Catálogo de publicaciones

Los dominios TPR están constituidos secuencias en tándem de 34 aminoácidos organizadas en α-hélices antiparalelas. Las proteínas TPR mejor caracterizadas son las que forman complejos con receptores de esteroides (REs) vía la heat-shock protein de 90-kDa, Hsp90, afectando su plegamiento y ensamblado. Nuestro laboratorio demostró que las inmunofilinas FKBP51 y FKBP52 son factores TPR que regulan antagónicamente la actividad transcripcional y localización subcelular de GR y MR. El objetivo de esta tesis fue estudiar el efecto de otras proteínas TPR como PP5, SGT1α y 14-3-3σ sobre GR y AR. Demostramos que PP5 favorece la retención nuclear de REs, 14-3-3σ retrasa la importación y acelera la exportación, mientras que SGT1α no afecta su distribución subcelular, aunque inhibe la actividad transcripcional de ambos receptores. En tal sentido, PP5 y 14-3-3σ muestran una respuesta bifásica, es decir, un aumento leve de la expresión estimula la transcripción, pero se inhibe con niveles más altos. Por ende, el balance de expresión de estos factores TPR debería afectar casos como el cáncer prostático en donde estas proteínas aumenta su expresión pudiendo potencialmente afectar el balance de actividad entre AR y GR, lo que influirá en el desarrollo y progresión de la patología. Al presente no existen drogas específicas para cada proteína TPR, por lo que realizamos un abordaje farmacológico que las afecte indirectamente usando como blanco a la chaperona Hsp90 con la que forman una unidad estructural y funcional. Estudiamos una serie de compuestos diseñados por modelado computacional como potenciales inhibidores de la actividad ATPasa de Hsp90, la que siempre se ha considerado clave para su función biológica. Algunos compuestos son bases de Schiff derivadas del 2,4-dihidroxibenzaldehido o del 5-cloro-2,4-dihidroxibenzaldehido, otros son derivados del resorcinol. Como control se usó geldanamicina, una benzoquinona ansamicina que es un conocido inhibidor de Hsp90. En contraste con el efecto de esta droga, la importación de REs no se vio afectada por las drogas sintéticas. No obstante, varias de ellas inhibieron la actividad de ATPasa de la chaperona y promovieron la pérdida de viabilidad de células tumorales prostáticas, mostrando en algunos casos efectos comparables al de geldanamicina. Ninguno de estos efectos guardó relación directa con la capacidad inhibitoria de ATPasa o la estructura química del compuesto. Nuestros resultados demuestran que tanto la localización subcelular como la actividad biológica de los REs se ve regulada por el balance de expresión de las proteínas TPR con las que interactúan. Además, se demuestra que, contrario al dogma dominante en la literatura, la actividad de ATPasa de Hsp90 no guarda correlación directa con tales efectos, a la vez que se describen nuevas drogas inhibitorias.

Fil:Delorenzi, Alejandro. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina.

El consumo de kéfir se ha asociado a propiedades promotoras de la salud como efectos antimicrobianos, antitumorales e hipocolesterolémicos entre otros y es utilizado de manera empírica en el Este europeo para el tratamiento de desórdenes gastrointestinales. Nuestro grupo de trabajo ha aislado y caracterizado más de 120 bacterias y levaduras a partir de gránulos de kéfir hasta la fecha y de muchas de ellas se han estudiado las propiedades de resistencia a sales biliares, bajo pH, capacidad de adhesión a células epiteliales in vitro y caracterización de sus componentes de superficie. En el presente trabajo de tesis y proponiendo al kéfir como fuente de microorganismos potencialmente probióticos, se presentarán tres capítulos. En el primero se muestra la caracterización de dichos microorganismos en cuanto a su capacidad modulatoria de la respuesta inmune innata epitelial en un sistema reportero de inflamación in vitro; en el segundo capítulo se expondrá un estudio comparativo de los mecanismos de señalización implicados en la modulación, de manera comparativa entre bacterias y levaduras. Por último, en el tercer capítulo se analizará la posibilidad de aplicar microorganismos moduladores de la respuesta innata epitelial in vitro en modelos murinos de inflamación intestinal. De este modo, se puede resumir la organización racional del trabajo en la selección de microorganismos con propiedad inmunomodulatoria, el estudio mecanístico del efecto de inmunomodulación y la aplicación de estos microorganismos a un modelo de inflamación intestinal in vivo.

Baidanoff, F. M. (2018). Modulación de la sincronización fótica del reloj circadiano en mamíferos. (Tesis de posgrado). Bernal, Argentina : Universidad Nacional de Quilmes.

El objetivo de esta tesis es el desarrollo de nanoherramientas basadas en nanopartículas semiconductoras luminiscentes (Quantum Dots, QDs) mediante su modificación superficial. Esto incluye la creación de elementos de control de las propiedades ópticas de las nanopartículas así como también el diseño de métodos de unión específica a biomoléculas e internalización en células. Con este fin, se sintetizaron una serie de tricarbocianinas simétricas y asimétricas como sensores fluorescentes de Zn(II) y pH, ópticamente activos en la zona del infrarrojo cercano (Near Infrared Region, NIR) del espectro de radiación. Se trabajó en esta zona del espectro debido a las múltiples ventajas para su aplicación en biomedicina, microscopía de fluorescencia o química de materiales, ya que ofrece mínima interferencia de absorción y fluorescencia con muestras biológicas y una alta penetración en tejidos, entre otras. Asimismo, los fluoróforos obtenidos fueron conjugados con diferentes plataformas, entre las que se incluyen el uso de monocapas autoensambladas, dendrímeros y nanopartículas fluorescentes (Quantum Dots) y de oro. Se describe la síntesis, caracterización estructural, propiedades ópticas y funcionamiento de los sensores en solución y en dichos sistemas supramoleculares. Finalmente, se diseñaron y desarrollaron sensores de pH fluorescentes basados en Quantum Dots conjugados con fluoróforos, uno de los cuales fue utilizado en microscopía confocal y de tiempo de vida media de fluorescencia para la marcación específica en células con el fin de estudiar procesos celulares in‐vivo. Este sistema se presenta como un prototipo de sensado celular basado en determinaciones resueltas en el tiempo.

