Biología Estructural-Celular

Resumen

La estructura y función de proteínas depende de múltiples factores como su localización sub-celular, modificaciones postraduccionales e interacciones con otras biomoléculas. Sin embargo, la mayoría de los estudios estructurales y mecanísticos de proteínas se realizan normalmente en muestras aisladas, en condiciones que difieren sustancialmente del entorno nativo de las células vivas. En nuestro grupo utilizamos metodologías de resonancia magnética nuclear (RMN) en células y organismos multicelulares vivos para obtener información estructural y funcional de proteínas en sus entornos nativos y para estudiar cómo diversas modificaciones oxidativas modulan procesos fisiológicos y patológicos implicados en enfermedades cardiovasculares y neurodegenerativas.

Líneas de Investigación

Efecto del estrés oxidativo en el desarrollo cardíaco

Un alto porcentaje de los defectos cardíacos congénitos son consecuencia de la interacción entre factores ambientales, infecciones y susceptibilidades genéticas, siendo la exposición excesiva a condiciones de estrés oxidativo durante el embarazo una de las posibles causas. Desbalances en mecanismos de regulación oxidativa resultan en patologías cardíacas. El conocimiento detallado de los efectos a nivel morfológico, molecular y celular que la exposición a especies reactivas del oxígeno produce sobre el normal desarrollo cardíaco constituyen las bases para la generación de nuevos métodos de detección temprana y para el diseño de tratamientos terapéuticos. En esta línea, liderada por la Dra. Verónica Lombardo, utilizamos el modelo de pez cebra (Danio rerio) y metodologías de microscopía, biología molecular y celular, y RMN en embriones de peces para comprender cómo un desbalance en los niveles oxidantes impacta en la morfogénesis cardíaca y elucidar qué vías de señalización redox están involucradas en el desarrollo de defectos cardíacos congénitos.

Estrés oxidativo, lípidos y modificaciones oxidativas de proteínas

El aumento de las especies reactivas de oxígeno y el desbalance celular de los sistemas protectores para contrarrestarlas han sido identificados como factores de riesgo para el desarrollo de enfermedades neurodegenerativas y cardiovasculares. Los mismos tienen múltiples efectos, tanto a nivel de modificaciones oxidativas de proteínas con tendencia a agregar como sobre cambios en la composición lipídica de las membranas celulares, induciendo estrés celular y desbalances metabólicos que promueven estados patológicos. En un esfuerzo colaborativo entre nuestro grupo y el grupo del Dr. Diego de Mendoza estudiamos el rol del estrés oxidativo y el metabolismo de ácidos grasos insaturados y colesterol en la agregación de proteínas amiloides y otros procesos patológicos. Para esto utilizamos metodologías de RMN in vitro, e in vivo, en Caenorhabditis elegans y en pez cebra, combinadas con herramientas de bioquímica de proteínas, microscopía y metabolómica. Con esta iniciativa buscamos obtener una visión integral y con resolución atómica sobre el efecto del estrés oxidativo en patologías celulares.

Publicaciones Seleccionadas

  • Megadalton-sized dityrosine aggregates of α-Synuclein retain high degrees of structural disorder and internal dynamics. Mol. Biol. 432, 166689, Verzini S., Shah M., Theillet F.X., Belsom A., Bieschke J., Wanker E.E., Rappsilber J., Binolfi A., Selenko P. (2020). https://doi.org/10.1016/j.jmb.2020.10.023
  • An NMR-based biosensor to measure stereo-specific methionine sulfoxide reductase (MSR) activities in vitro and in vivo. Eur. J. 26, 14838. Sánchez-López C., Labadie N.,  Lombardo V.A.,  Biglione F.A.,  Manta B., Jacob R., Gladyshev V., Abdelilah-Seyfried S., Selenko P., Binolfi A. (2020). https://doi.org/10.1002/chem.202002645
  • Morphogenetic control of zebrafish cardiac looping by Bmp signaling. Development, 146, 180091. Lombardo  A., Heise M., Moghtadaei M., Bornhorst D., Männer J., Abdelilah-Seyfried S. (2019). https://doi.org/10.1242/dev.180091 
  • Time-resolved NMR analysis of proteolytic α-synuclein processing in vitro and in cellulo. Proteomics, 18, 1800056. Limatola A., Eichmann C., Jacob R., Ben-Nissan G., Sharon M., Binolfi A., Selenko P. (2018). https://doi.org/10.1002/pmic.201800056
  • Structural disorder of monomeric α-synuclein persists in mammalian cells. Nature 530, 45. Theillet F-X., Binolfi A., Bekei B., Martorana A., Rose H. M., Stuiver M., Verzini S., Lorenz D., van Rossum M., Goldfarb D., Selenko P. (2016). https://doi.org/10.1038/nature16531
  • Intracellular repair of oxidation-damaged alpha-synuclein fails to target C-terminal modification sites. Commun. 7, 10251. Binolfi A., Limatola A., Verzini S., Kosten J., Theillet F-X., Rose H. M., Bekei B., Stuiver M., van Rossum M., Selenko P. (2016). https://doi.org/10.1038/ncomms10251
  • Copper binding to the N-terminally acetylated, naturally occurring form of alpha-synuclein induces local helical folding. Am. Chem. Soc. 137, 6444. Miotto M. C., Valiente-Gabioud A. A., Rossetti G., Zweckstetter M., Carloni P., Selenko P., Griesinger C., Binolfi A., Fernández C. O.* (2015). https://doi.org/10.1021/jacs.5b01911
  • Physicochemical and biological properties of cells and their effects on IDPs. Rev. 114, 6661. Theillet F-X., Binolfi A., Frembgen-Kesner T., Hingorani K., Sarkar M., Kyne C., Li C., Crowley P., Gierasch L., Pielak G., Elcock A. H., Gershenson A., Selenko P. (2014). https://doi.org/10.1021/cr400695p
  • Blood flow and Bmp signaling control endocardial chamber morphogenesis. Dev Cell.,30, 367. Dietrich A. C., Lombardo V. A., Veerkamp J., Priller F., Abdelilah-Seyfried S. (2014). https://doi.org/10.1016/j.devcel.2014.06.020 
  • Bacterial in-cell NMR of human a-synuclein: a disordered monomer by nature? Soc. Trans. 40, 950. Binolfi A., Theillet F-X., Selenko, P. (2012). https://doi.org/10.1042/BST20120096 

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