Bioquímica Vegetal y Biología Molecular

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Estudio de la influencia de las isoformas de NUMB en la regulación de rutas de señalización implicadas en cáncer
(2024-11-08) Ortega Campos, Sara M.; García Heredia, José Manuel; Carnero Moya, Amancio; Universidad de Sevilla. Departamento de Bioquímica Vegetal y Biología Molecular
El gen NUMB ha sido tradicionalmente considerado un gen supresor de tumores en muchos tipos de cáncer. Sin embargo, varios autores han propuesto que también podría comportarse como un oncogén. El ARNm de este gen sufre un procesamiento o splicing alternativo por el que se forman 4 isoformas mediante la inclusión y/o exclusión de los exones 3 y 9: p72, p71, p66, p65. La variabilidad de su comportamiento, bien como oncogén o bien como supresor tumoral, podría deberse a la diferente expresión de sus isoformas. En esta tesis, en primer lugar, se realizó un análisis bioinformático utilizando diversas bases de datos públicas, donde se pudo comprobar que NUMB sufre un cambio en el patrón de expresión de las isoformas entre tejido sano y tumor. Las isoformas p72/p71 se expresan en mayor medida en tumores, mientras que las isoformas p66/p65 se expresan en mayor medida en tejido sano. Además, nuestro análisis de bases de datos sugería que las isoformas de NUMB podrían regular de forma diferencial las rutas de Notch, Hedgehog y WNT/?-catenina, actuando p72/p71 como inhibidoras de las tres rutas y p66/p65 como activadoras. La línea T47D expresaba en mayor medida las isoformas p72/p71, mientras que la línea MDA-MB-231 expresaba en mayor medida p66/p65. En cuanto a la regulación de las rutas celulares, tanto en el estudio de las líneas parentales como en los modelos CRISPR, se observó que las isoformas p72/p71 actuaban como inhibidoras de las rutas de Notch y WNT/?-catenina, cumpliéndose, en general, las predicciones bioinformáticas. En el ensayo de sobreexpresión, se consiguió aumentar notablemente la expresión de p65, pero no tanto la de p72. Es por ello por lo que, con p65 se cumplieron las predicciones, pero no se observaron cambios con p72. El estudio in silico de modelos PDX sugirió de nuevo el papel de las isoformas p72/p71 como inhibidoras de la ruta de WNT/?-catenina y de la ruta de Notch y de p66/p65 como activadoras de ambas rutas. Dado que no se encontró una regulación diferencial de la ruta de Hedgehog por parte de las isoformas, se propuso que el principal mecanismo regulatorio de las isoformas de NUMB podría ser sobre la ruta de WNT/?-catenina. La reducción de la expresión de cualquier isoforma de NUMB generó un fenotipo con mayor formación de clones (en concreto holoclones) y de tumoresferas, en comparación con el parental. Además, el gen SOX9 podría ser responsables del fenotipo de célula madre del cáncer obtenido, ya que los demás genes implicados se expresaban en menor medida en los CRISPR. Sin embargo, sí se encontró un fenotipo opuesto en cuanto a las propiedades de migración/invasión. En el modelo CRISPR se observó cómo la reducción de las isoformas p72/p71 en la línea T47D produjo un fenotipo mesenquimal y aumento de la expresión de los genes VIM, SNAI1 y TWIST1, mientras que la de CDH1 se redujo. El fenotipo contrario se obtuvo con la reducción de los niveles de p66/p65 en la línea MDA-MB-231, generándose un fenotipo epitelial por la disminución de la expresión de los genes VIM, SNAI1 y TWIST1 y el aumento de CDH1. Por ello, las isoformas p72/p71 podrían relacionarse con la transición mesénquima-epitelio (MET) y p66/p65 con transición epitelio-mesénquima (EMT). En el estudio in silico de los PDXs se relacionó la expresión de p72/p71 con una mayor velocidad de crecimiento tumoral, al contrario que p66/p65, que se asoció con un crecimiento tumoral más lento. Las isoformas de NUMB parecen tener un papel diferencial en la resistencia a fármacos quimioterápicos. Tanto en los ensayos con los parentales como en los CRISPRs, se comprobó que las isoformas p72/p71 se relacionarían con una mayor resistencia al tratamiento con docetaxel y gemcitabina, mientras que la mayor expresión de p66/p65 hace a estas células más sensibles al tratamiento con dichos fármacos. Por último, NUMB es capaz de interaccionar con una gran variedad de proteínas.