Los canales de calcio activados por voltaje pre-sinápticos (CaV2) son proteínas de transmembrana altamente especializadas en la transducción de señales eléctricas en señales químicas. Dado que, en las terminales axonales, la entrada de Ca2+ a través de los CaV2 es condición necesaria para la liberación de neurotransmisores, su modulación constituye un blanco regulatorio de alta efectividad de la actividad neuronal. Dentro de los mecanismos que regulan la actividad de los CaV2 en las membranas pre-sinápticas se encuentra la activación de diversos receptores acoplados a proteína G (GPCR, del inglés G protein coupled receptor). Estos receptores modulan negativamente la actividad de los CaV2 y, en consecuencia, reducen la liberación de neurotransmisores tanto excitatorios como inhibitorios dependiendo de la sinapsis en la que actúen. Los GPCRs constituyen una súper-familia de receptores activados por una gran variedad de ligandos y, dada su participación en múltiples procesos fisiológicos representan blancos terapéuticos muy importantes. La unión de un ligando a su GPCR desencadena la activación de la proteína G, la cual al activarse se escinde en sus subunidades Gα y Gβγ siendo capaces de activar diversas cascadas de señalización intracelular y modular múltiples efectores intracelulares, entre los que se encuentran los CaV2 pre-sinápticos. Sin embargo, el 15 % de los GPCRs pueden adquirir un estado activo en ausencia de ligando que podría potencialmente impactar en la actividad de los CaV2. Adicionalmente, tanto esta actividad constitutiva como la actividad dependiente de agonista pueden verse drásticamente alteradas por la presencia de variaciones en la secuencia de los genes que codifican los GPCRs. Así, debido a los distintos modos de activación y a los subtipos que ocurren como consecuencia de variantes de los GPCRs, es preciso realizar estudios detallados de los mecanismos que median los efectos de cada GPCR de interés para el desarrollo de estrategias farmacológicas efectivas. En este contexto, en el presente trabajo de tesis estudiamos el impacto de la activación de dos GPCRs fisiológicamente muy relevantes sobre la actividad de los CaV2 pre-sinápticos: el receptor opioide μ (MOR, del inglés μ opioid receptor), el cual constituye la principal puerta de entrada de los potentes efectos analgésicos de los opioides más eficaces y utilizados en la historia humana; y el receptor de ghrelina (GHSR1a, del inglés growth hormone secretagogue receptor type 1a), receptor de la única hormona orexigénica y el cual despliega la actividad constitutiva de mayor nivel conocida entre los GPCRs. Adicionalmente, evaluamos cómo variantes de los genes que codifican ambos receptores modifican su actividad y determinamos sus frecuencias en nuestra población. El polimorfismo de un nucleótido N40D de MOR, cuya frecuencia varía notablemente entre las poblaciones humanas, altera las funciones celulares del receptor llevando a diferencias en la sensibilidad al dolor y al tratamiento con opioides. La activación de MOR por agonistas opioides en las terminales de neuronas periféricas que transmiten la sensación dolorosa, inhibe los CaV2.2 disminuyendo, consecuentemente, la liberación de neurotransmisores excitatorios que potencian la señal dolorosa. En estas neuronas se expresa en forma exclusiva una isoforma de splicing alternativo de los CaV2.2, CaV2.2e37a, que posee una sensibilidad aumentada a MOR. En este trabajo evaluamos si la activación de los subtipos de MOR producto de N40D (MOR-N y MOR-D) tiene un impacto diferencial sobre la actividad de los CaV2.2e37a exclusivos de las vías del dolor. Utilizando como modelo de estudio un sistema de expresión heteróloga, mediante la técnica patch-clamp en configuración de célula entera con fijación de voltaje, encontramos que N40D impacta en los efectos inhibitorios de MOR sobre los CaV2.2 provocando una ganancia de función para inhibir las corrientes CaV2.2 pre-sinápticas mediadas por la isoforma de splicing del canal específica de las vías del dolor, CaV2.2e37a, y por la isoforma de splicing de expresión ubicua en el sistema nervioso, CaV2.2e37b. Así mismo, nuestro análisis genético-poblacional reveló que N40D se encuentra en un ~ 18 % en una región de nuestro país y, que su distribución a lo largo de distintas poblaciones mundiales, permite identificar una estructura poblacional formada por tres grupos que se corresponden a distintos linajes de ancestría humana. De esta manera, nuestros resultados sugieren que el polimorfismo humano N40D de MOR impacta en la respuesta fisiológica de la activación de este receptor y que podría estar involucrado, de manera condicionada por la ancestría, en las diferencias inter-individuales de la sensibilidad al dolor y tratamientos opioides. Por otro lado, GHSR1a es el único receptor conocido de la hormona ghrelina. Esta hormona es sintetizada en células endócrinas del estómago, y desde allí llega hasta el cerebro donde casi exclusivamente accede al hipotálamo