Catalano Dupuy, Daniela L.

Líneas de Investigación

 

Estudio del metabolismo redox de Leptospira interrogans como blanco para combatir a este patógeno.

Leptospira interrogans es una bacteria parásito que produce la enfermedad conocida como leptospirosis, ampliamente distribuida a nivel mundial. Su mayor incidencia se da en  países en vía de desarrollo y zonas tropicales, y al presente se la considera una enfermedad desatendida. Se estima que causa más de 1 millón de casos graves y aproximadamente 60.000 muertes por año. Se asume que estos valores están sub-estimados considerando las limitaciones de los sistemas de vigilancia en los países tropicales de bajos ingresos y serían aún mayores. La leptospirosis afecta a humanos y animales.  La enfermedad en animales no sólo constituye un riesgo para la infección en humanos sino que además posee un gran impacto económico ya que afecta al ganado induciendo aborto, infertilidad, producción reducida de leche y hasta la muerte. El contagio ocurre por contacto con animales infectados o por exposición a las aguas contaminadas con la orina de los mismos. Las bacterias ingresan al organismo a través de las mucosas o heridas en la piel y se diseminan en la sangre estableciendo una infección sistémica.

Mediante un análisis filogenético observamos que la ferredoxina-NADP+ reductasa de L. interrogans (LepFNR) se asocia a las enzimas plastídicas y no a las bacterianas. La resolución de su estructura cristalográfica confirmó esta observación. El hecho que las FNR plastídicas se caracterizan por presentar una alta eficiencia catalítica comparada con sus homólogas bacterianas, convierte a LepFNR en una interesante herramienta de estudio. Es probable que la existencia de esta enzima en la bacteria de vida parásita, sea metabólicamente relevante. La elevada eficiencia catalítica que presenta LepFNR podría brindarle a L. interrogans ventajas adaptativas durante la infección. De ser así, la/s vía/s metabólica/s en la/s que participa se convertiría en un interesante campo de estudio para combatir a este microorganismo. Es importante destacar que las FNR del tipo plastídica no están presentes en mamíferos.

Nuestro grupo se ha propuesto investigar la participación de la FNR tipo plastídica presente en L. interrogans en el metabolismo redox de dicha bacteria. Consideramos que la identificación y estudio de los sustratos de la FNR de Leptospira y de otras proteínas capaces de interaccionar con la reductasa, o con sus sustratos, representa el punto de partida para lograr dilucidar el rol metabólico que cumple esta enzima.

Estudio de las ferredoxina-NADP+ reductasas de patógenos bacterianos.

Las ferredoxina-NADP+ reductasas (FNR) son enzimas ampliamente distribuidas que intervienen en múltiples procesos de transferencia electrónica. Las FNR catalizan la transferencia reversible de electrones entre el NADP(H) y transportadores de un electrón como ferredoxina o flavodoxina. El sentido de la reacción  in vivo varía de acuerdo a la naturaleza de la fuente de poder reductor.

Recientemente hemos identificado que la FNR de Escherichia coli une el sustrato/producto NADP+ muy firmemente. Nuestros estudios sugieren que la unión de dicho nucleótido tendría una función regulatoria esencial y que participaría del mecanismo catalítico de la enzima. Esta regulación sería un aspecto importante en la funcionalidad de la enzima y, por ende, en la regulación de la homeostasis redox en esa bacteria. La FNR de E. coli pertenece a uno de los tres grupos de ferredoxina-NADP+ reductasa tipo planta en las que pueden clasificarse estas enzimas. Estos grupos poseen diferencias estructurales bien identificadas. Una de las más relevantes se ubica en el carboxilo terminal de la enzima, precisamente donde ocurre la unión del nucleótido y el proceso de regulación y catálisis.

Nuestros objetivos se centran en el estudio del mecanismo catalítico y su regulación en las FNR provenientes de patógenos bacterianos: E. coli, Leptospira interrogans, Pectobacterium carotovorum y Brucella abortus, con el fin de determinar si el fenómeno previamente observado en la enzima de E. coli es un proceso distintivo de las reductasas bacterianas. Se propone identificar las bases estructurales de la unión del NADP+ a estas enzimas y la participación del mismo en la catálisis. A su vez, es nuestro interés investigar la posibilidad de utilizar esta unión como blanco diferencial para la inactivación de las vías metabólicas en las que participan las FNR en bacterias patógenas.

Becarios Doctorales

Lic. Paula Monchietti

Publicaciones Seleccionadas

  • Soldano, A., Klinke, S., Otero, L. H., Rivera, M., Catalano-Dupuy, D. L. and Ceccarelli, E. A. (2017) Structural and mutational analysis of the Leptospira interrogans virulence-related heme oxygenase provide insights into its catalytic mechanism. PLoS ONE 12(8): e0182535 doi:10.1371/journal.pone.0182535).
  • Soldano, A., Yao, H., Rivera, M., Ceccarelli, E. A. and Catalano-Dupuy, D. L. (2014). Heme-Iron Utilization by Leptospira interrogans Requires a Heme Oxygenase and a Plastidic-Type Ferredoxin-NADP+ Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-General Subjects 1840(11): 3208–3217.
  • Catalano-Dupuy, D. L., López-Rivero, A., Soldano, A. and Ceccarelli, E. A. (2013). Redox Proteins as Targets for Drugs Development against Pathogens. Current Pharmaceutical Design. 19(14): 2594-605.
  • Catalano-Dupuy, D. L., Musumeci M. A., López-Rivero, A. and Ceccarelli, E. A. (2011) A highly stable plastidic-type ferredoxin-NADP(H) reductase in the pathogenic bacterium Leptospira interrogansPLoS ONE. 6(10): e26736. doi:10.1371/Journal.pone.0026736
  • Musumeci M. A., Arakaki, A. K., Rial, D. V., Catalano-Dupuy, D. L. and Ceccarelli, E. A. (2008). Modulation of the Ferredoxin-NADP(H) reductase enzymatic efficiency by the amino acid volume around the catalytic site. FEBS Journal. 275(6):1350-1366.
  • Nascimento, A.S.*, Catalano-Dupuy, D. L.*, Bernardes, A., de Oliveira Neto, M., Santos, M. A. M., Ceccarelli, E. A.and Polikarpov, I. (2007). Crystal Structures of Leptospira interrogans FAD-containing Ferredoxin-NADP+ reductase and its complex with NADP+. BMC Structural Bi 7:69. *These authors contributed equally to this work.
  • Catalano-Dupuy, D. L., Orecchia, M., Rial, D. V. and Ceccarelli, E. A. (2006). Reduction of the pea Ferredoxin-NADP(H) Reductase Catalytic Efficiency by the Structuring of a Carboxil-Terminal Artificial Metal Binding Site. Biochemistry. 45, 13899-13909.

Colaboradores

  • Dra. Milagros Medina, Instituto Universitario de Investigación en Biocomputación y Física de sistema complejos (BIFI), Universidad de Zaragoza.
  • Dr. Mario Rivera, Department of Chemistry and Ralph N. Adams Institute for Bioanalytical Chemistry, University of Kansas.

Subsidios

  • PICT 2015-2955, ANPCYT, Mincyt, Argentina.
  • PIP 112 201201-00345, CONICET, Argentina.
Catalano Dupuy, Daniela L.

Laboratorio: Estructura, plegamiento y función de proteínas
Sede: CCT
Email: catalano@ibr-conicet.gov.ar
Tel. Interno: 665