Función del sistema redox NTRC-2-Cys peroxirredoxinas en fases tempranas del desarrollo vegetal en Arabidopsis thaliana
(2024-07-24) Gallardo Martínez, Antonia María; Cejudo Fernández, Francisco Javier; Pérez Ruiz, Juan Manuel; Universidad de Sevilla. Departamento de Bioquímica Vegetal y Biología Molecular
Las plantas son organismos sésiles que necesitan adaptar su metabolismo a condiciones ambientales cambiantes e impredecibles en la naturaleza. En cloroplastos de las hojas adultas, la regulación redox basada en el intercambio disulfuro-ditiol desempeña un papel clave en la rápida aclimatación del rendimiento fotosintético a los cambios ambientales. Los cloroplastos albergan dos sistemas de regulación redox. El sistema clásico depende de la ferredoxina (Fd) reducida fotosintéticamente, que transfiere equivalentes reductores a las tiorredoxinas (TRXs) a través de la actividad de una TRX reductasa dependiente de Fd (FTR), por lo que el sistema Fd-FTR-TRX vincula la regulación redox del cloroplasto a la luz. Además, estos orgánulos están equipados con una tiorredoxina reductasa dependiente de NADPH, denominada NTRC, que permite el uso de NADPH para la regulación redox. NTRC es un reductor eficiente de las 2-Cys peroxirredoxinas (PRXs), peroxidasas tiol-dependientes que controlan el estado redox de las TRXs del cloroplasto, ajustando así el rendimiento fotosintético del orgánulo en respuesta a los cambios en la intensidad de la luz y a la oscuridad. En consonancia con esta importante función, el mutante ntrc de Arabidopsis (Arabidopsis thaliana), que carece de NTRC, muestra un rendimiento fotosintético gravemente alterado e inhibición del crecimiento, mientras que el mutante 2cpab, que carece de las dos 2-Cys PRXs, A y B, presentes en los cloroplastos de Arabidopsis, muestra inhibición del crecimiento y sensibilidad al estrés lumínico elevado. Sorprendentemente, el fenotipo más grave del mutante 2cpab se observó en fases tempranas del desarrollo de la planta, ya que mostró defectos en la producción de semillas y en el desarrollo de cotiledones en la fase post-germinativa. Estos defectos de desarrollo sugieren funciones relevantes de los sistemas redox plastidiales en etapas tempranas del desarrollo de la planta, que hasta ahora no se conocen bien. Por lo tanto, para abordar la función de los sistemas redox plastidiales en el desarrollo temprano de la planta, en esta tesis doctoral nos planteamos el objetivo general de analizar las funciones de NTRC y 2-Cys PRXs en el desarrollo de la semilla y el crecimiento temprano de la plántula, mediante una combinación de enfoques genéticos, bioquímicos y fisiológicos. En primer lugar, se generaron plantas transgénicas de Arabidopsis que expresaban, bajo el control de sus respectivos promotores, NTRC, 2-Cys PRX A o 2-Cys PRX B marcadas con GFP, lo que permitió establecer el patrón de expresión de estos genes durante el desarrollo de las semillas mediante microscopía confocal. NTRC y 2-Cys PRXs A y B se detectaron en embriones en desarrollo en el estadio de Corazón y Globular, respectivamente, aumentando su contenido en estadios posteriores, coincidiendo con la diferenciación de los cloroplastos en los embriones. Asimismo, la mayoría de los embriones aberrantes del mutante 2cpab detuvieron su desarrollo en los estadios Corazón y Torpedo, lo que indica la función esencial de las 2-Cys PRXs en la embriogénesis. Esta función es independiente de NTRC ya que ni la sobreexpresión ni la falta de NTRC tienen efecto alguno en el desarrollo embrionario, en claro contraste con la función de estos sistemas reguladores redox en los cloroplastos de plantas adultas. Además, analizamos la función de las 2-Cys PRXs durante la etapa post-germinativa. El crecimiento de plántulas 2cpab en presencia de azúcares