provocando sus potentes efectos orexigénicos. Ghrelina, tras unirse a GHSR1a, activa transcripcional y eléctricamente a las neuronas hipotalámicas por mecanismos post-sinápticos, sin embargo, GHSR1a también se localiza en las membranas pre-sinápticas, en donde se desconoce si contribuye a dicha activación neuronal. Curiosamente, GHSR1a es el GPCR con mayor actividad constitutiva conocido y tampoco se conoce si esta activación independiente de ghrelina participa en la activación neuronal. Dado que los CaV2 son muy sensibles a la modulación por GPCRs, indagamos si GHSR1a impactaba en la actividad de los CaV2. Utilizando como modelo un sistema de expresión heteróloga, mediante patch-clamp en configuración célula entera y con fijación del voltaje, encontramos que la activación de GHSR1a inhibe drásticamente las corrientes CaV2.1 y CaV2.2. Mientras su actividad constitutiva modula los CaV2 por una disminución crónica de la densidad de canales en la membrana plasmática dependiendo de los niveles de expresión del receptor y por un mecanismo mediado por la proteína Gi/o; la actividad de GHSR1a evocada por ghrelina modula negativamente la actividad de los CaV2 pre-sinápticos de manera reversible y saturable a niveles muy bajos del receptor. Adicionalmente, la inhibición mediada por la activación de GHSR1a por ghrelina involucra a ambas subunidades de la proteína Gq, siendo más sensibles a esta inhibición los CaV2.2 que los CaV2.1. También encontramos que una propiedad fundamental de esta inhibición, como es la dependencia del voltaje, se altera completamente dependiendo del subtipo de subunidad auxiliar CaVβ que acompaña al canal. Para estudiar si la actividad de GHSR1a expresado a niveles nativos y en un contexto neuronal modula las corrientes CaV2 utilizamos cultivos primarios de neuronas hipotalámicas de rata sobre-expresando GHSR1a y de un modelo de ratón transgénico que expresa eGFP (del inglés enhanced green fluorescent protein) bajo el promotor del gen GHSR. En estos experimentos encontramos que GHSR1a es capaz de reducir las corrientes CaV2 pre-sinápticas en neuronas hipotalámicas tanto por su actividad constitutiva como por la dependiente de ghrelina. Posteriormente, indagamos también el efecto de la mutación A204E humana de GHSR1a, que elimina la actividad constitutiva del receptor, y su prevalencia en una población argentina. Encontramos que A204E impacta en la modulación de los CaV2 pre-sinápticos por GHSR1a provocando una inhibición de las corrientes CaV2 sólo cuando es activado por ghrelina tanto es un sistema de expresión heteróloga como en neuronas hipotalámicas en cultivo. Adicionalmente, A204E no constituye un sitio de variación genético-poblacional en la población argentina analizada. De esta manera, A204E, con un impacto poblacional muy bajo, provoca una pérdida de función del rol modulatorio de GHSR1a sobre las corrientes CaV2. Por último, abordamos un posible impacto fisiológico de la modulación de los CaV2 por GHSR1a. Dado que en el hipotálamo predomina un tono GABAérgico que controla diversos núcleos neuronales, estudiamos si la modulación de los CaV2 por GHSR1a regulaba la liberación de GABA en neuronas hipotalámicas como un posible mecanismo de activación neuronal. Encontramos que ambos modos de activación de GHSR1a regulan negativamente la liberación de GABA en neuronas hipotalámicas, sólo cuando la misma está mediada por mecanismos dependientes del ingreso de Ca2+ a través de los CaV a las terminales axonales. Este mecanismo podría cobrar relevancia fisiológica en situaciones de ayuno, cuando la expresión de GHSR1a se encuentra aumentada, contribuyendo a la activación neuronal descripta en estas condiciones fisiológicas. Nuestros datos demuestran que GHSR1a modula la actividad de los CaV pre-sinápticos tanto por vías convencionales de inhibición de los CaV (activación de GPCRs dependiente de agonistas), como por vías no convencionales (activación constitutiva de GPCRs), sugiriendo un rol fundamental de la actividad constitutiva de GHSR1a en la fisiología sináptica de neuronas hipotalámicas. Así, GHSR1a modula drásticamente las corrientes CaV2 pre-sinápticas por mecanismos completamente distintos dependientes de su modo de activación. En resumen, en esta tesis describimos por primera vez diferentes mecanismos no convencionales de modulación de los CaV2 pre-sinápticos por la activación de GPCRs. Esta modulación, sumamente efectiva para regular la actividad sináptica, requiere estudios detallados de sus componentes participantes que la median y de sus interacciones para poder comprender el alcance de la misma en distintos contextos celulares. Así mismo, demostramos que las variaciones de los genes de los GPCRs pueden alterar drásticamente su capacidad para modular los CaV2, llevando a grandes diferencias en las respuestas fisiológicas de las que participan, planteando además la relevancia de determinar el alcance poblacional de cada una de ellas para poder encarar estrategias terapéuticas.

