Manipulació genètica de vectors virals per a estratègies de teràpia gènica en malalties autoimmunes

Els tractaments actuals per a la Malaltia de Crohn es basen en l’administració de proteïnes recombinants amb capacitat immunosupressora. Aquests tractaments són sistèmics, crònics i causen el desenvolupament d’efectes secundaris severs com infeccions amb patògens oportunistes i una major incidència de tumors. Passar d’una administració sistèmica dels immunosupressors a una administració local sembla clau per evitar la severitat i el nombre de complicacions secundàries. Ha sigut descrit recentment que el subconjunt cel•lular Th-17 juga un paper central en moltes malalties autoimmunes en humans, com ara la Malaltia de Crohn, Escleroderma, Artritis reumatoide o Psoriasis. Per determinar com la via del Th-17 es veu afectada durant el desenvolupament i els estadis aguts de la malaltia, analitzarem una gran bateria de interleuquines/citoquines i els mecanismes intracel•lulars d’activació/inhibició de l’activitat de les cèl•lules del Sistema Immune. En un segon pas, clonarem els gens seleccionats relacionats amb la immunomodulació de la via del Th-17 en vectors recentment desenvolupats (adenovirus quimera 5/40 o diferents pseudotips d’AAVs ), ja que hipotitzem que una producció local d’immunomoduladors s’assolirà amb una eficiència major fent servir aquests vectors, evitant així els efectes secundaris. A aquests efectes, hem començat el projecte clonant els gens de la IL10 i del receptor transmembrenal de la IL23 en adenovirus i en genomes d’AAV.

Comparación de datos de expresión génica del servidor local con datos de una base de datos remota

En la presente memoria se detalla con precisión las diversas fases del trabajo para construir una aplicación web en el servidor http://revolutionresearch.uab.es que permite enriquecer los clusters de la microarray del usuario con información biomédica de una base de datos remota. Los clusters de origen estadístico (o no) de la microarray del usuario se enriquecen a partir de cruzar sus genes marcadores con la base de datos de genes marcadores de microarrays (base de datos remota) con clusters basados en información biomédica. La base de datos de genes marcadores de microarrays ha sido obtenida a partir de la base de datos de GEO Profiles del NCBI.

Estratègies de teràpia gènica per a neuropatia diabètica

L'objectiu del projecte consisteix en desenvolupar estratègies de teràpia gènica per al tractament de la neuropatia diabètica. Per a la teràpia gènica és necessària la utilització de vectors per tal d'introduir el material genètic exogen en les cèl•lules diana. En aquest projecte s'utilitzen vectors derivats de virus adenoassociats i es fan estudis de tropisme de diferents serotips de vectors administrant-los per diferents vies. D’aquesta manera es pot escollir quin és el millor vector i la millor via d'administració per a cada cas, i en el cas d'aquest projecte, per a tractar les cèl•lules afectades en la neuropatia diabètica. La neuropatia diabètica és una complicació de la diabetis per a la qual no hi ha cap tractament. Afecta les cèl•lules del sistema nerviós perifèric (neurones sensorials, neurones motores i cèl•lules de Schwann) i és la causa la major part de les amputacions d'extremitats inferiors. En aquest projecte es pretén estudiar quines són les possibles causes del desenvolupament de la neuropatia diabètica analitzant canvis a nivell de l'expressió gènica en models de ratolins diabètics i també en els models in vitro dissenyats per al projecte. Posteriorment es vol proposar un tractament de teràpia gènica mitjançant els resultats dels estudis de tropisme dels vectors virals i dels estudis d'expressió gènica dels models de diabetis.

Bioinformática: base de datos de matrices de expresión génica para su análisis vía web

El IBB ha desarrollado un servidor de aplicaciones: http://revolutionresearch.uab.es para el análisis de microarrays. Estas microarrays las obtienen y las suben a la base de datos local los usuarios de la aplicación. En la presente memoria se detalla el proceso realizado para automatizar la subida de microarrays públicas a la base de datos local. Estas microarrays se obtendrán del NCBI. El proceso de descarga de microarrays se realizará cada dos meses y estará sincronizado con un proceso de descarga de genes marcadores de microarrays del NCBI. En la memoria también se describen las fases realizadas para crear la interfaz web para gestionar estas microarrays públicas y las modificaciones realizadas sobre el aplicativo web para permitir realizar análisis con estas microarrays.

