Síntesi de siRNAs (short interfering RNAs) modificats amb nucleobases 5-metil i 5-propinil pirimidíniques i avaluació de la seva activitat in vitro en cultius cel•lulars i de la seva estabilitat en sèrum humà. Disseny de siRNAs dirigits a la inhibició de l'expressió de mutacions de l'oncogen K-ras.

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la Stanford University, EEUU, entre 2007 i 2009. El present projecte es basa 1) en la síntesi de cadenes d'ARN dirigides a la inhibició de l'expressió gènica per un mecanisme d'ARN d'interferència (siRNAs o short interefering RNAs) i 2) en l'avaluació de l'activitat in vitro d'aquests oligonucleòtids en cultius cel•lulars. Concretament, la meva recerca ha estat enfocada principalment a l'estudi de cadenes de siRNA modificades amb nucleobases 5-metil i 5-propinil pirimidíniques. Es tractava d'avaluar l'efecte que exerceixen els factors estèrics en el major groove (solc major) dels siRNAs sobre la seva activitat biològica. En aquest sentit, he dut aterme síntesi de fosforamidits de nucleòsis pirimidínics modificats a la posició C-5 de la nucleobase. A continuació he incorporat aquestes unitats nucleosídiques en cadenes d'ARN emprant un sintetitzador d’ADN/ARN i he estudiat l'estabilitat dels corresponents dúplexs d'ARN mitjançant experiments de desnaturalització tèrmica. Finalment he dut a terme experiments d'inhibició de l'expressió gènica en cèl.lules HeLa per tal d'avaluar l'activitat biològia d'aquests siRNAs modificats. Els resultats d'aquests estudis han posat de manifest que la presència de grups voluminosos com el propinil a l'extrem 5' del dúplex de siRNA (definit per la cadena guia o antisense) influeix de forma molt negativa en la seva activitat biològica. En canvi, grups menys voluminosos com el metil hi influeixen positivament, de manera que algunes de les cadenes sintetitzades han resultat ser més actives que els corresponents siRNAs naturals (wild type siRNAs). A més, aquest tipus de modificació contribueix positivament en l'estabilitat de cadenes de siRNA en sèrum humà. Aquest treball ha estat publicat (Terrazas, M.; Kool, E.T. "Major Groove Modifications Improve siRNA Stability and Biological Activity" Nucleic Acids Res. 2009, in press).

Esfingolipids i senyal•lització cel.lular: l'(E)-2-hexadecenal com a possible lípid bioactiu

L’esfingosina-1-fosfat (S1P) és un lípid bioactiu amb funcions crucials en la biologia cel•lular. Entre aquestes, la seva activitat mitogènica i citoprotectora són les més estudiades. L’S1P és catabolitzada intracel•lularment mitjançant l’esfingosina-1-fosfat liasa (SGPL1) per generar (E)-2-hexadecenal i fosforiletanolamina. L’objectiu d’aquest projecte és explorar si l’(E)-2-hexadecenal és realment un catabòlit innocu o bé si, pel seu caràcter acceptor de Michael, és capaç de reaccionar amb pèptids o proteïnes específics. Aquesta interacció podria traduïr-se en funcions biològiques determinades, algunes de les quals són possiblement atribuïdes a l’esfingosina-1-fosfat com a tal. Per poder explorar el potencials adductes proteïcs amb l’aldehid, s’han emprat, sobre cèl•lules HeLa que sobreexpressen SGPL1, sondes anàlegs a esfingosina i esfinganina (i els seus derivats fosforil•lats) que presenten una funció azida en la posició omega de la cadena esfingoide. Aquestes, mitjançant química click sense coure, s’han fet reaccionar amb una molècula que presenta un dibenzociclooctí unit a biotina DBCObiotina). Després d’aïllar les proteïnes així biotinilades amb una reïna d’estreptavidina, aquestes es van separar per electroforesi. Les bandes proteïques observades es van extreure del gel i es van digerir amb tripsina, per posteriorment analitzar els pèptids per MALDI-TOF, el que permetria l’identificació de proteïnes a partir de “peptide mass fingerprinting”. Lamentablement, a la fi d’aquest contracte, encara no s’ha pogut identificar cap proteïna que s’uneixi a l’aldehid alliberat per la reacció de l’esfingosina-1- fosfat liasa. No obstant, durant aquest temps s’ha millorat el mètode per detectar aquests adductes proteïcs. Per això, si la recerca continua en aquesta línia, properament es podria saber amb certesa si existeixen o no aquestes interaccions covalents entre determinades proteïnes i l’(E)-2-hexadecenal.

Gtdap-1 and the role of autophagy during planarian regeneration and starvation

Planarians have been established as an ideal model organism for stem cell research and regeneration. Planarian regeneration and homeostasis require an exquisite balancing act between cell death and cell proliferation as new tissues are made (epimorphosis) and existing tissues remodeled (morphallaxis). Some of the genes and mechanisms that control cell proliferation and pattern formation are known. However, studies about cell death during remodeling are few and far between. We have studied the gene Gtdap-1, the planarian ortholog of human death-associated protein-1 or DAP-1. DAP-1 together with DAP-kinase has been identified as a positive mediator of programmed cell death induced by gamma-interferon in HeLa cells. We have found that the gene functions at the interface between autophagy and cell death in the remodeling of the organism that occurs during regeneration and starvation in sexual and asexual races of planarians. Our data suggest that autophagy of existing cells may be essential to fuel the continued proliferation and differentiation of stem cells by providing the necessary energy and building blocks to neoblasts.

Kinesin-5/Eg5 is important for transport of CARTS from the trans-Golgi network to the cell surface

Here we report that the kinesin-5 motor Klp61F, which is known for its role in bipolar spindle formation in mitosis, is required for protein transport from the Golgi complex to the cell surface in Drosophila S2 cells. Disrupting the function of its mammalian orthologue, Eg5, in HeLa cells inhibited secretion of a protein called pancreatic adenocarcinoma up-regulated factor (PAUF) but, surprisingly, not the trafficking of vesicular stomatitis virus G protein (VSV-G) to the cell surface. We have previously reported that PAUF is transported from the trans-Golgi network (TGN) to the cell surface in specific carriers called CARTS that exclude VSV-G. Inhibition of Eg5 function did not affect the biogenesis of CARTS; however, their migration was delayed and they accumulated near the Golgi complex. Altogether, our findings reveal a surprising new role of Eg5 in nonmitotic cells in the facilitation of the transport of specific carriers, CARTS, from the TGN to the cell surface.

Lysine-based surfactants in nanovesicle formulations: the role of cationic charge position and hydrophobicity in in vitro cytotoxicity and intracellular delivery

Understanding nanomaterial interactions within cells is of increasing importance for assessing their toxicity and cellular transport. Here, we developed nanovesicles containing bioactive cationic lysine-based amphiphiles, and assessed whether these cationic compounds increase the likelihood of intracellular delivery and modulate toxicity. We found different cytotoxic responses among the formulations, depending on surfactant, cell line and endpoint assayed. The induction of mitochondrial dysfunction, oxidative stress and apoptosis were the general mechanisms underlying cytotoxicity. Fluorescence microscopy analysis demonstrated that nanovesicles were internalized by HeLa cells, and evidenced that their ability to release endocytosed materials into cell cytoplasm depends on the structural parameters of amphiphiles. The cationic charge position and hydrophobicity of surfactants determine the nanovesicle interactions within the cell and, thus, the resulting toxicity and intracellular behavior after cell uptake of the nanomaterial. The insights into some toxicity mechanisms of these new nanomaterials contribute to reducing the uncertainty surrounding their potential health hazards.