Estructura, plegamiento y función de proteínas

Resumen

Las proteínas son esenciales para toda célula viva, participando en prácticamente todos los procesos celulares. Su conocimiento posibilita la compresión del funcionamiento de la célula y de los organismos vivos. Nuestro grupo estudia las proteínas analizando las relaciones entre sus estructuras y funciones, como así también sus posibles roles metabólicos en determinados organismos. Utilizamos modelos proteicos ampliamente distribuidos, relevantes en procesos fisiológicos de todos los organismos vivos. Analizamos la expresión, el plegamiento, la estabilidad, la estructura, las funciones catalíticas, y la degradación de proteínas, utilizando como modelos de estudio flavoproteínas, chaperones moleculares y proteasas. La información obtenida nos permite descubrir el rol de éstas en la célula, diseñar inhibidores de enzimas bacterianas y/o diseñar alteraciones útiles que posibiliten su aprovechamiento biotecnológico, como el mejoramiento de plantas de interés agronómico.

Líneas de Investigación

Estudio de las relaciones estructura-función de chaperones moleculares

El proteoma celular resulta del balance entre la síntesis de proteínas y su degradación. El destino de la célula depende de la capacidad para mantener la homeostasis proteica (proteostasis). Un desequilibrio del proteoma apropiado para una situación puede producir daños importantes a la célula, incluso su muerte.

Múltiples mecanismos responden a las variaciones del proteoma mediante sistemas regulados. En conjunto, estos mecanismos se conocen como “control de calidad de proteínas” y consisten en un entramado de chaperones moleculares, proteasas y proteínas accesorias que eliminan proteínas dañadas, solubilizan agregados proteicos potencialmente tóxicos o asisten en el plegamiento de polipéptidos.

En ciertas situaciones, el control de calidad de proteínas puede verse sobrecargado. Por eso, en los distintos compartimentos celulares se dispara un programa genético en donde la expresión de los miembros de la red aumenta para contrarrestar el estrés. Este proceso se conoce como respuesta a proteínas desplegadas o UPR (unfolded protein response).

Nuestro grupo estudia las condiciones que gatillan la UPR, como se comunica el estrés al núcleo y que procesos de defensa moleculares se activan en la célula para asegurar su sobrevida. Utilizamos técnicas como proteómica, western blot, transformación vegetal y resonancia magnética nuclear, entre otras. Responsables: Dr. Germán Rosano / Dr. Eduardo Ceccarelli.

Estudio de las relaciones estructura-función de flavoenzimas

Las ferredoxina-NADP+ reductasas (FNR) son proteínas monoméricas, que contienen FAD unido no covalentemente como grupo prostético. Estas flavoenzimas, ampliamente distribuidas, intervienen en la transferencia de electrones de múltiples procesos biológicos importantes. Las FNR catalizan la transferencia reversible de electrones entre el NADP(H) y transportadores mono-electrónicos (ferredoxina o flavodoxina). Se clasifican en FNR tipo planta o mitocondrial. Las FNR tipo planta se dividen a su vez en plastíticas y bacterianas. Estas últimas participan en vías metabólicas apropiadas para el desarrollo de antimicrobianos por no estar presentes en humanos. Así, pueden emplearse para diseñar inhibidores destinados a combatir enfermedades causadas por diferentes patógenos.

Nuestros estudios se dirigen a comprender el mecanismo catalítico de las FNR de plantas y bacterias, los procesos metabólicos relevantes en los que participan y las características estructurales que definen la eficiencia catalítica de estas enzimas. Nos abocamos al análisis estructural y funcional de las FNR y la identificación y caracterización de sus sustratos naturales.

El acercamiento experimental incluye el análisis de enzimas recombinantes salvajes y modificadas por ingeniería de proteínas. Empleamos análisis cinéticos, métodos biofísicos y estructurales, y de modelización. Responsables: Dra. Daniela Catalano Dupuy / Dr. Eduardo Ceccarelli.

Publicaciones Seleccionadas

  • Structural features of the plant N-recognin ClpS1 and sequence determinants in its targets that govern substrate selection. FEBS Lett.;595(11):1525-1541. Journal Cover.  Aguilar Lucero D, Cantoia A, Sánchez-López C, Binolfi A, Mogk A, Ceccarelli EA, Rosano GL. (2021) doi: 10.1002/1873-3468.14081
  • A new catalytic mechanism of bacterial ferredoxin‐NADP+ reductases due to a particular NADP+ binding mode. Protein Science. 30(10):2106-2120. Monchietti, P.; López-Rivero, A.; Ceccarelli, E. A. and Catalano-Dupuy, D. L. (2021) doi: 10.1002/pro.4166.
  • Biochemical characterization of ClpB3, a chloroplastic disaggregase from Arabidopsis thaliana. Plant Mol Biol 104, 451–465. Parcerisa IL, Rosano GL, Ceccarelli EA. 2020 Aug 16. doi: 10.1007/s11103-020-01050-7.
  • A bacterial [4Fe-4S] ferredoxin as redox partner of the plastidic-type ferredoxin-NADP+ reductase from Leptospira interrogans. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-General Subjects. 1863(4): 651-660. López-Rivero, A.; Rossi, A., Ceccarelli, E. A. and Catalano-Dupuy, D. L. (2019) doi: 10.1016/j.bbagen.2019.01.004.
  • New tools for recombinant protein production in Escherichia coli: a 5-year update. Protein Sci 28(8):1412-1422. Journal Cover. Rosano G.L., Morales E.S., Ceccarelli E.A. doi: 10.1002/pro.3668
  • ClpS1 From Arabidopsis thaliana Chloroplasts Recognizes Canonical N-Degrons Of The Bacterial N-End Rule. Plant and Cell Physiology 1;59(3):624-636. Editor’s Choice Paper of the Month/ Journal Cover. Colombo C.V., Rosano G.L., Mogk A., and Ceccarelli E.A. (2018). https://doi.org/10.1093/pcp/pcy016
  • Structural and mutational analysis of the Leptospira interrogans virulence-related heme oxygenase provide insights into its catalytic mechanism. PLoS ONE 12(8): e0182535. Soldano, A., Klinke, S., Otero, L. H., Rivera, M., Catalano-Dupuy, D. L. and Ceccarelli, E. A. (2017) doi:10.1371/journal.pone.0182535).
  • Heme-Iron Utilization by Leptospira interrogans Requires a Heme Oxygenase and a Plastidic-Type Ferredoxin-NADP+ Reductase. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-General Subjects 1840(11): 3208–3217. Soldano, A., Yao, H., Rivera, M., Ceccarelli, E. A. and Catalano-Dupuy, D. L. (2014). doi: 10.1016/j.bbagen.2014.07.021
  • Recombinant protein expression in Escherichia coli: advances and challenges. Front Microbiol 172 (5). Journal cover. Rosano G.L., Ceccarelli E.A. (2014) 10.3389/fmicb.2014.00172
  • Redox Proteins as Targets for Drugs Development against Pathogens. Current Pharmaceutical Design. 19(14): 2594-605. Catalano-Dupuy, D. L., López-Rivero, A., Soldano, A. and Ceccarelli, E. A. (2013). doi: 10.2174/1381612811319140009.

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