Estudios sobre aspectos bioquímicos, moleculares y funcionales de proteínas del citoesqueleto

Los microtúbulos son elementos del citoesqueleto celular y están constituidos por tubulina, la proteína cuantitativamente más importante y proteínas asociadas a microtúbulos (MAPs) conocidas como HMW y tau. En la célula los microtúbulos participan en numerosas funciones. En el caso de la enfermedad de Alzheimer, la red de microtúbulos se encuentra disminuida y se observa un acúmulo de manojos de filamentos de tau hiperfosforilada. En este proyecto se estudiará de qué manera el grado de fosforilación de tau influye sobre la formación de microtúbulos y sobre la interacción con tubulina, tau normal, MAP 1 Y MAP 2. Se espera tener un mayor conocimiento acerca de las causas por las cuales, en la enfermedad de Alzheimer, hay una alteración en la formación de microtúbulos y un acúmulo de filamentos helicoidales de tau hiperfosforilada. Otros aspectos de nuestros estudios están dirigidos a conocer la función post-traducción de detirosinación-tirosinación de la tubulina. En esta reacción participan dos enzimas: una carboxipeptidasa que remueve la tirosina del terminal COOH de la tubulina alfa y una ligasa que es capaz de reincorporar la tirosina removida. En este proyecto está programado obtener el cDNA de la ligasa de rata y analizar la secuencia y la expresión de la enzima, "in vivo", en diferentes tejidos. El rol funcional de la ligasa será analizado en líneas celulares y en cultivos primarios de células neuronales y no neuronales. Por último, otro aspecto en estudio está relacionado al reciente hallazgo en nuestro laboratorio, de que la tubulina hidrofóbica de membrana no es, como se venía sosteniendo desde hacía varios años, una proteína integral de membrana sino una proteína periférica. De acuerdo a nuestros resultados esta proteína contiene una alta proporción de la isoespecie acetilada. Aparentemente nuestros resultados indican que la proteína hidrofóbica proviene de microtúbulos que interaccionan con membranas. Nuestro objetivo es establecer si el carácter hidrofóbico constituye una propiedad intrínseca de la tubulina (que parece poco probable) o a la interacción con un componente de membrana. Los objetivos generales correspondientes al presente proyecto comprenden: a) Estudios acerca del rol que cumplen las MAPs en el mecanismo de la degeneración neurofibrilar en la Enfermedad de Alzheimer. b) Estudios moleculares acerca de la reacción de tirosinación/detirosinación de la tubulina: Rol funcional de la tubulina tirosina ligasa. c) Estudios acerca de las propiedades de la tubulina de membrana.

Expresión y rol del slpi (secretory leukocyte protease inhibitor) en la inmunidad innata del ojo asociado a procesos inflamatorios e infecciosos oculares.

En la terapia antimicrobiana, se pretende comprender y desarrollar sinergia con los mecanismos de defensa innatos del huésped, en el área oftalmológica, los relacionados a procesos oculares infecciosos tanto específicos como no específicos. Conservando y estimulando la presencia de los péptidos antimicrobianos, se obtendría una prevención e inhibición de los microorganismos responsables de los principales procesos infecciosos e inflamatorios oculares, que permitirá un tratamiento rápido y eficaz en el control del proceso patológico.De esta forma se podrá evitar secuelas devastadoras de dichas complicaciones que en un gran porcentaje llevan a la ceguera del paciente asociadas al diagnóstico tardío, inespecífico o asociado a resistencia a los antibióticos actuales.Los péptidos antimicrobianos y anti-inflamatorios prometen ser un método terapéutico eficaz, natural, libre de efectos secundarios y adversos en la terapia antimicrobiana e inmuno moduladora futura.Basados en estudios publicados realizados en animales, estos péptidos con capacidad antibacteriana se expresarían en tejidos oculares normales actuando como agentes antimicrobianos de la inmunidad innata del ojo y así también como regulador de la actividad inflamatoria. Estos péptidos antimicrobianos – anti inflamatorios podrían utilizarse para la prevención y tratamiento de procesos infecciosos oculares, en formulaciones simples o combinadas a otras sustancias antibióticas antimicrobianas en forma sinérgica.Secretory leukocyte protease inhibitor (SLPI), terminología anglosajona que se utilizo para definir a una proteína de 12 kDa de peso molecular cuya única función conocida hasta hace unos años era la de ser secretada por leucocitos para inhibir proteasas de la matriz extracelular. El objetivo es estudiar la presencia del péptido antimicrobiano SLPI en relación con el remodelado cicatrizal de la matriz extracelular de la cornea y otras estructuras intra oculares, como así también su expresión en relación a procesos inflamatorios e infecciosos del ojo como agente antimicrobiano de la inmunidad innata del huésped

Mecanismo de interacción, calcio dependiente, entre Calcineurina y PERK, involucrado en el Estrés de Retículo Endoplásmico. Ca2+ -dependent mechanism of interaction between Calcineurin and PERK involved in Endoplasmic Reticulum Stress.

