Consecuencias del metabolismo de colina en Pseudomonas aeruginosa : Respuestas adaptativas en microorganismos

Objetivos Generales: Mediante el abordaje experimental desde el punto de vista fisiológico, bioquímico y molecular se pretende conocer la respuesta adaptativa de P. aeruginosa frente a diferentes estímulos ambientales tales como osmolaridad, pH y distintos tipos de ayuno nutricional. Objetivos Específicos: Aspectos Bioquímicos a) Se continuarán los estudios de las propiedades cinéticas y fisicoquímicas de la fosforilcolina fosfatasa de P. aeruginosa. b) Se caracterizarán los sistemas de transporte en P. aeruginosa para: compuestos de amonio cuaternario (colina, betaína, carnitina, N-trimetillisina); aminoácidos básicos (lisina, arginina) y ácidos (glutámico); poliaminas y Pi. Se tratará de establecer la presencia o ausencia de proteínas unidoras periplásmicas para estos compuestos. c) Se tratará de establecer la relación entre el metabolismo de colina y otros compuestos de amonio cuaternario con el metabolismo del ácido glutámico y trealosa en P. aeruginosa crecidas en medios iso e hiperosmolares obtenidos con soluciones salinas y solutos no ionizables. d) Se tratará de establecer en P. aeruginosa el recambio o destino metabólico del Pi y colina que se produce cuando la bacteria se enfrenta a diferentes situaciones nutricionales y otros tipos de estímulos tales como pHs extremos y distinta osmolaridad, tanto a nivel de proteínas periplásmicas, citosólicas, de membranas interna y citosólica, fosfolípidos, glucofosfolípidos, glucolípidos y lipopolisacáridos (LPS) y compuestos fosforilados de bajo peso molecular, ej. acetilfosfato, alarmonas, etc. Aspectos Genéticos y Moleculares a) Se obtendrán mutantes de P. aeruginosa con fenotipos característicos relacionados con los puntos anteriores. (...) b) Se construirá la librería genómica de P. aeruginosa en cósmido, plásmido y cDNA. Posteriormente se pretende la identificación, clonado y secuenciación de los genes relacionados con: 1) La síntesis de la fosfatasa ácida, colinesterasa y PLC. 2) El transporte de compuestos de amonio cuaternario, teniendo en cuanta que, al menos para colina, existen dos componententes, uno de alta y otro de baja afinidad. 3) La síntesis de las enzimas responsables de la oxidación de colina hasta betaína, vía la formación de aldehído de betaína. (...) 4) La síntesis de las enzimas responsables de la degradación de betaína hasta glicina. (...) 5) La síntesis de las enzimas responsables del metabolismo de carnitina en condiciones de alta y baja osmolaridad. (...) 6) La adaptabilidad de la bacteria al pH en condiciones de baja osmolaridad. (...)

Aspectos moleculares del metabolismo de colina en Pseudomona aeruginosa

Con la realización de este proyecto se pretende contribuir al conocimiento del metabolismo de colina y de otros compuestos de amonio cuaternario en Pseudomonas aeruginosa . Se enfocará el estudio mediante el abordaje microbiológico y molecular. Se buscarán, mediante mutagénesis química y transposicional, cepas bacterianas alteradas en el metabolismo de colina. Se tendrán en cuenta las que presenten fenotipos negativos en su capacidad de producir fosfatasa ácida, de transportar colina y de osmoprotegerse con betaína. Se caracterizarán las mutantes obtenidas anteriormente a este proyecto (cepa Pa10 y Pa5, afectadas en actividad betaína homocisteína metiltransferasa y colinesterasa, respectivamente) y las próximas por obtener en el laboratorio. Se procederá al análisis molecular mediante el rescate del gen interrumpido por Tn5-751 o Tn5-phoA. Se construirán sondas específicas para tal fin. Se realizarán estudios de complementación en E. coli DH5, utilizando vectores adecuados, mediante técnicas ampliamentes citadas en la bibliografía. Nuestra principal intención es demostrar si existe una relación entre los operones involucrados en la degradación de colina (genes chu), la síntesis de ChE, Ac.Pasa y PLC con los regulones involucrados en la disponibilidad de fosfato (Pho) y de nitrógeno (Ntr).

