Bioquímica y Biología Molecular del Desarrollo

Resumen

El rostro de los vertebrados presenta una deslumbrante variedad de formas y tamaños, lo cual depende en gran medida del desarrollo de su esqueleto craneofacial. En particular, los cartílagos y los huesos de la cara se desarrollan a partir de una población específica de las células de la cresta neural. Estas células forman una serie de arcos faríngeos casi idénticos en todos los vertebrados. La pregunta que surge entonces es ¿cómo estas células se organizan en los rasgos faciales adecuados para cada animal? Esta pregunta es fundamental para entender no sólo cómo se genera la diversidad los rostros de los vertebrados, sino también cómo se originan defectos craneofaciales congénitos en humanos que afectan el desarrollo de la cara.
En nuestro laboratorio se desarrollan dos líneas de trabajo que intentan responder preguntas relacionadas con el desarrollo de las estructuras craneofaciales. El abordaje es a dos niveles: el modelado de patologías craneofaciales humanas (paladar hendido, aberraciones en la formación de maxilares y mandíbula, etc.) en el modelo experimental pez cebra, y la caracterización de mecanismos moleculares de control de la expresión de genes a través de proteínas de unión a ácidos nucleicos de cadena simple.
En nuestro laboratorio se utilizan tecnologías de manipulación de los embriones del pez cebra para provocar variaciones en los niveles de proteínas específicas (pérdida de función por microinyección de morfolinos o sobreexpresión de proteínas dominantes negativas, y ganancia de función por sobreexpresión de proteínas salvajes), tecnología para generar lineas de peces transgénicos y diversas técnicas de biología del desarrollo. Además, se emplean técnicas de biología molecular, bioquímica y espectroscopia (absorción, fluorescencia, dicroísmo circular).
Como actividad complementaria y derivada del conocimiento sobre la biología del desarrollo del pez cebra, en nuestro laboratorio se ha puesto a punto un test de ecotoxicidad utilizando embriones de pez cebra (DarT) que es un método rápido, sencillo y de alta sensibilidad y reproducibilidad ampliamente utilizado en Europa para la acreditación de normas ISO en calidad de aguas y tratamiento de efluentes, así como la toxicidad de drogas sintéticas o naturales. El test es brindado como servicio a terceros para monitorear, en aguas, efluentes industriales y sedimentos, la presencia de sustancias potencialmente tóxicas para el hombre y el ecosistema.

Líneas de Investigación

Modelado de Patologias Craneofaciales Humanas en Pez Cebra

El pez cebra es un modelo animal que presenta numerosas ventajas al momento de modelar enfermedades humanas en el laboratorio. Es un modelo simple, pequeño, económico, de rápido crecimiento y alta fecundidad. Empleando este modelo, intentamos explicar las bases moleculares de patologías craneofaciales humanas de etiología aún no completamente dilucidada. Hemos logrado generar un modelo en pez cebra del Síndrome de Treacher Collins, un desorden autosómico dominante del desarrollo craneofacial, lo cual permitirá avanzar en el conocimiento de las bases moleculares de esta patología. Identificamos un grupo de genes que se encuentran actualmente en estudio para establecer sus relaciones biológicas y su rol molecular. De manera similar, se está desarrollando el modelado e identificación y caracterización de las bases moleculares de otras patologías craneofaciales humanas de etiología escasamente evaluada hasta el momento. Dado que las estructuras craneofaciales derivan principalmente de la cresta neural, las preguntas que intentamos responder son: ¿Qué genes marcadores de la cresta neural modifican su expresión durante el desarrollo de la patología?¿Qué etapa del desarrollo de la cresta neural resulta afectado? Esperamos entender los mecanismos de regulación génica responsables del desarrollo de patologías humanas y, además, comprender cómo las células de la cresta neural dan lugar a los cartílagos y huesos craneofaciales y otros derivados.

Control de la expresión génica a través del plegamiento molecular de cuádruplex de Guanina

Los mecanismos de diferenciación celular durante el desarrollo embrionario dependen del correcto control espacio-temporal de la expresión génica, el cual involucra una importante cantidad de proteínas capaces de interaccionar con ácidos nucleicos. Entre ellas, las proteínas de unión a ácidos nucleicos de cadena simple han demostrado ser actores versátiles en el control de la expresión génica dado que pueden actuar en diferentes procesos celulares integrando señales críticas para las decisiones de una célula y podrían actuar reconociendo ADN durante la regulación de la transcripción, o reconociendo ARN para regular la expresión génica de manera post-transcripcional. Regiones ricas en guanina presentes en el DNA o el RNA pueden plegarse adoptando una estructura terciaria de cuádruplex de Guaninas o G4, las cuales son altamente estables y han sido descriptas como elementos reguladores de la expresión génica. En nuestro laboratorio estudiamos a CNBP (por sus siglas en inglés Cellular Nucleic acid Binding Protein), que es una proteína esencial para la especificación y diferenciación durante el desarrollo de estructuras craneofaciales y se expresa de manera diferencial durante el desarrollo embrionario, ejerciendo una posible función en el control del balance entre proliferación y muerte celular de células de la cresta neural craneal. CNBP es una proteína altamente conservada en vertebrados evolutivamente distantes, y su función molecular involucra el reconocimiento específico de ácidos nucleicos de cadena simple, DNA o RNA, ricos en G, actuando como chaperona de ácidos nucleicos. A través de esta actividad, CNBP es capaz de modular la formación G4 en el promotor de c-Myc. Estamos abocados a la identificación de los blancos celulares y mecanismos moleculares mediante los cuales CNBP cumple su función, a fin de comprender con mayor detalle los mecanismos moleculares de control de la expresión de genes involucrados en el normal desarrollo de las estructuras craneofaciales.

