Characterization of N-terminal extensions and their impact on the functionality of plant ARGONAUTE proteins

Abstract

Les proteïnes ARGONAUTE (AGO) són efectors clau del silenciament gènic mediat per petits RNAs (sRNAs) en plantes. Tot i que els dominis globulars conservats de les AGOs han estat àmpliament estudiats, l’extensió N-terminal (NTE) ha romàs funcionalment enigmàtica. Aquesta tesi demostra que el NTE actua com un mòdul de regulació fina que modula la localització subcel·lular, les interaccions amb altres proteïnes i la regulació post-traduccional a Arabidopsis thaliana. L’anàlisi comparativa de seqüències d’AGOs entre diferents espècies vegetals va revelar una elevada variabilitat en la longitud i composició del NTE, en correlació amb funcions específiques segons el clade. Els assajos funcionals van mostrar que el NTE conté senyals d’exportació nuclear i funciona com a plataforma d’interacció amb la metiltransferasa PRMT5, responsable de la dimetilació simètrica d’arginines (sDMA). L’absència de la metilació d’arginines va remodelar l’interactoma d’AGO1 i va revelar canvis en l’estabilitat i degradació de la proteïna, indicant que la metilació d’arginines és un mecanisme regulador fonamental. Aquest treball proposa un nou model en què el NTE integra informació espacial, estructural i bioquímica per ajustar amb precisió temporal i funcional l’activitat de les AGOs.

Las proteínas ARGONAUTAS (AGO) son efectores clave de la silenciamiento génico mediado por pequeños RNAs (sRNAs) en plantas. Mientras que los dominios globulares conservados de las AGOs han sido ampliamente caracterizados, su región N-terminal (NTE) ha permanecido poco comprendida. Esta tesis demuestra que el NTE actúa como un módulo de regulación fina que modula la localización subcelular, las interacciones proteína-proteína y la regulación postraduccional en Arabidopsis thaliana. El análisis comparativo de secuencias de AGOs entre distintas especies vegetales reveló una alta variabilidad tanto en longitud como composición del NTE, en correlación con funciones específicas por clados. Experimentos funcionales mostraron que el NTE contiene motivos de exportación nuclear y sirve como plataforma de interacción para la metiltransferasa PRMT5, que cataliza la dimetilación simétrica de argininas (sDMA). La pérdida de metilación de argininas reconfiguró el interactoma de AGO1 y reveló cambios en su estabilidad y degradación, sugiriendo que la metilación de argininas es un mecanismo regulador clave. Este trabajo propone un modelo revisado en el cual el NTE integra información espacial, estructural y bioquímica para ajustar con precisión temporal y funcional la actividad de AGO.

ARGONAUTE (AGO) proteins are key effectors of small RNA (sRNA)-mediated gene silencing in plants. While the conserved globular domains of AGOs have been extensively studied, the N-terminal extension (NTE) has remained functionally elusive. This thesis demonstrates that the AGO NTE acts as a fine-tuning module that modulates subcellular localization, protein interactions, and post-translational regulation in Arabidopsis thaliana. Comparative analysis of AGO sequences across plant species revealed significant variability in NTE length and composition, correlating with AGO clade-specific functions. Functional assays showed that NTEs harbor nuclear export motifs and serve as interaction platforms for the methyltransferase PRMT5, which catalyzes symmetric arginine dimethylation (sDMA). Loss arginine methylated reshaped the AGO1 interactome and revealed altered stability and turnover, suggesting that arginine methylation is a key regulatory mechanism. This work proposes a revised model in which the NTE integrates spatial, structural, and biochemical information to adjust AGO function with temporal and functional precision.