Caracterización molecular y funcional de b-gc, una subunidad novedosa del receptor IGF-I

El factor de crecimiento similar a insulina-I (IGF-I) es una hormona peptídica que participa en el crecimiento animal, desarrollo de los tejidos y diferenciación. Hay un creciente cuerpo de evidencias que indican que esta hormona es también importante en la regulación del desarrollo del sistema nervioso. (...) Este factor de crecimiento ejerce sus acciones interaccionando con un receptor heterotetramérico similar al receptor de insulina. b-gc es una subunidad b novedosa del receptor de IGF-I, típica del sistema nervioso central y enriquecida en conos de crecimiento neural. Los objetivos del presente proyecto consisten en: a) Caracterización molecular de b-gc mediante clonado y secuenciado del cDNA que codifica su biosíntesis; b) Caracterización bioquímica de las vesículas que transportan bgc en neuronas en desarrollo desde el aparato de Golgi hacia el cono de crecimiento neural; c) Estudio de la expresión y distribución de bgc en células nerviosas no neuronales, como oligodendrocitos y astrocitos. (...) La caracterización molecular de los receptores de IGF-I conteniendo b-gc y que presenta una distribución muy interesante durante el desarrollo del sistema nervioso central, puede aportar datos fundamentales para la comprensión de la función de estos receptores y su correspondiente hormona durante el desarrollo del sistema nervioso y su transporte específico a los conos de crecimiento neural. La caracterización bioquímica de las vesículas conteniendo b-gc puede aportar importantes datos sobre la presencia de diferentes tipos de vesículas de transporte no sinápticas, como surge de resultados obtenidos recientemente.

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.

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.

Papel de la Interleucina 6 (IL-6) en la regulación de la expresión de Osteopontina (OPN) y CD44 tras axotomía del nervio facial

Investigación producida a partir de una estancia en la University of Sidney, Australia, entre octubre del 2008 y enero del 2009. Se ha desarrollado el proyecto titulado "Papel de la interleucina 6 (IL6) en la regulación de la expresión de Osteopontina (OPN) y de CD44 tras axotomía del nervio facial". Tras efectuar una transección del nervio facial, se indujo una reactividad glial en el núcleo facial (NF) localizado en el tronco cerebral, utilizando ratones transgénicos que sobrexpresan IL6 bajo promotor GFAP (tg GFAP-IL6), es decir selectivamente en astrocitos. Se han utilizado técnicas histoquímicas e inmunohistoquímicas, así como también se ha completado el estudio utilizando análisis de RPA, western blotting y citometría de flujo para la identificación de poblaciones celulares. Los resultados obtenidos indican que la OPN se expresa constitutivamente en las neuronas del NF. Tras axotomía del nervio facial, la expresión de OPN y CD44 incrementa en los ratones WT, mientras que en los tg GFAP-IL6 disminuye significativamente, sugiriendo que la IL6 podría estar involucrada en la modulación de la expresión de ambas moléculas. Sin embargo, no se ha visto diferencias en otros receptores de OPN como la integrina Alpha-5. La ctometría de flujo corroboró algunos de los resultados histológicos sobre la reactividad microglial y permitió concluir que la proporción de microglía activada (CD11b+/CD45+mid) y macrófagos (CD11b+/CD45+high) que expresan CD44 incrementa en in los tg GFAP-IL6 versus WT donde la mayor parte de microglia activada mostraba un perfil CD11b+/CD45+low.

Encefalomalácia nutricional em Gallus gallus domesticus: estudo sobre a patogenia e a participação de astrócitos

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Encefalite viral induzida pelo vírus da dengue em camundongos suíços albinos: a resposta inflamatória do sistema nervoso central do hospedeiro neonato

Para estudar a resposta imune inata produzida especificamente no interior do SNC em desenvolvimento, evitando a influencia do sistema imune, empregamos modelo de infeccao viral induzida pela inoculacao intracerebral do virus da dengue em camundongos neonatos. Oito camundongos lactentes de dois dias de idade da espécie Mus musculus e variedade suica albina foram inoculados por via intracerebral com homogenado cerebral infectado com a especie Flavivirus (DENV3 genotipo III). Outro conjunto de animais foi utilizado como controle (nao infectado) e inoculado com igual volume de homogenado cerebral nao infectante e mantidos nas mesmas condicoes dos infectados. Decorridos 7 dias apos a infeccao os camundongos doentes foram sacrificados e tiveram seus cerebros processados para imunomarcacao de astrocitos e microglias. Quantificou-se a resposta imune glial no stratum lacunosum molecular (Lac Mol), radiatum (Rad) e pyramidale (Pir) de CA1-2 do hipocampo e na camada molecular do giro denteado (GDMol) usando o fracionador optico para estimar o numero de microglias e astrocitos em animais infectados e controles. Intensa astrocitose reativa e intensa ativacao microglial foram encontradas em animais neonatos com sinais clinicos de meningoencefalite. Entretanto, embora tenham sido maiores as estimativas do numero de microglias ativadas nos infectados (Inf) do que nos animais controles (Cont) nas camadas GDMol (Inf: 738,95 } 3,07; Cont: 232,73 } 70,38; p = 0,0035), Rad (Inf: 392,49 } 44,13; Cont: 62,76 } 15,86; p = 0,0004), em relacao ao numero total de microglias (ativadas ou nao) apenas o stratum radiatum mostrou diferença significante (Inf: 6.187,49 } 291,62; Cont: 4.011,89 } 509,73; p = 0,01). Por outro lado apenas a camada molecular do giro denteado mostrou diferenca no numero de astrocitos (Inf: 8.720,17 } 903,11; Cont: 13.023,13 } 1.192,14; p = 0,02). Tomados em conjunto os resultados sugerem que a resposta imune inata do camundongo neonato a encefalite induzida pelo virus da dengue (sorotipo 3, genotipo III) esta associada a um maior aumento do numero de microglias do que de astrocitos reativos e essa mudanca e dependente da camada e da regiao investigada. As implicacoes fisiopatologicas desses achados permanecem por ser investigadas.