metabolizables, como la sacarosa, incrementa la presencia de plántulas con cotiledones albinos y asimétricos/variegados, que contienen plastidios con alteraciones ultraestructurales. Este fenotipo fue similar al mostrado por la sobreexpresión de NTRC en plantas con niveles WT de 2-Cys PRXs, mientras que la falta de NTRC no tuvo ningún efecto, sugiriendo así que la diferenciación alterada del cloroplasto se produce cuando el orgánulo sufre una sobre-reducción. Curiosamente, tanto las plántulas albinas como las asimétricas/variegadas generaron hojas verdaderas verdes, lo que indica que las 2-Cys PRXs tienen un papel esencial específicamente en la diferenciación de cloroplastos a partir de proplastidios embrionarios, y no en los originados a partir de células meristemáticas. En consonancia con estos resultados, las plántulas del mutante 2cpab mostraron un retraso en la transición de la escotomorfogénesis (etiolación) a la fotomorfogénesis (des-etiolación), lo que confirma la contribución de las 2-Cys PRXs a la biogénesis de los cloroplastos. En las plántulas des-etioladas, las chaperonas del cloroplasto cpHSP70 y DUF179-1 (interactor de CLPC1) se identificaron como interactores de las 2-Cys PRXs, lo que sugiere que la función de estas enzimas en la biogénesis del cloroplasto está relacionada con el importe, procesamiento y plegamiento de proteínas en el orgánulo. Dado que 2-Cys PRXs comparte estas dianas con GUN1, una proteína que media la señalización retrógrada cloroplasto-núcleo, investigamos la relación funcional de 2-Cys PRXs y GUN1 mediante la generación del mutante triple 2cpab-gun1 (knock-out para 2-Cys PRXs y GUN1). Las deficiencias combinadas de 2-Cys PRXs y GUN1 causaron defectos aditivos en el desarrollo temprano y adulto de la planta, sugiriendo la acción concertada de ambas proteínas en la proteostasis del cloroplasto.
Molecular insights into the regulation of the oncoprotein SET/TAF-Iß by extramitochondrial cytochrome c
(2024-07-10) Casado Combreras, Miguel Ángel; Rosa Acosta, Miguel Ángel de la; Díaz Moreno, Irene; Universidad de Sevilla. Departamento de Bioquímica Vegetal y Biología Molecular
La regulación adecuada de las respuestas celulares al estrés es fundamental para mantener la homeostasis y evitar la proliferación celular descontrolada. Entre los agentes de estrés, los estímulos genotóxicos pueden comprometer procesos celulares esenciales, tales como la replicación o la transcripción del ADN. Por lo tanto, una reparación adecuada del ADN es fundamental para evitar mutaciones o aberraciones en el genoma que puedan amenazar la viabilidad celular, provocar neoplasias o enfermedades genéticas. Los mecanismos de respuesta al daño del ADN implican una compleja red de proteínas que señalizan, ejecutan y/o regulan la reparación del ADN o la entrada de la célula en apoptosis. El citocromo c respiratorio es un ejemplo de proteína multifuncional que actúa en el mantenimiento de la homeostasis energética en la mitocondria, pero que también participa en respuestas al estrés en los principales compartimentos celulares, como son el citoplasma y el núcleo. Se ha demostrado que la translocación del citocromo c al núcleo bajo estrés genotóxico conlleva su interacción con numerosas proteínas nucleares implicadas en la reparación del ADN y la supervivencia celular. La presente Tesis Doctoral se centra en la interacción entre el citocromo c y SET/TAF-I?, una oncoproteína predominantemente nuclear que desempeña un papel clave tanto en la remodelación de la cromatina como en la respuesta al daño en el ADN, entre otros procesos celulares relacionados con la supervivencia celular. El trabajo desarrollado profundiza en los mecanismos moleculares que subyacen al reconocimiento entre ambas proteínas y cómo modulan la función de SET/TAF-I?.