Mecanismos de Fotopercepción No-Visual y Control Circadiano en la Retina Interna de Vertebrados en Condiciones Fisiológicas y en un Modelo Animal de Ceguera. Mechanisms of Non-visual Perception and Circadian Control in the Vertebrate Inner Retina under Physiological Conditions and in Animal Model of Blindness.

La retina juega un rol esencial en el funcionamiento del sistema circadiano de los vertebrados al ser la encargada de sensar las condiciones de iluminación ambiental que ajustan el reloj interno con el fotoperíodo exterior a través de un circuito no-visual. Este circuito es independiente de la vía de formación de imágenes e involucra a las células ganglionares retinianas (CGRs) que proyectan a varias estructuras no-visuales del cerebro; esta vía es la encargada de regular el reflejo pupilar, la sincronización de los ritmos diarios de actividad, el sueño y la supresión de melatonina pineal. La retina contiene además un reloj autónomo que genera ritmos diarios autosostenidos en distintas funciones bioquímicas y fisiológicas, que le confiere la capacidad de predecir el tiempo y anticiparse en su fisiología a los cambios lumínicos a lo largo del ciclo día-noche. Este laboratorio ha demostrado por 1ra vez que las CGRs de pollo poseen osciladores endógenos que generan variaciones diarias en la biosíntesis de fosfolípidos (Guido et al, J Neurochem. 2001; Garbarino et al., J Neurosci Res. 2004a) y de la hormona melatonina con niveles máximos durante el día (Garbarino et al., J Biol Chem 2004b). Aún más, cultivos primarios de CGRs responden a la luz a través de una cascada bioquímica de fototransducción similar a la de invertebrados y que involucra la activación de la enzima fosfolipasa C (PLC) (Contin et al., FASEB J 2006). Estos cultivos fueron obtenidos a estadios embrionarios muy tempranos en dónde solo las CGRs son postmitóticas y mayoritariamente maduras. A estos estadios, los cultivos expresan marcadores de especificación de células ganglionares (pax6, brn3), la proteina Gq y los fotopigmentos melanopsina y criptocromos con gran homología con marcadores descriptos para fotorreceptores rabdoméricos de invertebrados (Contin et al, 2006). Recientemente comenzamos a investigar la percepción de luz en pollos GUCY1*, un modelo de ceguera, en animales que carecen de células fotorreceptoras-conos y bastones-funcionales. Resultados preliminares indicarían que la retina interna, y potencialmente las CGRs de estos animales conservarían la capacidad de responder a la luz regulando el reflejo pupilar y sincronizando los ritmos diarios de alimentación. La convergencia de osciladores y fotopigmentos en la población de CGRs podría contribuir al control temporal de la fisiología del organismo y regulación de funciones no-visuales. Son objetivos de este proyecto: a) Investigar el rol de las CGRs en el sistema circadiano estudiando: i- su habilidad para sintetizar melatonina y, su regulación por luz y dopamina; ii- su capacidad fotorreceptora intrínseca, investigando la presencia de fotopigmentos y componentes de la cascada de fototransducción fundamentalmente la vía de los fosfoinosítidos y la activación de PLC, mediante ensayos moleculares, bioquímicos y farmacológicos; b) Extender estos estudios a cultivos primarios de CGRs inmunopurificadas midiendo la respuesta a la luz sobre la síntesis de melatonina, y los niveles de los mensajeros 2rios Ca2+ y AMP cíclico, la inducción de genes tempranos y la regulación de la actividad NAT, enzima clave en la síntesis de melatonina; y c) Investigar la percepción de luz en pollos GUCY1*(ciegos), sobre distintas funciones no-visuales tales como el reflejo pupilar, la sincronización de los ritmos diarios de alimentación, la síntesis de melatonina y la expresión génica en animales expuestos a estimulación lumínica de distintas intensidades y longitudes de onda. Estos estudios permitirán construir el espectro de acción de la respuesta a la luz en los pollos ciegos a fin de identificar el/los fotopigmentos intervinientes en este fenómeno. Este proyecto profundizará el conocimiento sobre la capacidad fotorreceptora-no visual de la retina interna y particularmente de las CGRs, de la naturaleza de la cascada bioquímica que opera en las mismas y de los mecanismos de regeneración del cromóforo utilizado.