Estudi de la resposta immune enfront de Neospora caninum

S’investiga la resposta immune que té lloc en la infecció experimental de les vedelles gestants amb Neospora caninum a les 3, 6 i 9 setmanes postinfecció, amb especial interès en els teixits placentaris. Donada la importancia que tenen les citoquines en la resposta immune a la infecció, s’ha posat a punt les tècniques de RT-PCR a temps real per a l’estudi de l’expressió génica de citoquines del boví. En una fase posterior s’ha estudiat la dinàmica dels anticossos durant l’experiment, la transmissió transplacentària mitjançant l’anàlisi de la presència de DNA parasitari en teixits, la relació entre la producció de IFN-gamma en fluids fetals i, els avortaments i la trasmissió transplacentària i, finalment, el patró de citoquines, amb èmfasi en la interfase materno-fetal.

Sistema de secreción de tipo III en Aeromonas mesòfilas

Aeromonas hydrophila és un bacil gram-negatiu, patogen oportunista d’animal i humans. La patogènesi d’A. Hydrophila és multifactorial. A fi d'identificar gens implicats en la virulència de la soca PPD134/91 d’A. hydrophila, vam realitzar experiments de substracció gènica, que van dur a la detecció de 22 fragments d’ADN que codificaven 19 potencials factors de virulencia, incloent un gen que codificava una proteïna de sistema de secreció de tipus III (T3SS). La importància creixent del T3SS en la patogènesi de diversos bacteris, ens va dur a identificar i analitzar l'agrupació gènica del T3SS de les soques AH-1 i AH-3 d’A. hydrophila. La inactivació dels gens de T3SS aopB i aopD d’A. hydrophila AH-1, i ascV d’A. hydrophila AH-3, comporta una disminució de la citotoxicitat, un increment de la fagocitosi, i una reducció de la virulència en diferents models animals. Aquests resultats demostren que el T3SS és necessari per a la patogenicitat. També vam clonar i seqüenciar una ADP-ribosiltransferasa (AexT) a la soca AH-3 d’A. hydrophila, i vam demostrar que aquesta toxina és translocada via el T3SS, sistema que al seu torn sembla ser induïble in vitro en condicions de depleció de calci. El mutant en el gen aexT de la soca AH-3 d’A. hydrophila va mostrar una lleugera reducció de la virulència, assajada amb diferents mètodes. Mitjançant l'ús de diferents sondes d’ADN, vam determinar la presència del T3SS en soques tant clíniques com ambientals de diferents espècies del gènere Aeromonas: A. hydrophila, A. veronii, i A. caviae, i la codistribució d'aquesta agrupació gènica i el gen aexT. Finalment, amb la finalitat d'estudiar la regulació transcripcional de l'agrupació gènica de T3SS i de l’efector AexT A. hydrophila AH-3, vam aïllar els promotors predits per l’operó aopN-aopD i el gen aexT, i els vam fusionar amb el gen reporter gfp (Green Fluorescence Protein). A més, vam demostrar que l'expressió d'ambdós promotors depèn de diferents components bacterians, com per exemple el sistema de dos components PhoP/PhoQ, el sistema de quorum sensing AhyI/AhyR, o el complex piruvat deshidrogenasa.

