Bioquímica y Regulación Metabólica

Resumen

Nuestro laboratorio estudia cómo la síntesis de ácidos grasos y de cofactores enzimáticos impactan en la biología celular y la fisiología de bacterias y animales. Las implicancias de nuestro tema de trabajo se extienden desde la búsqueda de nuevos antimicrobianos que actúen interfiriendo con la síntesis de ácidos grasos y metabolitos derivados, hasta la elucidación de vías regulatorias involucradas en enfermedades neurodegenerativas y obesidad en animales.

Líneas de Investigación

Uso de Caenorhabditis  elegans para estudiar alteraciones del metabolismo lipídico

El gusano de suelo C. elegans es ampliamente utilizado en la investigación biomédica porque, a pesar de ser muy simple y pequeño (mide sólo 1 mm), tiene la mayoría de estructuras de los animales más complejos y comparte con nosotros gran parte de las vías metabólicas. Estos aspectos de la biología junto con la conservación de la ruta biosintética de lípidos, convierten a C. elegans en un modelo atractivo para estudiar el rol de los lípidos en enfermedades neurodegenerativas y en la regulación del apetito. Nuestro grupo utiliza este animal modelo para estudiar: 1) el mecanismo por el cual los cannabinoides endógenos previenen disfuciones de la homeostasis del colesterol asociadas a enfermedades neurodegenerativas, tales como las enfermedades de Alzheimer o Niemann-Pick tipoC 2) el mecanismo por el cual el malonil-CoA, un intermediario clave en la biosíntesis de acidos grasos, controla el comportamiento alimentario y 3) el mecanismo por el cual los acidos grasos insaturados regulan desordenes metabólicos y la agregación de proteínas amiloides. En este ultimo estudio colaboramos con el grupo del Dr. Andres Binolfi usando metodologías de RMN in vitro e in vivo combinadas con herramientas de microscopia y metabolomica.

Búsqueda de nuevos blancos para el desarrollo de compuestos bioactivos contra bacterias Gram positivas y parásitos unicelulares

La emergencia y diseminación de resistencia a antimicrobianos entre las bacterias y la carencia de drogas efectivas y de baja toxicidad para combatir protozoos parásitos ha intensificado la necesidad del descubrimiento de compuestos dirigidos contra blancos no explotados hasta el momento. Los cofactores orgánicos e inorgánicos, como las vitaminas o los iones metálicos, desempeñan un papel fundamental en la supervivencia tanto de los eucariotas como de las bacterias. Por lo tanto, interferir con las vías de biosíntesis o su adquisición a través de la dieta presenta interesantes posibilidades farmacológicas. Uno de los objetivos de nuestro grupo de trabajo es entender cómo los microorganismos modifican postraduccionalmente sus proteínas con ácido lipoico, y validar los procesos moleculares subyacentes como blancos para el diseño de nuevos antimicrobianos. Mediante una estrategia inter y multidisciplinaria, incluyendo técnicas de genética, bioquímica, biología estructural y química combinatoria, proponemos identificar y ensayar el efecto de compuestos bioactivos, de estructuras y mecanismos de acción distintos a los utilizados actualmente, que bloqueen la lipoilación de proteínas en Trypanosoma, Plasmodium, Staphylococcus aureus y otras bacterias Gram positivas patógenas.

Rol de la síntesis de ácidos grasos insaturados en la adaptación al frío, producción de factores de virulencia y patogénesis de Bacillus cereus

El grupo Bacillus cereus comprende bacterias de importancia económica y de diferentes grados de patogenicidad. Son bacterias Gram positivas con extraordinaria diversidad ecológica que se adaptan a distintas condiciones de estrés pudiendo crecer entre 4° y 50°C. A bajas temperaturas, las bacterias experimentan modificaciones en su fisiología celular, siendo la más importante la disminución de la fluidez de membrana. En bacterias, el contenido de ácidos grasos insaturados (AGI) de los lípidos de membrana juega un papel esencial en el aumento de la fluidez y funcionamiento de las membranas biológicas a bajas temperaturas. Los AGI son sintetizados por enzimas denominadas desaturasas, que introducen dobles enlaces en las cadenas de acilo de los ácidos grasos (AG) en los lípidos de membrana por lo que juegan un papel importante durante el proceso de adaptación. Estudios bioinformáticos realizados con los genomas de B. cereus mostraron un número variable de putativas desaturasas de membrana y Acil-ACP-desaturasas (solubles) en un mismo organismo, siendo ésta la primera vez que se reporta la presencia de Acil-ACP-desaturasas en Bacillus. En este proyecto nos proponemos establecer el rol de estas desaturasas en la adaptación a bajas temperaturas y en la producción y excreción de factores de virulencia, elementos decisivos en el establecimiento de la patogénesis.

Publicaciones Seleccionadas

  • Endocannabinoids in Caenorhabditis elegans are essential for the mobilization of cholesterol from internal reserves. Sci. Reports. Galles, C., Prez, G. Penkov, S. Boland, S. Porta, E. Altabe, S., Labadie, G., Schmidt, U., Knölker, H.J., Kurzchalia, T. and de Mendoza, D (2018) doi: 10.1038/s41598-018-24925-8
  • Structural determinant of functionality in acyl lipid desaturases. J. Lipid Res. Sastre, D.E,  Saita, E., Uttaro, A.,  de Mendoza D.Altabe, S. (2018) doi: 10.1194/jlr.M085258.
  • Unravelling the lipoyl-relay of exogenous lipoate utilization in Bacillus subtilis. Mol. Microbiol. Rasetto N, Lavatelli A, Martin N. Mansilla MC (2019) https://doi.org/10.1111/mmi.14271. ISSN: 0950-382X.
  • Transmembrane prolines mediate signal sensing and decoding in Bacillus subtilis DesK histidine kinase. mBio. Fernández P, Porrini L, Albanesi D, Abriata L, Dal Peraro M, de Mendoza D, Mansilla MC. (2019). https://doi: 10.1128/mBio.02564-19.
  • Defining Caenorhabditis elegans as a model system to investigate lipoic acid metabolism. J. Biol. Chem. Lavatelli, A., de Mendoza, D. and Mansilla, M.C. (2020) DOI: 10.1074/jbc.RA120.013760
  • Cannabinoids Activate the Insulin Pathway to Modulate Mobilization of Cholesterol in C. elegans. Plos Genetics. Hernandez-Cravero, Gallino, S.   Florman,J Vranych, C., Diaz, P, Elgoyhen, A.B., Alkema, M.J and  de Mendoza (2022) doi: 10.1371/journal.pgen.1010346. 022
  • The role of cell-envelope synthesis for envelope growth and cytoplasmic density in Bacillus subtilis PNAS Nexus Kitahara, Y. Oldewurtel, E.R.,  Wilson, S.,   Sun, Y.,  Altabe, S., de Mendoza,D.  Garner, E.C.,   van Teeffelen, S. (2022) https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgac134.
  • Unsaturated fatty acids profiling in live C. elegans using real-time NMR spectroscopy. bioRxiv. Hernandez-Cravero, B., Prez, G., Lombardo, V. Binolfi, A. and de Mendoza, D. 2023 https://doi.org/10.1101/2021.04.02.438181
  • Impaired cholesterol transport from aged astrocytes to neurons can be rescued by cannabinoids. bioRxiv. Allende, LG,  Natalí, L,  Cragnolini, A.B, Musri, MM,  de Mendoza, and Martín, M.G. doi: https://doi.org/10.1101/2023.07.24.550299