Los canales de calcio activados por voltaje pre-sinápticos (CaV2) son proteínas de transmembrana altamente especializadas en la transducción de señales eléctricas en señales químicas. Dado que, en las terminales axonales, la entrada de Ca2+ a través de los CaV2 es condición necesaria para la liberación de neurotransmisores, su modulación constituye un blanco regulatorio de alta efectividad de la actividad neuronal. Dentro de los mecanismos que regulan la actividad de los CaV2 en las membranas pre-sinápticas se encuentra la activación de diversos receptores acoplados a proteína G (GPCR, del inglés G protein coupled receptor). Estos receptores modulan negativamente la actividad de los CaV2 y, en consecuencia, reducen la liberación de neurotransmisores tanto excitatorios como inhibitorios dependiendo de la sinapsis en la que actúen. Los GPCRs constituyen una súper-familia de receptores activados por una gran variedad de ligandos y, dada su participación en múltiples procesos fisiológicos representan blancos terapéuticos muy importantes. La unión de un ligando a su GPCR desencadena la activación de la proteína G, la cual al activarse se escinde en sus subunidades Gα y Gβγ siendo capaces de activar diversas cascadas de señalización intracelular y modular múltiples efectores intracelulares, entre los que se encuentran los CaV2 pre-sinápticos. Sin embargo, el 15 % de los GPCRs pueden adquirir un estado activo en ausencia de ligando que podría potencialmente impactar en la actividad de los CaV2. Adicionalmente, tanto esta actividad constitutiva como la actividad dependiente de agonista pueden verse drásticamente alteradas por la presencia de variaciones en la secuencia de los genes que codifican los GPCRs. Así, debido a los distintos modos de activación y a los subtipos que ocurren como consecuencia de variantes de los GPCRs, es preciso realizar estudios detallados de los mecanismos que median los efectos de cada GPCR de interés para el desarrollo de estrategias farmacológicas efectivas. En este contexto, en el presente trabajo de tesis estudiamos el impacto de la activación de dos GPCRs fisiológicamente muy relevantes sobre la actividad de los CaV2 pre-sinápticos: el receptor opioide μ (MOR, del inglés μ opioid receptor), el cual constituye la principal puerta de entrada de los potentes efectos analgésicos de los opioides más eficaces y utilizados en la historia humana; y el receptor de ghrelina (GHSR1a, del inglés growth hormone secretagogue receptor type 1a), receptor de la única hormona orexigénica y el cual despliega la actividad constitutiva de mayor nivel conocida entre los GPCRs. Adicionalmente, evaluamos cómo variantes de los genes que codifican ambos receptores modifican su actividad y determinamos sus frecuencias en nuestra población. El polimorfismo de un nucleótido N40D de MOR, cuya frecuencia varía notablemente entre las poblaciones humanas, altera las funciones celulares del receptor llevando a diferencias en la sensibilidad al dolor y al tratamiento con opioides. La activación de MOR por agonistas opioides en las terminales de neuronas periféricas que transmiten la sensación dolorosa, inhibe los CaV2.2 disminuyendo, consecuentemente, la liberación de neurotransmisores excitatorios que potencian la señal dolorosa. En estas neuronas se expresa en forma exclusiva una isoforma de splicing alternativo de los CaV2.2, CaV2.2e37a, que posee una sensibilidad aumentada a MOR. En este trabajo evaluamos si la activación de los subtipos de MOR producto de N40D (MOR-N y MOR-D) tiene un impacto diferencial sobre la actividad de los CaV2.2e37a exclusivos de las vías del dolor. Utilizando como modelo de estudio un sistema de expresión heteróloga, mediante la técnica patch-clamp en configuración de célula entera con fijación de voltaje, encontramos que N40D impacta en los efectos inhibitorios de MOR sobre los CaV2.2 provocando una ganancia de función para inhibir las corrientes CaV2.2 pre-sinápticas mediadas por la isoforma de splicing del canal específica de las vías del dolor, CaV2.2e37a, y por la isoforma de splicing de expresión ubicua en el sistema nervioso, CaV2.2e37b. Así mismo, nuestro análisis genético-poblacional reveló que N40D se encuentra en un ~ 18 % en una región de nuestro país y, que su distribución a lo largo de distintas poblaciones mundiales, permite identificar una estructura poblacional formada por tres grupos que se corresponden a distintos linajes de ancestría humana. De esta manera, nuestros resultados sugieren que el polimorfismo humano N40D de MOR impacta en la respuesta fisiológica de la activación de este receptor y que podría estar involucrado, de manera condicionada por la ancestría, en las diferencias inter-individuales de la sensibilidad al dolor y tratamientos opioides. Por otro lado, GHSR1a es el único receptor conocido de la hormona ghrelina. Esta hormona es sintetizada en células endócrinas del estómago, y desde allí llega hasta el cerebro donde casi exclusivamente accede al hipotálamo provocando sus potentes efectos orexigénicos. Ghrelina, tras unirse a GHSR1a, activa transcripcional y eléctricamente a las neuronas hipotalámicas por mecanismos post-sinápticos, sin embargo, GHSR1a también se localiza en las membranas pre-sinápticas, en donde se desconoce si contribuye a dicha activación neuronal. Curiosamente, GHSR1a es el GPCR con mayor actividad constitutiva conocido y tampoco se conoce si esta activación independiente de ghrelina participa en la activación neuronal. Dado que los CaV2 son muy sensibles a la modulación por GPCRs, indagamos si GHSR1a impactaba en la actividad de los CaV2. Utilizando como modelo un sistema de expresión heteróloga, mediante patch-clamp en configuración célula entera y con fijación del