Metabolismo de fosfolípidos, señal de calcio y sus implicancias en la diferenciación de Trypanosoma cruzi. Phospholipids metabolism, calcium signal and its implications in the differentiation of Trypanosoma cruzi.

Trypanosoma cruzi es un protozoo primitivo agente causal de la enfermedad de Chagas. La transmisión de esta enfermedad depende tanto del desarrollo y de la diferenciación del microorganismo en el intestino del vector. Las diferentes formas del parásito se han adaptado a una serie de condiciones impuestas por los distintos ambientes en donde debió habitar. Esta capacidad de sobrevivir a medios externos tan variados está dada por la diversidad en las vías de transducción de señales en el parásito. T. cruzi se multiplica y diferencia (metaciclogénesis) en el recto de los triatominos. A este nivel, los parásitos se enfrentan a un incremento en la osmolaridad causado por un elevado contenido de NaCl en la orina. En nuestro laboratorio se observó que diferentes estímulos son capaces de producir incrementos en los niveles de IP3 y de Ca2+ intracelular, consecuencia de la activación del ciclo del inositol fosfato, y activación de fosfolipasa D (PLD) y fosfatidilinositol 3 quinasa (PI3K). En un medio carente de Na+ los epimastigotes estimulados con carbacol, mostraron una señal de calcio disminuida mientras que la acumulación de IP3 no se modificó. Además, esta señal se incrementó en presencia de PMA, activador de proteína quinasa C, mientras que la acumulación de IP3 se anuló completamente. Estos resultados indujeron a pensar en un mecanismo alternativo y/o paralelo a IP3 en la liberación de Ca2+, en el cual la presencia de un intercambiador Na+/H+ favorecería la liberación del ion desde organelas acídicas. Es conocido que la señal de calcio es requerida para la metaciclogénesis, y que esta señal es independiente del Ca2+ extracelular (Lammel y col. 1996, Marchesini y col., 2002). De este modo se propone que "los epimastigotes de T. cruzi utilizan como elementos conservados a lo largo de la evolución a los elementos del ciclo del inositol fosfato, uno de los sistemas de transducción de señales más antiguo, para responder a estímulos que inducen la diferenciación del parásito". Por lo tanto, para el desarrollo de este proyecto se propone determinar la presencia de un RcIP3 en epimastigotes y conocer su compromiso en la liberación de Ca2+ desde reservorios intracelulares. Además, establecer si un intercambiador Na+/H+ en membrana de acidocalcisomas estaría relacionado con la señal de calcio intracelular y su posible regulación por proteina quinasa C y A (PKC y PKA, respectivamente). Por otro lado, para dilucidar la implicancia de estos mecanismos en el proceso de metaciclogénesis, se propone estudiar la activación del intercambiador Na+/H+ y la señal de calcio en condiciones de hiperosmolaridad, tal como ocurre en el recto del triatomino. Ademas, ya que el proceso de diferenciación involucra una reorganización de los microtubulos del citoesqueleto se pretende estudiar el compromiso del metabolismo de fosfolípidos y tubulina en procesos que contribuyen a la inducción de la metaciclogenesis. El alcance de los objetivos mencionados ayudará a dilucidar la presencia de componentes tales como RcIP3 y el intercambiador Na+/H+ involucrados en la señalización del ion bivalente. Por otro lado, se espera demostrar que los isotipos de tubulina encontrados en T. cruzi cambien en cantidad relativa y nivel de expresión cuando los epimastigotes sean estimulados con posibles inductores de la diferenciación. Además, se espera observar simultáneamente un aumento en la actividad de dos enzimas relacionadas con la reorganización de microtúbulos: PI-3K y PLD. En tal caso, y para comprobar su implicancia en el proceso, se espera que la inhibición de tales enzimas sea capaz de revertir el efecto producido por los estímulos. Como la PLC se expresa principalmente en las forma epimastigotes mas que en los tripomastigotes (forma infectiva), la señal de Ca2+ inducida por IP3 se relacionaría con la capacidad del parásito para responder a ciertos cambios de pH y osmolaridad que enfrenta el microorganismo en el tracto digestivo del insecto vector.