Multi-­‐dimensional Protein Identification Technology

Before the rise of the Multidimentional Protein Identification Technology (MudPIT), protein and peptide mixtures were resolved using traditional proteomic technologies like the gel-­‐ based 2D chromatography that separates proteins by isoelectric point and molecular weight. This technique was tedious and limited, since the characterization of single proteins required isolation of protein gel spots, their subsequent proteolyzation and analysis using Matrix-­‐ assisted laser desorption/ionization-­‐time of flight (MALDI-­‐TOF) mass spectrometry.

Selected Reaction Monitoring (SRM) frente a Western Blot

We propose the SRM technology as a complementary method to the Western Blot for the detection and quantification of proteins in a sample. The technique Western Blot has its own limitations: i) only a protein-of-choice is detected, ignoring any non-relevant proteins, ii) the sensitivity of the technique depends on the specificity of the antibody and iii) Western Blot is expensive and time-consuming. The advantages of SRM with respect Western Blot are remarkable: i) you can detect up to hundreds of different proteins in a sample, ii) SRM is more sensitive, because just 50 copies of the target protein per cell are enough for the detection and iii) once it has been made an investment in the necessary machinery to develop this technique, the detection of proteins in a sample turns into a cheaper, faster, more specific and full-quantitative procedure, without the need of using antibodies. First of all, SRM requires the identification of little peptides, obtained by tryptic digestion, whose sequence must be unique for a single protein or isoform. There is software for that aim. Then, it’s necessary to create isotope-labeled peptides of that identified for acting as internal standards. That sample is introduced in a triple quadrupole mass spectrometer: it passes through a first quadrupole, which functions as a filter, where the fragments are selected, previously ionized, attending to the mass/charge (m/z) relation that correspond to that unique fragments of the protein of interest. In this first selection may be other peptides from other proteins, with the same m/z but with different sequence. To select those that are exclusive from the target protein, the fragments are moved to a second quadrupole, where they are fragmented again with a physical method, and so new smaller fragments are generated. All the new fragments are conduced to the third quadrupole, where just those which come from the protein of interest are selected, attending at their m/z again. The target peptide concentration is determined by measuring the observed signal response for the target peptide relative to that of the isotopic-labeled peptide, the concentration of which is calculated from a pre-determined calibration-response curve. Calibration curves have to be generated for each target peptide in the sample. Because SRM technology is increasing its use, there have been developed databases where the scientific community upload information about protocols and standards for each protein with the aim to facilitate the work to other researchers.

Posibles funciones de la familia génica de la glutamato descarboxilasa en Populus