El Estrés de Retículo Endoplásmico (RE) es inducido por la acumulación de proteínas sin plegar en el lumen de la organela. Esto se puede observar en diversas situaciones fisio-patológicas como durante una infección viral o en proceso isquémico. Además, contribuye a la base molecular de numerosas enfermedades ya sea índole metabólico (Fibrosis quística o Diabetes Miellitus) o neurodegenerativas como mal de Alzheimer o Parkinson (Mutat Res, 2005, 569). Para restablecer la homeostasis en la organela se activa una señal de transducción (UPR), cuya respuesta inmediata es la atenuación de la síntesis de proteína debido a la fosforilación de subunidad alpha del factor eucariótico de iniciación de translación (eIF2α) vía PERK. Esta es una proteína de membrana de RE que detecta estrés. Bajo condiciones normales, PERK está inactiva debido a la asociación de su dominio luminar con la chaperona BIP (Nat Cell Biol, 2000, 2: 326). Frente a una situación de estrés, la chaperona se disocia causando desinhibición. Recientemente, (Plos One 5: e11925) se observó, bajo condiciones de estrés, un aumento de Ca2+ citosólico y un rápido incremento de la expresión de calcineurina (CN), una fosfatasa citosólica dependiente de calcio, heterodimérica formada por una subunidad catalítica (CN-A) y una regulatoria (CN-B). Además, CN interacciona, sin intermediarios, con el dominio citosólico de PERK favoreciendo su trans-autofosforilación. Resultados preliminares indican que, astrocitos CNAβ-/- exhibieron, en condiciones basales, un mayor número de células muertas y de niveles de eIF2α fosforilado que los astrocitos CNAα-/-. Hipótesis: CNAβ/B interacciona con PERK cuando el Ca2+ citosólico esta incrementado luego de haberse inducido Estrés de RE, lo cual promueve dimerización y auto-fosforilación de la quinasa, acentuándose así la fosforilación de eIF2α e inhibición de la síntesis de proteínas. Esta activación citosólica de PERK colaboraría con la ya descrita, desinhibición luminal llevada cabo por BIP. Cuando el Ca2+ citosólico retorna a los niveles basales, PERK fosforila a CN, reduciendo su afinidad de unión y disociándose el complejo CN/PERK. Objetivo general: Definir las condiciones por las cuales CN interacciona con PERK y regula la fosforilación de eIF2α e inhibición de la síntesis de proteína. Objetivos específicos: I-Estudiar la diferencia de afinidades y dependencia de Ca2+, de las dos isoformas de CN (α y β) en su asociación con PERK. Además verificar la posible participación de la subunidad B de CN en esta interacción. II-Determinar si la auto-fosforilación de PERK es diferencialmente regulada por las dos isoformas de CN. III-Discernir la relación del estado de fosforilación de CN con su unión a PERK. IV-Determinar efectos fisiológicos de la interacción de CN-PERK durante la respuesta de Estrés de RE. Para llevar a cabo este proyecto se realizarán experimentos de biología molecular, interacción proteína-proteína, ensayos de fosforilación in vitro y un perfil de polisoma con astrocitos CNAβ-/- , CNA-/- y astrocitos controles. Se espera encontrar una mayor afinidad de unión a PERK de la isoforma β de CN y en condiciones donde la concentración de Ca2+ sea del orden micromolar e imite niveles del ión durante un estrés. Con respecto al estado de fosforilación de CN, debido a los resultados preliminares, donde solo se la encontró fosforilada en condiciones basales, se piensa que CN podría interactuar con mayor afinidad con PERK cuando CN se encuentre desfosforilada. Por último, se espera encontrar un aumento de eIF2α fosforilado y una acentuación de la atenuación de la síntesis de proteína como consecuencia de la mayor activación de PERK por su asociación con la isoforma β de CN en astrocitos donde el Estrés de RE se indujo por privación de oxigeno y glucosa. Estos experimentos permitirán avanzar en el estudio de una nueva función citoprotectora de CN recientemente descrita por nuestro grupo de trabajo y sus implicancias en un modelo de isquemia. The accumulation of unfolded proteins into the Endoplasmic Reticulum (ER) activates a signal transduction cascade called Unfolding Protein Response (UPR), which attempts to restore homeostasis in the organelle. (PKR)-like-ER kinase (PERK) is an early stress response transmembrane protein that is generally inactive due to its association with the chaperone BIP. During ER stress, BIP is tritrated by the unfolded protein, leading PERK activation and phosphorylation of eukaryotic initiation factor-2 alpha (eIF2alpha), which attenuates protein síntesis. If ER damage is too great and homeostasis is not restored within a certain period of time, an apoptotic response is elicited. We recently demonstrated a cytosolic Ca2+ increase in Xenopus oocytes after induce ER stress. Moreover, calcineurin A/B, a an heterotrimeric Ca2+ dependent phosphatases (CN-A/B), associates with PERK increasing its auto-phosphorylation and significantly enhancing cell viability. Preliminary results suggest that, CN-Aβ-/- knockout astrocytes exhibit a significant higher eIF2α phosphorylated level compared to CN-Aα-/- astrocytes. Our working hypothesis establishes that: CN binds to PERK when cytosolic Ca2+ is initially increased by ER stress, promoting dimerization and autophosphorylation, which leads to phosphorylation of elF2α and subsequently attenuation of protein translation. When cytosolic Ca2+ returns to resting levels, PERK phosphorylates CN, reducing its binding affinity so that the CN/PERK complex dissociates. The goal of this project is to determine the conditions by which CN binding to PERK attenuates protein translation during the ER stress response and subsequently, to determine how the interaction of CN with PERK is terminated when stress is removed. To perform this project is planed to do molecular biology experiments, pull down assays, in vitro phosphorylations and assess overall mRNA translation efficiency doing a polisome profile.