Efecto sobre la recombinación homóloga de la distribución de las histonas parentales y la localización de los obstáculos de replicación en las cadenas nacientes
(2024-06-24) González Garrido, Cristina; Prado Velasco, José Félix; Universidad de Sevilla. Departamento de Bioquímica Vegetal y Biología Molecular
El proceso de replicación del ADN se ve constantemente amenazado tanto por agentes genotóxicos como factores intracelulares que dificultan el avance y estabilidad de las horquillas de replicación. Estos bloqueos pueden dar lugar a inestabilidad genómica, la cual está asociada a enfermedades genéticas y cáncer. La célula dispone de mecanismos que ayudan a las horquillas a sintetizar el ADN a través de estos obstáculos, y a rellenar los huecos de ADN de cadena sencilla (ssDNA) generados durante este proceso. Estos mecanismos son la recombinación homologa (HR) y la síntesis translesion (TLS). Por otro lado, el avance y la estabilidad de las horquillas de replicación está acoplado al ensamblaje en cromatina del ADN naciente, el cual ocurre mediante la deposición tanto de histonas parentales como sintetizadas de novo. En este trabajo, hemos abordado la relevancia del reciclaje de histonas parentales en esta respuesta de tolerancia a daños replicativos en el ADN. Mostramos que mutantes en la deposición de histonas parentales están afectados en la reparación recombinacional de los fragmentos de ssDNA. A nivel molecular, demostramos que estos defectos de recombinación no se deben a un déficit global de deposición de histonas parentales, sino a un desequilibrio en la distribución de histonas parentales y de novo entre las cadenas nacientes. Específicamente, hemos observado que un exceso de nucleosomas parentales en la cadena invadida durante la recombinación desestabiliza los intermediarios recombinogénicos mediante un mecanismo dependiente de la helicasa Srs2. Como consecuencia de estos defectos, la viabilidad de estos mutantes depende de la vía mutagénica de TLS. Estas conclusiones se han validado con un ensayo genético de HR basado en CRISPR/dCas9 que permite por primera vez analizar las consecuencias de un bloqueo en la replicación dependiendo de que el obstáculo esté en la cadena retrasada o adelantada. En conclusión, hemos demostrado que la distribución de las histonas parentales y la localización de los obstáculos replicativos en las cadenas nacientes regulan la HR y la respuesta mutagénica, factores determinantes en el mantenimiento de la integridad genómica.