Caracterització estructural i funcional del gen de la miogenia en l’orada (Sparus aurata )

Report for the scientific sojourn at the University of Maryland Biotechnology Institute from February to August 2007. Myogenesis of skeletal muscles in vertebrates is controlled by extracellular signalling molecules together with intracellular transcription factors. Among the transcriptional factors, the members of the myogenic regulatory family play important roles regulating skeletal muscle development and growth. To characterize the gene structure and expression of fish myogenin, we have isolated the myogenin genomic gene and cDNA from gilthead seabream (Sparus aurata) and analyzed the genomic structure, pattern of expression and the regulation of musclespecific expression. Sequence analysis revealed that the seabream myogenin shares a similar gene structure with other fish myogenins, with three exons, two introns and the highly conserved bHLH domain. Expression studies demonstrated that myogenin is expressed in both slow and fast muscles as well as in muscle cells in primary culture. In situ hybridization showed that myogenin was specifically expressed in developing somites of seabream embryos. Promoter activity analysis demonstrated that the myogenin promoter could drive green fluorescence protein expression in muscle cells of zebrafish embryos, as well as in myofibers of adult zebrafish and juvenile seabream.

Avaluació dels efectes de les procianidines de pinyol de raïm sobre la secreció d'insulina

Les procianidines són un tipus de compostos fenòlics que es troben en aliments com la xocolata, i en begudes com el vi negre. Actualment es coneix que les procianidines exerceixen efectes beneficiosos sobre la salut, especialment sobre el sistema cardiovascular. Estudis realitzats pel grup de recerca “Nutrigenòmica” d’aquesta universitat, mostren indicis que les procianidines afecten la funció secretora d’insulina del pàncrees. En aquest estudi s’han avaluat els efectes que du a terme l’extracte de procianidines de pinyol de raïm (GSPE) sobre la síntesi i la secreció d’insulina en el pàncrees, mitjançant experiments realitzats in vitro, amb la línia cel•lular pancreàtica MIN-6, i in vivo, en models de rata sans i amb síndrome metabòlica. In vitro, s’observa que GSPE realitza una acció inhibidora de la secreció d’insulina en les cèl•lules MIN-6 en condicions basals de glucosa, essent a una concentració de 1 mg/l de GSPE on s’observa un efecte més clar. Els responsables d’aquesta inhibició són els àcids fenòlics i els monòmers presents en l’extracte. En condicions d’estimulació aquest extracte produeix una certa activació de la secreció d’insulina, en la mateixa línia cel•lular, a l’exposar les cèl•lules a una dosi de 10 mg/l. In vivo, l’assaig de l’expressió gènica de la insulina mostra que GSPE redueix la transcripció d’aquest gen, i que aquest efecte depèn tant de la dosi com del període d’administració de l’extracte. Estudis preliminars per determinar el mecanisme d’acció de GSPE, indiquen que aquestes molècules modulen l’expressió del gen de Pdx-1, el qual és un factor de transcripció que estimula l’expressió del gen de la insulina. Amb els resultats obtinguts es pot concloure que GSPE actua frenant tant la síntesi com la secreció d’insulina, tot i que s’ha d’aprofundir més en la descripció de l’efecte observat, i els mecanismes moleculars pels quals te lloc.

Organització nuclear dels gens que codifiquen per a les proteïnes làcties en cèlules epitelials mamàries en diferents estadis de desenvolupament

Estudi realitzat a partir d’una estada al Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), a França, entre 2006 i 2008. En el ultims anys, estudis realitzats en diferents tipus cel•lulars han pogut determinar l’importància de l’organització nuclear en el control i regulació gènica. S’han realizat diferents experiments per tal de determinar si la posició dels gens de les proteïnes làcties en el nucli interfàsic de cel•lules epitelials mamaries és important per regular la seva expressió. Els gens de les proteïnes de la llet s’expressen a la glàndula mamaria durant la lactació en resposta a les hormones lactogèniques (majoritàriament prolactina i glucocorticoids). Mitjançant la tècnica de FISH (fluorescent in situ hibridization) en 3D s’ha caracteritzat la localització nuclear del gens WAP (whey acidic protein) i les caseïnes en cèl•lules epitelials mamaries de ratolí (HC11) cultivades en l’absència i presencia d’hormones lactogèniques. En absència d’hormones, els dos gens estan distribuïts dins del nucli de forma no aleatòria, el gen WAP es troba localitzat en l’interior del nucli, mentre que les caseïnes es troben localitzades prop de la perifèria nuclear. L’estimulació hormonal indueix un canvi significatiu en la distància dels dos gens a la perifèria nuclear. Així mateix, la posició del locus de la caseïna en relació al seu territori cromosòmic (CT) 5 està correlacionada amb la inducció hormonal i per tant amb la seva activació transcripcional, mentre que la posició del gen WAP amb relació al seu CT11 sembla més determinada pel context cromosòmic del gen. Per últim, no s’han trobat diferencies en la localització dels gens en relació a l'heterocromatina del centròmer, descrit com a compartiment repressiu, entre les cèl•lules estimulades amb hormones i les que no. En els dos casos s’ha trobat un gran percentatge de gens que no estan associats als centròmers.