Envelhecimento, declínio cognitivo e plasticidade astroglial em ca3

Poucos estudos tem se dedicado a investigar em detalhe possíveis relações entre o declínio cognitivo associado ao envelhecimento e a plasticidade astroglial no hipocampo. No presente trabalho investigamos possíveis relações entre o desempenho em testes de memória de reconhecimento de objeto e o numero e a distribuição laminar dos astrocitos em CA3 em modelo murino. Para isso empregamos camundongos fêmeas adultas da linhagem C57Bl6 de 6 (n = 7) e 20 meses (n = 5) de idade, mantidos em gaiolas padrão desde o nascimento,comparando seus desempenhos em tarefas hipocampo-dependentes para reconhecimento da forma, do lugar e do momento em que os objetos selecionados lhes foram expostos. Apos os testes comportamentais todos os animais foram per fundidos com fixadores aldeidicos e tiveram seus cérebros removidos e processados para imunomarcação empregando anticorpo seletivo para detecção da proteína acida fibrilar dos astrocitos (GFAP). Para evitar possível viés amostral empregamos o fracionador óptico, um método estereológico que não e afetado pelo processamento histologico. Os resultados nos testes comportamentais isolados e integrados (memória episódica) revelaram que o envelhecimento compromete significativamente (teste T bi-caudal, p<0.05) o reconhecimento da forma, do lugar e do momento em que objetos selecionados são apresentados aos sujeitos. As análises estereologicas das estimativas do numero de astrocítos revelaram que o envelhecimento afetou a distribuicao laminar com aumento na proporção relativa daqueles na camada piramidal de CA3 dorsal e ventral e reducao no lacunoso molecular de CA3 dorsal. O número total de astrocitos em consequência apresentou significativa reorganização na distribuição laminar em função da idade com os animais senis mostrando redução no percentual daqueles localizados na camada oriens. Nenhuma diferenca significativa foi encontrada entre os volumes das camadas de CA3 sugerindo que as mudanças induzidas pelo envelhecimento alteram diretamente a plasticidade astroglial em CA3. Finalmente os estudos de correlação linear entre as estimativas do numero dos astrocitos da camada piramidal e os testes comportamentais demonstraram correlação inversa com os piores desempenhos estando associados a um maior número de astrocitos naquela camada. Evidencias diretas adicionais dessa correlação com os astrocitos alterados em CA3 e possíveis mecanismos moleculares para explicar o declinio cognitivo associado ao envelhecimento permanecem por ser investigados.

Estudo funcional de genes de reparo de DNA superexpressos em glioblastoma multiforme

Pós-graduação em Biociências e Biotecnologia Aplicadas à Farmácia - FCFAR

Mecanismo de interacción, calcio dependiente, entre Calcineurina y PERK, involucrado en el Estrés de Retículo Endoplásmico

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.

Manejo del dolor en un caso de neuromielitis óptica (enfermedad de Devic)

La neuromielitis óptica (NMO) o enfermedad de Devic es un trastorno autoinmune, inflamatorio y desmielinizante, que afecta principalmente al nervio óptico y la médula espinal. El cuadro clínico está caracterizado por dolor de tipo neuropático, patrón de pérdida de la visión y aparición de fenómenos visuales positivos, como fosfenos inducidos por movimiento. En lesiones activas se ha demostrado que hay amplificación del dolor, esencialmente por acción excitatoria por niveles excesivos de glutamato. En las lesiones establecidas, la pérdida de los astrocitos representa la generalidad del cuadro. El dolor en la enfermedad de Devic es más frecuente y grave que en la esclerosis múltiple, y tiene un grave impacto en la vida cotidiana. Hay literatura que refiere resultados aislados con carbamazepina. En este caso clínico, se ve claramente el efecto analgésico con disminución de los espasmos dolorosos de carbamazepina y neuromoduladores + opioides fuertes en combinación con psicoterapia para disminuir niveles de ansiedad y depresión y lograr un manejo integral del dolor.