Implicación de la homeostasis redox del cloroplasto en la respuesta de las plantas a estrés abiótico
(2024-06-20) Casatejada Pérez, María Azahara; Cejudo Fernández, Francisco Javier; Pérez Ruiz, Juan Manuel; Universidad de Sevilla. Departamento de Bioquímica Vegetal y Biología Molecular
La regulación redox basada en intercambio ditiol-disulfuro es un mecanismo regulatorio en el que la actividad disulfuro reductasa de las tiorredoxinas (TRXs) desempeña un papel central. Los cloroplastos de plantas poseen más de 20 isoformas de TRXs y proteínas TRX-like, que utilizan el poder reductor en forma de ferredoxina reducida (Fdred) fotosintéticamente gracias a la acción de la Fd-TRX reductasa (FTR). Además, los cloroplastos contienen el sistema TRX reductasa dependiente de NADPH, denominado NTRC, que emplea NADPH para reducir proteínas diana del cloroplasto. Se ha demostrado que ambos sistemas, FTR/TRX y NTRC, son esenciales para el funcionamiento correcto de los cloroplastos en respuesta a cambios en la intensidad de la luz. Previamente se ha descrito que NTRC es la principal reguladora de la 2-Cys peroxiredoxina (2-Cys PRX), una peroxidasa tiol-dependiente que reduce el peróxido de hidrógeno hasta agua. El sistema NTRC-2-Cys PRX tiene un papel esencial en el mantenimiento de la homeostasis redox del cloroplasto, manteniendo a sus dianas reducidas y activas durante el día y oxidadas e inactivas en oscuridad. En esta tesis doctoral se han llevado a cabo una serie de aproximaciones genéticas, fisiológicas y bioquímicas, para establecer la contribución de sistemas redox alternativos del cloroplasto, como las glutatión peroxidasas (GPXs) y representantes de la familia de TRXs atípicas ricas en residuos de cisteína e histidina (ACHTs) y TRX-like 2 (TRX L2), a la compleja maquinaria de regulación redox del orgánulo en respuesta a condiciones ambientales como la intensidad lumínica y la oscuridad. Los resultados de este trabajo permiten concluir que las GPXs actúan junto a las 2-Cys PRXs de forma concertada en el control de la homeostasis redox del cloroplasto, si bien las 2-Cys PRXs tienen una contribución más relevante. Mediante la generación y el estudio de mutantes múltiples de Arabidopsis que combinan las deficiencias de NTRC y GPXs cloroplastídicas, hemos establecido que la contribución de las GPXs a la regulación redox del orgánulo es independiente de NTRC. El hecho de que las TRXs de tipo y sean las reductoras más eficientes de las GPXs del cloroplasto indica que su contribución a la regulación redox del orgánulo es dependiente de TRXs y. Por otro lado, el estudio de mutantes que combinan la ausencia de las TRXs atípicas ACHT3, ACHT4 y TRX L2.2 permitió determinar que estas TRXs son prescindibles para el crecimiento de la planta. Mutantes que combinan la ausencia de estas TRXs con 2-Cys PRX y NTRC permitieron establecer que ACHT3, ACHT4 y TRX L2.2 participan en la oxidación de las proteínas diana durante la noche, cediendo en última instancia el poder reductor a las 2-Cys PRXs. El hecho de que las GPXs y las TRXs atípicas analizadas en este trabajo afecten levemente a la eficiencia de la fotosíntesis y la regulación redox del cloroplasto, pero no al crecimiento de la planta, sugiere que la eficiencia de la fotosíntesis depende de la contribución de múltiples sistemas redox con funciones en cierto modo redundantes, lo cual podría suponer una ventaja adaptativa para enfrentar los continuos cambios de las condiciones medioambientales a los que las plantas se enfrentan en la naturaleza.
Multi-omics characterization of the responses to seasonal variations in diel cycles in the marine picoeukaryote ostreococcus tauri
(2024-03-08) Romero Losada, Ana Belén; García González, Mercedes; Romero Campero, Francisco José; Universidad de Sevilla. Departamento de Bioquímica Vegetal y Biología Molecular; Universidad de Sevilla. Departamento de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial
Earth tilted rotation and translation around the Sun produce one of the most pervasive periodic environmental signals on our planet giving rise to seasonal variations in diel cycles. Marine phytoplankton undergo significant alterations in response to these signals and, although it plays a key role on ecosystems, their response to these rhythms remains largely unexplored. In this work, the marine picoalga Ostreococcus tauri is chosen as model organism grown under summer long days, winter short days, constant light and constant dark conditions to characterize these responses. The 80 % of its transcriptome present diel rhythmicity and genes with robust self-sustained rhythmic expression profiles are identified. A drastic reduction in proteome rhythmicity with respect to transcriptome rhythmicity is observed with 25 % of the proteins oscillating. Seasonally specific rhythms are found in key physiological processes such as cell cycle, photosynthesis, carotenoid biosynthesis, starch accumulation and nitrate assimilation. A global orchestration between transcriptome, proteome and physiological dynamics is observed with specific seasonal temporal offsets between gene expression, protein abundance levels and physiological activity.