Publicaciones Seleccionadas

  • Weiner AM, Scampoli NL, Calcaterra NB. (2012) Fishing the molecular bases of Treacher Collins syndrome. PLoS One. 2012;7(1):e29574.
  • Weiner,A.M., Sdrigotti,M.A., Kelsh,R.N., and Calcaterra,N.B. (2011). Deciphering the cellular and molecular roles of CNBP during cranial neural crest development. Dev Growth Differ. 2011 Oct;53(8):934-47.
  • Borgognone,M., Armas,P., and Calcaterra,N.B. (2010). Cellular nucleic-acid-binding protein, a transcriptional enhancer of c-Myc, promotes the formation of parallel G-quadruplexes. Biochem. J. 428, 491-498.
  • Calcaterra,N.B., Armas,P., Weiner,A.M., and Borgognone,M. (2010). CNBP: A multifunctional nucleic acid chaperone involved in cell death and proliferation control. IUBMB Life 62, 707-714.
  • Weiner,A.M., Allende,M.L., and Calcaterra,N.B. (2009). Zebrafish cnbp intron1 plays a fundamental role in controlling spatiotemporal gene expression during embryonic development. J. Cell Biochem. 108, 1364-1375.
  • Armas,P., Aguero,T.H., Borgognone,M., Aybar,M.J., and Calcaterra,N.B. (2008a). Dissecting CNBP, a zinc-finger protein required for neural crest development, in its structural and functional domains. J Mol. Biol. 382, 1043-1056.
  • Armas,P., Nasif,S., and Calcaterra,N.B. (2008b). Cellular nucleic acid binding protein binds G-rich single-stranded nucleic acids and may function as a nucleic acid chaperone. J. Cell Biochem. 103, 1013-1036.
  • Weiner,A.M., Allende,M.L., Becker,T.S., and Calcaterra,N.B. (2007). CNBP mediates neural crest cell expansion by controlling cell proliferation and cell survival during rostral head development. J. Cell Biochem. 102, 1553-1570.

Colaboradores

  • Miguel Allende; Facultad de Ciencias, Departamento de Biología - Universidad de Chile, Santiago, Chile.
  • Robert Kelsh, Department of Biology & Biochemistry, Universidad de Bath, Reino Unido.
  • María Rita Passos-Bueno, Laboratorio de Genética del Desarrollo Humano, Departamento de Genética y Biología Evolutiva - Instituto de Biociencias, Universidad de San Pablo, Brasil.
  • Flavio Zolessi, Facultad de Ciencias, Universidad de la República, Uruguay.
  • Manuel Aybar, INSIBIO-CONICET, Universidad Nacional de Tucumán, Argentina.

Subsidios

  • PICT 2007-00648 (IR: Nora Calcaterra). Finalización: 2012.
  • PICT 2007-00738 (IR: Pablo Armas). Finalización: 2011.
  • PIP 00480 (IR: Pablo Armas). Finalización: 2012.
  • Subsidio para actividades de cooperación internacional - Proyecto Conjunto CONICET-Universidad de San Pablo, Brasil.

Director

Array ( [3144] => Array ( [width] => 669 [height] => 591 [hwstring_small] => height='96' width='108' [file] => 2013/12/Nora-Calcaterra.jpg [sizes] => Array ( [thumbnail] => Array ( [file] => Nora-Calcaterra-290x145.jpg [width] => 290 [height] => 145 [mime-type] => image/jpeg ) [medium] => Array ( [file] => Nora-Calcaterra-300x265.jpg [width] => 300 [height] => 265 [mime-type] => image/jpeg ) ) [image_meta] => Array ( [aperture] => 0 [credit] => [camera] => [caption] => [created_timestamp] => 0 [copyright] => [focal_length] => 0 [iso] => 0 [shutter_speed] => 0 [title] => ) [ID] => 3144 [name] => Nora-Calcaterra.jpg [path] => /home/ibrconi/public_html/wp-content/uploads/2013/12/Nora-Calcaterra.jpg [url] => http://www.ibr-conicet.gov.ar/wp-content/uploads/2013/12/Nora-Calcaterra-290x145.jpg [full_url] => http://www.ibr-conicet.gov.ar/wp-content/uploads/2013/12/Nora-Calcaterra.jpg [title] => Nora-Calcaterra [caption] => [description] => [alt] => [srcset] => http://www.ibr-conicet.gov.ar/wp-content/uploads/2013/12/Nora-Calcaterra-300x265.jpg 300w, http://www.ibr-conicet.gov.ar/wp-content/uploads/2013/12/Nora-Calcaterra.jpg 669w ) )
http://www.ibr-conicet.gov.ar/wp-content/uploads/2013/12/Nora-Calcaterra.jpg
http://www.ibr-conicet.gov.ar/wp-content/uploads/2013/12/Nora-Calcaterra-150x150.jpg

Calcaterra, Nora B.
Sede CCT
Email: calcaterra@ibr-conicet.gov.ar
Tel: +54 341 4237070
Oficina Int: 655
Laboratorio Int: 614

Investigadores

Becarios Post-Doctorales

  • Nadia Scampoli

Becarios Doctorales

  • Aldana David
  • Mauco Gil Rosas
  • Ernesto Piga

Tesinistas

  • Agustin Lorenzatti
  • Federico Pascutti

Técnicos

  • Sebastian Graziati