voltaje, encontramos que la activación de GHSR1a inhibe drásticamente las corrientes CaV2.1 y CaV2.2. Mientras su actividad constitutiva modula los CaV2 por una disminución crónica de la densidad de canales en la membrana plasmática dependiendo de los niveles de expresión del receptor y por un mecanismo mediado por la proteína Gi/o; la actividad de GHSR1a evocada por ghrelina modula negativamente la actividad de los CaV2 pre-sinápticos de manera reversible y saturable a niveles muy bajos del receptor. Adicionalmente, la inhibición mediada por la activación de GHSR1a por ghrelina involucra a ambas subunidades de la proteína Gq, siendo más sensibles a esta inhibición los CaV2.2 que los CaV2.1. También encontramos que una propiedad fundamental de esta inhibición, como es la dependencia del voltaje, se altera completamente dependiendo del subtipo de subunidad auxiliar CaVβ que acompaña al canal. Para estudiar si la actividad de GHSR1a expresado a niveles nativos y en un contexto neuronal modula las corrientes CaV2 utilizamos cultivos primarios de neuronas hipotalámicas de rata sobre-expresando GHSR1a y de un modelo de ratón transgénico que expresa eGFP (del inglés enhanced green fluorescent protein) bajo el promotor del gen GHSR. En estos experimentos encontramos que GHSR1a es capaz de reducir las corrientes CaV2 pre-sinápticas en neuronas hipotalámicas tanto por su actividad constitutiva como por la dependiente de ghrelina. Posteriormente, indagamos también el efecto de la mutación A204E humana de GHSR1a, que elimina la actividad constitutiva del receptor, y su prevalencia en una población argentina. Encontramos que A204E impacta en la modulación de los CaV2 pre-sinápticos por GHSR1a provocando una inhibición de las corrientes CaV2 sólo cuando es activado por ghrelina tanto es un sistema de expresión heteróloga como en neuronas hipotalámicas en cultivo. Adicionalmente, A204E no constituye un sitio de variación genético-poblacional en la población argentina analizada. De esta manera, A204E, con un impacto poblacional muy bajo, provoca una pérdida de función del rol modulatorio de GHSR1a sobre las corrientes CaV2. Por último, abordamos un posible impacto fisiológico de la modulación de los CaV2 por GHSR1a. Dado que en el hipotálamo predomina un tono GABAérgico que controla diversos núcleos neuronales, estudiamos si la modulación de los CaV2 por GHSR1a regulaba la liberación de GABA en neuronas hipotalámicas como un posible mecanismo de activación neuronal. Encontramos que ambos modos de activación de GHSR1a regulan negativamente la liberación de GABA en neuronas hipotalámicas, sólo cuando la misma está mediada por mecanismos dependientes del ingreso de Ca2+ a través de los CaV a las terminales axonales. Este mecanismo podría cobrar relevancia fisiológica en situaciones de ayuno, cuando la expresión de GHSR1a se encuentra aumentada, contribuyendo a la activación neuronal descripta en estas condiciones fisiológicas. Nuestros datos demuestran que GHSR1a modula la actividad de los CaV pre-sinápticos tanto por vías convencionales de inhibición de los CaV (activación de GPCRs dependiente de agonistas), como por vías no convencionales (activación constitutiva de GPCRs), sugiriendo un rol fundamental de la actividad constitutiva de GHSR1a en la fisiología sináptica de neuronas hipotalámicas. Así, GHSR1a modula drásticamente las corrientes CaV2 pre-sinápticas por mecanismos completamente distintos dependientes de su modo de activación. En resumen, en esta tesis describimos por primera vez diferentes mecanismos no convencionales de modulación de los CaV2 pre-sinápticos por la activación de GPCRs. Esta modulación, sumamente efectiva para regular la actividad sináptica, requiere estudios detallados de sus componentes participantes que la median y de sus interacciones para poder comprender el alcance de la misma en distintos contextos celulares. Así mismo, demostramos que las variaciones de los genes de los GPCRs pueden alterar drásticamente su capacidad para modular los CaV2, llevando a grandes diferencias en las respuestas fisiológicas de las que participan, planteando además la relevancia de determinar el alcance poblacional de cada una de ellas para poder encarar estrategias terapéuticas.

Los canales de calcio activados por voltaje pre-sinápticos (CaV2) son proteínas de transmembrana altamente especializadas en la transducción de señales eléctricas en señales químicas. Dado que, en las terminales axonales, la entrada de Ca2+ a través de los CaV2 es condición necesaria para la liberación de neurotransmisores, su modulación constituye un blanco regulatorio de alta efectividad de la actividad neuronal. Dentro de los mecanismos que regulan la actividad de los CaV2 en las membranas pre-sinápticas se encuentra la activación de diversos receptores acoplados a proteína G (GPCR, del inglés G protein coupled receptor). Estos receptores modulan negativamente la actividad de los CaV2 y, en consecuencia, reducen la liberación de neurotransmisores tanto excitatorios como inhibitorios dependiendo de la sinapsis en la que actúen. Los GPCRs constituyen una súper-familia de receptores activados por una gran variedad de ligandos y, dada su participación en múltiples procesos fisiológicos representan blancos terapéuticos muy importantes. La unión de un ligando a su GPCR desencadena la activación de la proteína G, la cual al activarse se escinde en sus subunidades Gα y Gβγ siendo capaces de activar diversas cascadas de señalización intracelular y modular múltiples efectores intracelulares, entre los que se encuentran los CaV2 pre-sinápticos. Sin embargo, el 15 % de los GPCRs pueden adquirir un estado activo en ausencia de ligando que podría potencialmente impactar en la actividad de