Estudi de les alteracions en la capacitat neuroprotectora dels astròcits reactius en l'envelliment

En el periodo 2005-2008 hemos publicado tres artículos sobre las alteraciones de los astrocitos reactivos en el cerebro durante el envejecimiento. En el primer estudio, evaluamos la capacidad neuroprotectora de los astrocitos en un modelo experimental in vitro de envejecimiento. Los cambios en el estrés oxidativo, la captación del glutamato y la expresión proteica fueron evaluados en los astrocitos corticales de rata cultivados durante 10 y 90 días in vitro (DIV). Los astrocitos envejecidos tenían una capacidad reducida de mantener la supervivencia neuronal. Estos resultados indican que los astrocitos pueden perder parcialmente su capacidad neuroprotectora durante el envejecimiento. En el segundo estudio el factor neurotrófico derivado de la línea glial (GDNF) fue probado para observar sus efectos neurotróficos contra la atrofia neuronal que causa déficits cognitivos en la vejez. Las ratas envejecidas Fisher 344 con deficiencias en el laberinto de Morris recibieron inyecciones intrahippocampales de un vector lentiviral que codifica GDNF humano en los astrocitos o del mismo vector que codifica la proteína fluorescente verde humana como control. El GDNF secretado por los astrocitos mejoró la función de la neurona como se muestra por aumentos locales en la síntesis de los neurotransmisores acetilcolina, dopamina y serotonina. El aprendizaje espacial y la prueba de memoria demostraron un aumento significativo en las capacidades cognitivas debido a la exposición de GDNF, mientras que las ratas control mantuvieron sus resultados al nivel del azar. Estos resultados confirman el amplio espectro de la acción neurotrófica del GDNF y abre nuevas posibilidades de terapia génica para reducir la neurodegeneración asociada al envejecimiento. En el último estudio, examinamos cambios en la fosforilación de tau, el estrés oxidativo y la captación de glutamato en los cultivos primarios de astrocitos corticales de ratones neonatos de senescencia acelerada (SAMP8) y ratones resistentes a la senescencia (SAMR1). Nuestros resultados indican que las alteraciones en cultivos del astrocitos de los ratones SAMP8 son similares a las detectadas en cerebros enteros de los ratones SAMP8 de 1-5 meses de edad. Por otra parte, nuestros resultados sugieren que esta preparación in vitro es adecuada para estudiar en este modelo murino el envejecimiento temprano y sus procesos moleculares y celulares.

Origen de la multicel·lularitat : una aproximació genòmica i funcional

En el present estudi s'analitza l'origen i evolució de 2 molècules claus pera entendre la multicel·lularitat dels animals: les molècules d'adhesió integrines i els factors de transcripció T-box. S’utilitzen els genomes recentment publicats de protists unicel•lulars parents propers dels animals. S’analitza l’origen i evolució d’aquests gens mitjançant anàlisi filogènic, determinació de motius funcionals i també tècniques de biologia molecular. A més, es documenta un cas de transferència gènica horitzontal des d'un eucariota cap a un procariota, fenomen poc habitual. Les principals conclusions són que tant l’adhesoma d'integrina com els gens T-box tenen un origen molt anterior als animals, en un context unicel•lular, i que després foren cooptats pel llinatge multicel•lular dels animals.

