En años recientes se han descrito diversos mecanismos de regulación de la expresión génica a nivel post-transcripcional en organismos eucariontes. Entre ellos se encuentra la modificación química del RNA mensajero (mRNA) en adenosinas, mediante una metilación en la posición N6 (m6A). Esta marca se ha identificado como involucrada en distintos aspectos del metabolismo del mRNA, incluyendo su estabilidad, transporte nucleo-citoplasma y capacidad de ser traducido, entre otros. En los distintos organismos donde se ha explorado, la eliminación de la maquinaria encargada de colocar m6A resulta en defectos en múltiples procesos de desarrollo, lo que refleja su importancia como regulador de la expresión génica.
Su estudio en sistemas animales ha definido algunos de los factores necesarios, como metil- transferasas (proteínas escritoras), desmetilasas (proteínas borradoras) y proteínas de unión a RNA que reconocen la modificación m6A (proteínas lectoras). Estos se encuentran conservados en plantas y se ha iniciado su estudio en la planta modelo Arabidopsis thaliana, aunque a la fecha los estudios reportados se han limitado a identificar algunos factores y caracterizar los procesos de desarrollo en los que están involucrados. En algunos casos también se han identificado aquellos transcritos que son modificados por m6A, logrando entender cómo esta marca impacta en su funcionalidad. En esta propuesta planteamos estudiar el musgo Physcomitrella patens, pues es un modelo de estudio vegetal que nos ofrece una perspectiva evolutiva y tiene grandes ventajas metodológicas. En esta planta hemos iniciado su análisis mediante la generación y caracterización de plantas mutantes en algunos de los componentes principales del complejo de metil-transferasa, METTL3 y WTAP, con las cuales hemos encontrado que presentan defectos en dos etapas importantes del desarrollo de P. patens. El proyecto plantea estudiar estos componentes y definir el resto de la maquinaria encargada de colocar y leer la marca m6A en el mRNA durante las etapas de desarrollo que hemos definido. Adicionalmente buscaremos identificar los transcritos regulados por la vía de modificación m6A en plantas silvestres y en forma paralela identificar los defectos en el perfil transcripcional que presentan las plantas mutantes de la maquinaria. La integración de estos datos nos permitirá identificar transcritos afectados por metilación y las consecuencias moleculares que podrán dirigirnos a entender los procesos involucrados en las etapas de desarrollo correspondientes a la generación de brotes y formación de esporas.
Para la ejecución de la presente propuesta contamos con la colaboración del grupo de la Dra. Arenas-Huertero en la Univesidad Autónoma de San Luis Potosí, del Dr. Fabién Nogué, del Institute Jean-Pierre Bourgin (Versailles, Francia) y del Dr. Luis Vidali del Worcester Polytechnic Institute (MA, EUA). Como productos del proyecto, dos estudiantes de posgrado obtendrán el grado, uno de Maestro y otro de Doctor y los resultados del proyecto serán reportados en forma de un artículo arbitrado de circulación internacional y una revisión del tema como material de divulgación.
La metilación de la posición N6 de la adenosina es la modificación post-transcripcional interna más abundante en mRNA de eucariontes. La marca m6A afecta diferentes aspectos del metabolismo del mRNA, incluyendo la regulación de la maduración, de la estabilidad, el transporte del nucleo al citoplasma, de la traducción, e incluso puede afectar el plegamiento y estructura secundaria del mRNA, entre otros efectos (Zaccara et al., 2019). Por el contrario, se conoce muy poco acerca de la función y regulación de la modificación m6A en el mRNA de plantas, donde el principal modelo de estudio ha sido la planta dicotiledónea Arabidopsis thaliana (Berlivet et al., 2019). Otro modelo que ha sido utilizado ampliamente para estudiar diversos aspectos de la biología vegetal es la briofita Physcomitrella patens. Este musgo representa un modelo en biología vegetal muy importante por su posición en la base de la evolución de las plantas terrestres y por su desarrollo relativamente sencillo. Además, posee muchas ventajas de trabajo como por ejemplo la facilidad de su transformación genética, un amplio repertorio de herramientas y estrategias experimentales y bases de datos amplias de su genoma y datos de expresión (Cove et al., 2009). En P. patens nosotros hemos comenzado a explorar la vía de regulación mediada por m6A al identificar y obtener plantas mutantes de dos genes de la maquinaria de adición de m6A: PpMETTL3 y PpWTAP. Con nuestros primeros resultados hemos podido identificar etapas de desarrollo de P. patens que se ven afectadas en las mutantes, lo que nos abre la puerta para estudiar más detalladamente aspectos importantes del desarrollo vegetal y la regulación génica que está detrás. Por ejemplo, la primera etapa donde vemos un defecto en las plantas mutantes involucra la formación de brotes axilares a partir del protonema para la formación de gametóforos. Este paso representa el cambio en crecimiento de un modo bidimensional a uno en tres dimensiones que no puede ser estudiado en plantas vasculares ya que ocurre durante la formación del embrión. Consistentemente, las mutantes de METTL3 y WTAP en A. thaliana sufren letalidad durante el desarrollo embrionario, lo que impide su análisis. La regulación por m6A en mRNA es un campo de estudio incipiente en biología vegetal y somos pioneros en su investigación. Creemos que obtendremos resultados oportunos y novedosos en un tema de frontera que puede ofrecer nuevo conocimiento de gran relevancia.
Por otra parte, Las herramientas de estudio de m6A que desarrollaremos en este proyecto son del interés de otros grupos de investigación nacionales con los que podremos compartir nuestros avances, como el grupo de la Dra. Catalina Arenas-Huertero de la Universidad Autónoma de San Luis Potosí y el grupo del Dr. Fabián Flores Jasso del INMEGEN. Es así como estamos ampliando el estudio de este tema de vanguardia en la comunidad científica del país.