los CaV2. Adicionalmente, tanto esta actividad constitutiva como la actividad dependiente de agonista pueden verse drásticamente alteradas por la presencia de variaciones en la secuencia de los genes que codifican los GPCRs. Así, debido a los distintos modos de activación y a los subtipos que ocurren como consecuencia de variantes de los GPCRs, es preciso realizar estudios detallados de los mecanismos que median los efectos de cada GPCR de interés para el desarrollo de estrategias farmacológicas efectivas. En este contexto, en el presente trabajo de tesis estudiamos el impacto de la activación de dos GPCRs fisiológicamente muy relevantes sobre la actividad de los CaV2 pre-sinápticos: el receptor opioide μ (MOR, del inglés μ opioid receptor), el cual constituye la principal puerta de entrada de los potentes efectos analgésicos de los opioides más eficaces y utilizados en la historia humana; y el receptor de ghrelina (GHSR1a, del inglés growth hormone secretagogue receptor type 1a), receptor de la única hormona orexigénica y el cual despliega la actividad constitutiva de mayor nivel conocida entre los GPCRs. Adicionalmente, evaluamos cómo variantes de los genes que codifican ambos receptores modifican su actividad y determinamos sus frecuencias en nuestra población. El polimorfismo de un nucleótido N40D de MOR, cuya frecuencia varía notablemente entre las poblaciones humanas, altera las funciones celulares del receptor llevando a diferencias en la sensibilidad al dolor y al tratamiento con opioides. La activación de MOR por agonistas opioides en las terminales de neuronas periféricas que transmiten la sensación dolorosa, inhibe los CaV2.2 disminuyendo, consecuentemente, la liberación de neurotransmisores excitatorios que potencian la señal dolorosa. En estas neuronas se expresa en forma exclusiva una isoforma de splicing alternativo de los CaV2.2, CaV2.2e37a, que posee una sensibilidad aumentada a MOR. En este trabajo evaluamos si la activación de los subtipos de MOR producto de N40D (MOR-N y MOR-D) tiene un impacto diferencial sobre la actividad de los CaV2.2e37a exclusivos de las vías del dolor. Utilizando como modelo de estudio un sistema de expresión heteróloga, mediante la técnica patch-clamp en configuración de célula entera con fijación de voltaje, encontramos que N40D impacta en los efectos inhibitorios de MOR sobre los CaV2.2 provocando una ganancia de función para inhibir las corrientes CaV2.2 pre-sinápticas mediadas por la isoforma de splicing del canal específica de las vías del dolor, CaV2.2e37a, y por la isoforma de splicing de expresión ubicua en el sistema nervioso, CaV2.2e37b. Así mismo, nuestro análisis genético-poblacional reveló que N40D se encuentra en un ~ 18 % en una región de nuestro país y, que su distribución a lo largo de distintas poblaciones mundiales, permite identificar una estructura poblacional formada por tres grupos que se corresponden a distintos linajes de ancestría humana. De esta manera, nuestros resultados sugieren que el polimorfismo humano N40D de MOR impacta en la respuesta fisiológica de la activación de este receptor y que podría estar involucrado, de manera condicionada por la ancestría, en las diferencias inter-individuales de la sensibilidad al dolor y tratamientos opioides. Por otro lado, GHSR1a es el único receptor conocido de la hormona ghrelina. Esta hormona es sintetizada en células endócrinas del estómago, y desde allí llega hasta el cerebro donde casi exclusivamente accede al hipotálamo provocando sus potentes efectos orexigénicos. Ghrelina, tras unirse a GHSR1a, activa transcripcional y eléctricamente a las neuronas hipotalámicas por mecanismos post-sinápticos, sin embargo, GHSR1a también se localiza en las membranas pre-sinápticas, en donde se desconoce si contribuye a dicha activación neuronal. Curiosamente, GHSR1a es el GPCR con mayor actividad constitutiva conocido y tampoco se conoce si esta activación independiente de ghrelina participa en la activación neuronal. Dado que los CaV2 son muy sensibles a la modulación por GPCRs, indagamos si GHSR1a impactaba en la actividad de los CaV2. Utilizando como modelo un sistema de expresión heteróloga, mediante patch-clamp en configuración célula entera y con fijación del voltaje, encontramos que la activación de GHSR1a inhibe drásticamente las corrientes CaV2.1 y CaV2.2. Mientras su actividad constitutiva modula los CaV2 por una disminución crónica de la densidad de canales en la membrana plasmática dependiendo de los niveles de expresión del receptor y por un mecanismo mediado por la proteína Gi/o; la actividad de GHSR1a evocada por ghrelina modula negativamente la actividad de los CaV2 pre-sinápticos de manera reversible y saturable a niveles muy bajos del receptor. Adicionalmente, la inhibición mediada por la activación de GHSR1a por ghrelina involucra a ambas subunidades de la proteína Gq, siendo más sensibles a esta inhibición los CaV2.2 que los CaV2.1. También encontramos que una propiedad fundamental de esta inhibición, como es la dependencia del voltaje, se altera completamente dependiendo del subtipo de subunidad auxiliar CaVβ que acompaña al canal. Para estudiar si la actividad de GHSR1a expresado a niveles nativos y en un contexto neuronal modula las corrientes CaV2 utilizamos cultivos primarios de neuronas hipotalámicas de rata sobre-expresando GHSR1a y de un modelo de ratón transgénico que expresa eGFP (del inglés enhanced green fluorescent protein) bajo el promotor del gen GHSR. En estos experimentos encontramos que GHSR1a es capaz de reducir las corrientes CaV2 pre-sinápticas en neuronas hipotalámicas tanto por su actividad constitutiva como por la dependiente de ghrelina. Posteriormente, indagamos también el efecto de la mutación