Genomics of wine yeast: functional analysis of new and variable genes

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a l’Institut National de la Recherche Agronomique, França, entre 2007 i 2009. Saccharomyces cerevisiae ha estat el llevat utilitzat durant mil.lenis en l'elaboració de vins. Tot i així, es té poc coneixement sobre les pressions de selecció que han actuat en la modelització del genoma dels llevats vínics. S’ha seqüenciat el genoma d'una soca vínica comercial, EC1118, obtenint 31 supercontigs que cobreixen el 97% del genoma de la soca de referència, S288c. S’ha trobat que el genoma de la soca vínica es diferencia bàsicament en la possessió de 3 regions úniques que contenen 34 gens implicats en funcions claus per al procés fermentatiu. A banda, s’han dut a terme estudis de filogènia i synteny (ordre dels gens) que mostren que una d'aquestes tres regions és pròxima a una espècie relacionada amb el gènere Saccharomyces, mentre que les altres dos regions tenen un origen no-Saccharomyces. S’ha identificat mitjançant PCR i seqüenciació a Zygosaccharomyces bailii, una espècie contaminant de les fermentacions víniques, com a espècie donadora d'una de les dues regions. Les hibridacions naturals entre soques de diferents espècies dins del grup Saccharomyces sensu stricto ja han estat descrites. El treball és el primer que presenta hibridacions entre espècies Saccharomyces i no-Saccharomyces (Z. bailii, en aquest cas). També s’assenyala que les noves regions es troben freqüent i diferencialment presents entre els clades de S. cerevisiae, trobant-se de manera gairebé exclusiva en el grup de les soques víniques, suggerint que es tracta d'una adquisició recent de transferència gènica. En general, les dades demostren que el genoma de les soques víniques pateix una constant remodelació mitjançant l'adquisició de gens exògens. Els resultats suggereixen que aquests processos estan afavorits per la proximitat ecològica i estan implicats en l'adaptació molecular de les soques víniques a les condicions d'elevada concentració en sucres, poc nitrogen i elevades concentracions en etanol.

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).

Progresión tumoral y búsqueda de nuevas dianas terapéuticas en la familia de tumores del sarcoma de Ewing: función biológica de la caveolina-1

El sarcoma de Ewing es el segundo tumor óseo infantil más frecuente y presenta una alta incidencia de enfermedad metastática. Este tipo de tumores presentan una traslocación génica característica que da origen a una proteína de fusión, normalmente EWS/FLI1. Esta proteína de fusión actúa como factor de transcripción aberrante regulando la expresión de diferentes genes implicados en la iniciación, mantenimiento y progresión del tumor. Nuestro grupo describió como uno de estos genes diana a la caveolina 1 (CAV1) describiendo además su papel determinante en el fenotipo maligno del sarcoma de Ewing, en la tumorigénesis y en la resistencia a apoptosis inducida por quimioterapia. Para investigar el papel concreto de CAV1 en el proceso metastático de este sarcoma, creamos un modelo de baja expresión de CAV1 en líneas celulares de sarcoma de Ewing y determinamos cambios en su capacidad migratoria, invasiva y metastática. En los ensayos in vitro hallamos una menor capacidad migratoria de las células knockdown de CAV1 y una reducción en la expresión de MMP9 y en la actividad de MMP2. La regulación de la actividad de MMP2 parece estar relacionada con la posible regulación que ejerce CAV1 en la función de MT1-MMP, proteína fundamental para la activación de MMP2. Por otro lado, en este estudio proponemos que CAV1 promueve la expresión de MMP9 tanto transcripcionalmente, regulando la vía de señalización ERK1/2, como a nivel post-transcripcional regulando la vía RSK1/rpS6. Además, en los ensayos de metástasis experimental in vivo las células knockdown de CAV1 presentaron una menor incidencia de metástasis pulmonar, hecho que correlacionó con una disminución en la expresión de SPARC, una proteína de adhesión importante en procesos metastáticos. En resumen, nuestros resultados evidencian la importancia de CAV1 en el proceso metastático del sarcoma de Ewing.