Aunque hace más de 50 años que se describió que la glutamato descarboxilasa (GAD) lleva a cabo la descarboxilación del glutamato para producir GABA, y en animales ha sido muy estudiada debido al papel del GABA como neurotransmisor, la información disponible sobre las GADs de plantas es aún limitada, conociéndose sólo algunos aspectos de la regulación por calcio de su actividad enzimática o de expresión de algunos de los genes de su familia génica. El GABA es un metabolito que tradicionalmente se ha asociado a estrés, pero su papel en plantas todavía no está claro. En las últimas dos décadas los resultados experimentales obtenidos sobre la GAD y el GABA, destacando las alteraciones fenotípicas mostradas por plantas tratadas con GABA y por plantas transgénicas para GAD, han generado preguntas interesantes sobre el posible papel de este metabolito y la enzima en señalización en plantas. En plantas, son varios los papeles que se han propuesto para el metabolismo del GABA tales como su participación como componente del metabolismo del carbono y del nitrógeno (Fait y col., 2008), protección frente especies reactivas de oxigeno (Liu y col., 2011), regulación de la expresión génica incluyendo la regulación de genes implicados en la síntesis de hormonas (Khatiresan y col., 1997; Shi y col., 2010; Lancien y Roberts, 2006) y señalización a larga distancia (Beuve y col., 2004) y en gradiente guiando el crecimiento del tubo polínico (Palanivelu y col., 2013). Nuestro grupo de investigación ha sugerido un papel novedoso para la producción de GABA durante la xilogénesis en pino (Molina-Rueda y col., 2010, 2015). En base a estos antecedentes, los objetivos planteados para este trabajo han sido: la asignación de posibles funciones a las GADs de Populus en condiciones normales de crecimiento y en estrés abióticos, estudiar la adquisición del dominio de unión a calmodulina (CaMBD) de las GADs de plantas vasculares y analizar el efecto del GABA y del glutamato en las raíces de Populus. Las conclusiones que se derivan de los resultados de este trabajo se detallan a continuación. El dominio de unión a calmodulina de la GAD de plantas esta conservado en GADs de plantas consideradas ancestros de plantas vasculares y ausente en plantas no vasculares, lo que sitúa juntos en la evolución los eventos de adquisición del dominio de unión a CaM y el desarrollo del tejido vascular de plantas. Los resultados similares de la localización de GABA en xilema y una expresión GAD asociada a la formación de madera de reacción tanto en pino como en chopo apuntan a un papel relevante de la producción de GABA durante la xilogénesis en leñosas. La familia génica GAD posee seis genes codificando todos ellos para proteínas aparentemente funcionales y susceptibles de ser reguladas por calcio. Esta familia génica ha sufrido duplicaciones y eventos de especialización durante la evolución de Populus. Este trabajo ha posibilitado la asociación entre papeles específicos y los diferentes genes de esta familia. Beuvé N, Rispail N, Laine P, Cliquet J-B, Ourry A, Deunff F (2004) Putative role of Υ-aminobutyric acid as a long-distance signal in up-regulation of nitrate uptake in Brassica napus L. Plant Cell Environ. 27: 1035-1046 Fait A, Fromm H, Walter D, Galili G, Fernie AR (2008) Highway or byway: the metabolic role of the GABA shunt in plants. Trends in plant science 13: 14-19 Kathiresan A, Tung P, Chinnappa CC, Reid DM (1997) gamma-Aminobutyric acid stimulates ethylene biosynthesis in sunflower. Plant Physiol. 115: 129-135 Lancien M, Roberts MR (2006) Regulation of Arabidopsis thaliana 14-3-3 gene expression by ϒ-aminobutyric acid. Plant Cell Environ. 29: 1430-1436 Liu C, Zhao L, Yu G (2011) The dominant glutamic acid metabolic flux to produce gamma-amino butyric acid over proline in Nicotiana tabacum leaves under water stress relates to its significant role in antioxidant activity. Journal of integrative plant biology 53: 608-618 Molina-Rueda JJ, Pascual MB, Canovas FM, Gallardo F (2010) Characterization and developmental expression of a glutamate decarboxylase from maritime pine. Planta 232: 1471-1483 Molina-Rueda, J.J. y col., 2015. A putative role for γ-aminobutyric acid (GABA) in vascular development in pine seedlings. Planta 241: 257-267 Palanivelu R, Brass L, Edlund AF, D P (2003) Pollen tube growth and guidance is regulated by POP2, an Arabidopsis gene that controls GABA levels. Cell 114: 47-59 Shi SQ, Shi Z, Jiang ZP, Qi LW, Sun XM, Li CX, Liu JF, Xiao WF, Zhang SG (2010) Effects of exogenous GABA on gene expression of Caragana intermedia roots under NaCl stress: regulatory roles for H2O2 and ethylene production. Plant, cell & environment 33: 149-162

Caracterización funcional de las proteínas TasA y TapA en la formación de fibras de tipo amiloide en Bacillus subtilis

Las proteínas amiloides son un grupo heterogéneo de proteínas diferentes en secuencia aminoacídica, pero similares en su estructura cuaternaria: fibras enriquecidas en láminas beta, con gran estabilidad, resistencia y capacidad de unión de colorantes específicos, como el rojo congo o la thioflavina T. Estas proteínas han estado tradicionalmente asociadas a patologías neurodegenerativas en humanos como el Alzheimer o el Parkinson. Sin embargo, los miembros dentro de esta familia están ampliamente distribuidas en la naturaleza, desde bacterias hasta humanos, e intervienen en un amplio rango de funciones biológicas, motivo por el que se han denominado “amiloides funcionales”. En bacterias, los amiloides funcionales son responsables de participar en funciones muy diversas como la interacción célula-célula, con superficies abióticas, y formación de biofilms. En Bacillus subtilis, la proteína amiloide TasA es el componente proteico mayoritario de la matriz extracelular del biofilm de este microorganismo y el principal elemento que constituye las fibras amiloides, mientras que la proteína auxiliar TapA, presente en mucha menor proporción, actúa favoreciendo el ensamblaje de las mismas. Estas actúan como un andamiaje proteico donde se disponen el resto de componentes de la matriz extracelular, lo que confiere a esta estructura una mayor estabilidad y, por consiguiente, proporcionan una mayor robustez al biofilm. En este este trabajo se pretende llevar a cabo el análisis de regiones o dominios tanto de TasA como de TapA importantes para la amiloidogénesis, así como para la funcionalidad de ambas proteínas. Para ello, el estudio se ha enfocado desde un punto de vista multidisciplinar, combinando pruebas clásicas de caracterización de amiloides con técnicas de biología molecular y diversas pruebas biofísicas. Los resultados obtenidos hasta la fecha han demostrado la existencia de pequeñas secuencias, dentro de las proteínas TasA o TapA con capacidad para polimerizar en la forma de fibras, lo que muestra su importancia en el proceso de fibrilación y en la funcionalidad de ambas proteínas. En el caso de la proteína TapA, las regiones analizadas ponen de manifiesto la importancia de su extremo amino-terminal tanto en la funcionalidad de la proteína como en su interacción con TasA.