A204E humana de GHSR1a, que elimina la actividad constitutiva del receptor, y su prevalencia en una población argentina. Encontramos que A204E impacta en la modulación de los CaV2 pre-sinápticos por GHSR1a provocando una inhibición de las corrientes CaV2 sólo cuando es activado por ghrelina tanto es un sistema de expresión heteróloga como en neuronas hipotalámicas en cultivo. Adicionalmente, A204E no constituye un sitio de variación genético-poblacional en la población argentina analizada. De esta manera, A204E, con un impacto poblacional muy bajo, provoca una pérdida de función del rol modulatorio de GHSR1a sobre las corrientes CaV2. Por último, abordamos un posible impacto fisiológico de la modulación de los CaV2 por GHSR1a. Dado que en el hipotálamo predomina un tono GABAérgico que controla diversos núcleos neuronales, estudiamos si la modulación de los CaV2 por GHSR1a regulaba la liberación de GABA en neuronas hipotalámicas como un posible mecanismo de activación neuronal. Encontramos que ambos modos de activación de GHSR1a regulan negativamente la liberación de GABA en neuronas hipotalámicas, sólo cuando la misma está mediada por mecanismos dependientes del ingreso de Ca2+ a través de los CaV a las terminales axonales. Este mecanismo podría cobrar relevancia fisiológica en situaciones de ayuno, cuando la expresión de GHSR1a se encuentra aumentada, contribuyendo a la activación neuronal descripta en estas condiciones fisiológicas. Nuestros datos demuestran que GHSR1a modula la actividad de los CaV pre-sinápticos tanto por vías convencionales de inhibición de los CaV (activación de GPCRs dependiente de agonistas), como por vías no convencionales (activación constitutiva de GPCRs), sugiriendo un rol fundamental de la actividad constitutiva de GHSR1a en la fisiología sináptica de neuronas hipotalámicas. Así, GHSR1a modula drásticamente las corrientes CaV2 pre-sinápticas por mecanismos completamente distintos dependientes de su modo de activación. En resumen, en esta tesis describimos por primera vez diferentes mecanismos no convencionales de modulación de los CaV2 pre-sinápticos por la activación de GPCRs. Esta modulación, sumamente efectiva para regular la actividad sináptica, requiere estudios detallados de sus componentes participantes que la median y de sus interacciones para poder comprender el alcance de la misma en distintos contextos celulares. Así mismo, demostramos que las variaciones de los genes de los GPCRs pueden alterar drásticamente su capacidad para modular los CaV2, llevando a grandes diferencias en las respuestas fisiológicas de las que participan, planteando además la relevancia de determinar el alcance poblacional de cada una de ellas para poder encarar estrategias terapéuticas.

Las especies reactivas del oxígeno (ROS) se asocian generalmente con estrés oxidativo celular, pero también tienen un importante rol como mensajeros celulares en la señalización redox, por ejemplo, modulando la actividad de los receptores de neurotransmisores y canales iónicos. Hasta el momento no se habían demostrado acciones directas de las ROS sobre los receptores GABAA. En este trabajo se estudiaron los efectos de las ROS sobre la función del receptor GABAAρ1. Se expresaron receptores homoméricos GABAAρ1 humanos en oocitos de Xenopus laevis y se registraron electrofisiológicamente las respuestas evocadas por GABA en presencia o ausencia de ROS. Las respuestas GABAAρ1 se potenciaron significativamente en presencia de H2O2, en forma reversible y dosis dependiente. Los efectos potenciadores se atenuaron en presencia de un scavenger de radicales libres, ácido lipoico, y un inhibidor de la reacción de Fenton, deferoxamina. Para identificar los residuos involucrados en las acciones de las ROS se realizaron ensayos de protección química de cisteínas con agentes selectivos de sulfhidrilos y mutagénesis sitio dirigida. Cada subunidad ρ1 contiene solo tres residuos de cisteína, dos extracelulares en el Cys-loop (C177 y C191) y una intracelular (C364) en el bucle TM3-TM4. La sustitución de la C364 por alanina o serina generó receptores mutantes completamente insensibles a la potenciación por ROS. Las cisteínas del Cys-loop no resultaron esenciales para la modulación por ROS. Nuestros resultados muestran que las ROS potencian la función de los receptores de GABAAρ1 y que la cisteína intracelular C364 es el sensor para las acciones de ROS. Por otro lado, varios subtipos de receptores GABAA son modulados alostéricamente por benzodiazepinas (BZD), drogas ampliamente usadas como ansiolíticos, hipnóticos sedantes y anticonvulsivos. Se identificó un sitio de unión a BDZs de alta afinidad y al menos tres sitios adicionales de baja afinidad en variantes heteroméricos y homomericos de receptores GABAA. Sin embargo, nunca se había reportado la modulación de receptores GABAAρ1 por BDZs y durante mucho tiempo se los asumió como completamente insensibles. En el presente estudio, se expresaron heterólogamente receptores GABAAρ1 en oocitos y se registraron las respuestas evocadas por GABA en presencia y ausencia de BDZs. El diazepam y 4'-Cl diazepam modularon las respuestas GABAAρ1 en el rango micromolar de forma reversible, dependiente de la concentración e independiente del voltaje. El diazepam potenció las corrientes de Cl- evocadas por GABA y el 4'- Cl diazepam produjo efectos bifásicos dependiendo de la concentración de GABA, mientras que Ro15-4513 y alprazolam actuaron como moduladores negativos. Las acciones de las BDZs resultaron insensibles a flumazenil. Otras BZDs no mostraron actividad significativa en condiciones experimentales equivalentes. Nuestros resultados sugieren que las BZDs pueden modular la función del receptor GABAAρ1 de forma selectiva y diferencial.

