Levaduras para entender respuestas celulares
Investigadores dirigidos por Silvia Rossi buscan comprender los mecanismos moleculares que permiten a los organismos adaptarse a los cambios en su ambiente. Para eso utilizan como modelo a una levadura, que les permite generar conceptos más generales o universales sobre estos mecanismos.
La investigación básica en biología molecular es el estudio de los procesos biológicos, sus mecanismos y las moléculas involucradas en ellos, sin tener un fin de aplicación directo. Sin embargo, todo investigador sabe que, para “encontrar la cura de una enfermedad” hay que entender y conocer los procesos celulares normales e identificar sus alteraciones para entonces poder cambiarlos y volver a las condiciones normales. “Tanto el estado normal como el alterado necesitan definición molecular y requieren investigación tanto en el campo de la investigación básica como en el de investigación aplicada”, afirma la Dra. Silvia Rossi, directora de uno de los grupos de Biología Molecular y Transducción de Señales del Departamento de Química Biológica.
El trabajo del grupo intenta ahondar en el conocimiento de los mecanismos moleculares asociados con la tendencia de los organismos a adaptarse a las nuevas condiciones y a mantener el equilibrio a pesar de los cambios; y para eso utilizan la levadura Saccharomyces cerevisiae, modelo sumamente útil porque resulta fácil para manipularlo y realizar abordajes genético-moleculares. “Trabajar con modelos diferentes a mamíferos permite generar conceptos más generales o universales sobre estos mecanismos”, dice Rossi.
En el laboratorio trabajan tres grupos con líneas de trabajo independientes, pero que comparten el tema central de investigación que es la proteína quinasa dependiente de cAMP. La molécula cAMP (AMP cíclico) es una molécula del citoplasma de las llamadas segundos mensajeros que interviene en la transducción de señales, es decir, en la respuesta que elabora la célula como forma de adaptación a los cambios en su ambiente; y la proteína quinasa A (PKA) dependiente de cAMP es una de las enzimas que se activan o inhiben en respuesta a las variaciones de los segundos mensajeros permitiendo la transmisión de señales.
Una quinasa es una enzima que agrega un grupo fosfato (o fosforila) a proteínas en secuencias determinadas para modificar su actividad, estabilidad o localización. “Para sobrevivir a los cambios del ambiente, la célula ha desarrollado mecanismos para sensar los estímulos externos y convertirlos en una respuesta celular apropiada, a través de caminos de transducción de señales que permiten comunicar un sensor localizado en la superficie celular con la maquinaria transcripcional localizada en el núcleo”, explica Rossi. “Distintos estímulos inducen la síntesis de muchas moléculas de cAMP, cada una de las cuales activa moléculas de PKA, que fosforilan sustratos específicos para regular su actividad”. De esta forma las señales externas se transmiten rápida y precisamente, amplificando la respuesta biológica. “Dado que la célula puede estar expuesta a varios estímulos, incluso simultáneamente, y cada uno debe desencadenar una respuesta adecuada, es importante mantener la fidelidad de cada circuito para lograr esa respuesta”, sigue desgranando Rossi la compleja explicación. La PKA selecciona entonces qué molécula va a fosforilar en respuesta a cada tipo de estímulo. “La célula ha desarrollado varias estrategias para lograr la especificidad en la respuesta: una es la compartimentalización (ubicación en determinado compartimento dentro de la célula) de la PKA y de los sustratos; otra es el reconocimiento específico de distintos sustratos y, finalmente, la regulación de la expresión de cada una de las subunidades de la enzima”, explica Rossi.
“La vía cAMP-PKA en levaduras está involucrada en numerosos procesos celulares como el sensado de nutrientes, proliferación celular, y respuesta a estrés”, comenta Rossi y aclara que uno de los objetivos específicos de su trabajo es identificar proteínas, denominadas AKAPs, que permiten el anclaje de la PKA a ciertos compartimentos celulares y, por lo tanto, la fosforilación de los sustratos próximos a ella.
Si bien han sido descriptas AKAPs en organismos como mamíferos, no se habían definido hasta el momento en levaduras. Rossi y su equipo han encontrado proteínas que permiten cumplir el rol de AKAPs en levaduras pero estructuralmente diferentes a las de mamíferos. Además han revelado la “sintonía fina” de la especificidad, describiendo que los mismos sustratos de la quinasa participan en el mecanismo de activación de la enzima en forma diferente según su secuencia blanco de fosforilación.
Por otro lado, en colaboración con un grupo de investigación de la Universidad de Calgary (Canadá), están desarrollando un proyecto de genómica funcional que, mediante robótica y el uso de una biblioteca de levaduras mutantes, permite hacer una búsqueda de los factores de transcripción involucrados en la expresión de un gen, en este caso, de los que codifican para las subunidades de PKA, en diferentes condiciones de crecimiento frente a distintos estímulos. “Con esto esperamos tener una idea de cómo y cuándo se expresan las subunidades que forman a la PKA, dónde se ubica dentro de la célula, cómo fosforila los sustratos y cómo se regula, entonces, una determinada función celular en respuesta a una señal extracelular”, concluye Rossi.
Laboratorio de Biología Molecular-Transducción de señales
4to. piso, Pabellón II, 4576-3342, interno 205.
Dirección: Silvia Rossi
Tesistas de doctorado: Fiorella Galello, Constanza Pautasso, Lucas Fernadez Nuñez, Nicolas Bardeci
Becaria posdoctoral: Josefina Ocampo
