana
Universidad: 
Universitat Politècnica de València
Dirigida por: 
Ramón Serrano y Alejandro Ferrando
Tipo: 
Tesis Doctorales
Interacciones entre eIF5A y ACL5 en el desarrollo del xilema en Arabidopsis thaliana
Año: 
2013
Nombre: 
Carla Almendáriz Palacios
Universidad: 
Máster Biotecnología Molecular y Celular de Plantas del IBMCP
Dirigida por: 
Alejandro Ferrando.
Tipo: 
Tesis de Master