El cáncer de mama es el tumor más frecuente en el sexo femenino afectando en la actualidad a una de cada diez mujeres. La complejidad de esta patología y el escaso conocimiento acerca de su etiología y desarrollo dificultan el entendimiento fisiopatológico de dicho desorden y, por consiguiente, la prevención y el tratamiento. Los estudios diferenciales sobre la proliferación y los mecanismos moleculares involucrados en los procesos de duplicación celular en células normales y neoplásicas aportan nuevas ideas para la comprensión del desarrollo de esta enfermedad. En tal sentido, los trabajos realizados en la presente Tesis tuvieron como principal objetivo estudiar diversos par metros involucrados en la proliferación de células mamarias humanas bajo la acción de hormonas peptídicas y de agentes que actúan como promotores tumorales. De la amplia gama de señales moleculares se analizaron especialmente aquellas relacionadas con la expresión de proto-oncogenes nucleares y la activación de ciertas kinasas que participan en la vía de señales que regulan la expresión de dichos genes. Estos estudios se realizaron utilizando como modelo de trabajo diversas líneas celulares, principalmente la línea no tumorigénica establecida a partir de tejido mamario humano normal, MCF-10A, su contraparte transformada con el oncogén H-ras, MCF-10T y líneas neoplásicas de mama humana ampliamente descriptas en la literatura como MCF-7, MDA-453 y SKBR3. La caracterización celular y molecular de MCF-10T evidenció la presencia de un gen H-ras mutado en el codón 12 y la sobre-expresión de dicho gen. Si bien se comprobó que MCF-10T es capaz de proliferar en forma independiente del anclaje, su duplicación es inhibida por la alta densidad celular siendo incapaz de proliferar en forma estratificada. Las células provenientes de tejido normal evidenciaron una tasa proliferativa mayor que las de origen neoplásico en condiciones de cultivo favorable, mientras que células no transformadas como las MCF-10A no sobreviven en ausencia de nutrientes. De los agentes que promueven la proliferación en células MCF-10, el EGF ejerció un potente efecto mitogénico seguido por el IGF-I y la insulina a altas dosis. Los estudios determinaron que en estas células el EGF y el PMA, pero no la insulina o el IGF-I, son capaces de aumentar los niveles de ARNm del gen c-fos. Los estudios demostraron que el EGF y el PMA inducen la expresión de los proto-oncogenes c-fos, c-jun, fosB y junB con cinéticas particulares para cada gen no mostrando diferencias significativas entre las células MCF-10A y MCF-10T, siendo válida esta observación para los dos agentes analizados. Otros genes como c-myc, junD o fra1, evidenciaron escasa variación en sus niveles de transcriptos ante dichos estímulos. Si bien ambas líneas exhibieron una dosis dependencia del EGF en cuanto a su proliferación, inducción de la síntesis de ADN y expresión de proto-oncogenes nucleares, la línea transformada MCF-10T manifestó un menor requerimiento de nutrientes y una mayor sensibilidad a otros mitógenos comparado con MCF-10A, posiblemente debido a una mayor proliferación autócrina. La combinación del EGF con otros agentes estudiados promueve un mayor efecto proliferativo que el ejercido por cada uno de ellos individualmente sin afectar los niveles de transcriptos de proto-oncogenes nucleares inducidos por el EGF. Se comprobó que el EGF ejerce su acción inductora sobre los proto-oncogenes nucleares a través de la autofosforilación de su receptor específico con la subsecuente activación de MAP kinasas involucradas en la cascada de señales mitogénicas. Se observó además, que las diversas líneas celulares analizadas difieren cuantitativamente en los tipos de MAP kinasas que expresan según su origen normal o neoplásico. Esto establece un hecho relevante por cuanto podría inferirse que tales especies constituyen marcadores específicos de desórdenes asociados al tipo de neoplasia analizado. Si bien la acción de agentes que inducen la formación del segundo mensajero AMPc resultan inhibitorios de la proliferación en ciertas líneas celulares de mama, en ningún caso estos agentes, o drogas que mimetizan la acción del AMPc, bloquearon la activación de MAP kinasas mediada por el EGF como se ha descripto en otros sistemas celulares. Por último, el gen c-myc, cuyos transcriptos se encuentran elevados en las células MCF-10A y MCF-10T durante su crecimiento exponencial o en estadio de aquiescencia, no solo es regulado por agentes mitogénicos como el EGF, sino también por las condiciones extracelulares (densidad celular y factores de crecimiento autócrinos) y por agentes inhibitorios de la proliferación como el TGFb1. Por lo tanto se ha demostrado que la transformación in vitro de células de mama normales por el oncogén H-ras, a diferencia de lo que ocurre en otros modelos celulares, altera en forma pleiotrópica diversas funciones celulares relacionadas con el proceso neoplásico, como el crecimiento en ausencia de sustrato de anclaje, requerimiento de nutrientes y diversos cambios morfológicos, sin afectar ciertos mecanismos involucrados en la respuesta primaria que conducen a la duplicación celular como la inducción de proto-oncogenes nucleares o la activación de la vía de MAP kinasas. Asimismo, se deduce que el proceso neoplásico difícilmente pueda ser atribuido a la alteración de un solo gen; resulta más adecuado sugerir que tales desórdenes son consecuencia de un número mayor de fenómenos que actúan en forma coordinada para desarrollar todo su potencial neoplásico. Es mi más firme deseo que los estudios detallados en esta Tesis puedan contribuir de alguna forma al entendimiento de la patogenia y el desarrollo de las enfermedades neoplásicas que afectan al ser humano.