Señalización intracelular en plantas mediada por sulfuro a través de la persulfuración de proteínas
(2024-02-16) Jurado Flores, Ana; Gotor Martínez, Cecilia; Romero González, Luis Carlos; Universidad de Sevilla. Departamento de Bioquímica Vegetal y Biología Molecular
La función señalizadora del H₂S en la regulación de procesos fisio/patológicos está bien establecida en sistemas animales, de manera similar a otras moléculas señalizadoras. En plantas se han identificado diversos procesos en los que el H₂S actúa como regulador de la función de las proteínas mediante la persulfuración de sus residuos de cisteína. Sin embargo, para comprender la diversidad funcional de este gasotransmisor en las plantas, deben estudiarse en profundidad otros procesos y rutas metabólicas que están reguladas por el sulfuro, como son las respuestas de adaptación de las plantas a condiciones adversas. En esta Tesis se ha estudiado la señalización del H₂S mediante la persulfuración de proteínas específicas en las respuestas a estrés nutricional por déficit de nitrógeno, déficit de carbono, así como en condiciones de estrés abiótico por sequía. Para llevar a cabo la identificación y cuantificación de proteínas persulfuradas se usaron dos métodos quimioselectivos con son el tag-switch y el método dimedone-switch. En el primer trabajo, se llevó a cabo un análisis proteómico cuantitativo sin marcaje utilizando el método tag-switch para el enriquecimiento de proteínas persulfuradas presentes en raíces de Arabidopsis thaliana sometidas a estrés nutricional por déficit de N. En este trabajo, las proteínas identificadas susceptibles de ser persulfuradas representaban casi el 13% de todo el proteoma anotado de Arabidopsis. El análisis bioinformático reveló que las proteínas persulfuradas estaban implicadas en importantes procesos como el metabolismo primario, respuesta a estrés de plantas, crecimiento y desarrollo, traducción del ARN y la degradación de proteínas dependiente de ubiquitina y en la autofagia. En un segundo estudio, se investigó la regulación de la persulfuración de proteínas en hojas de Arabidopsis thaliana en diferentes condiciones de crecimiento, como el régimen lúminico y la privación de carbono, realizándose también un estudio proteómico cuantitativo libre de marcaje y el método de tag-switch. Las proteínas que estaban más persulfuradas en la oscuridad presentaron un enriquecimiento significativo en funciones y vías relacionadas con el plegamiento y procesamiento de proteínas en el retículo endoplásmico mientras que, en condiciones de luz, se obtuvo un perfil de persulfuración diferente, siendo, en este caso, la vía de degradación de proteínas del proteasoma, dependiente e independiente de la ubiquitina, el proceso biológico más representado. Por último, también se analizó el papel del H₂S en la regulación de las respuestas de la planta al estrés por sequía, con especial atención a la persulfuración de proteínas. Nuestros resultados ponen de relieve el papel del H₂S como promotor de una mayor tolerancia a la sequía, permitiendo a las plantas responder de manera más rápida y eficiente. Además, se destaca que en condiciones de estrés por sequía el papel principal de la persulfuración de proteínas es la disminución de la acumulación de especies reactivas de oxígeno y el equilibrio de la homeostasis redox. En conclusión, hemos demostrado la función de H₂S, a través del mecanismo de persulfuración de proteínas, en las respuestas específicas de las plantas a situaciones de estrés por limitación nutricional, y en condiciones de sequía. Nuestros datos indican que el H₂S desempeña una función esencial en la supervivencia de la planta en condiciones nutricionales y medioambientales adversas mediante la regulación de numerosos procesos intracelulares.
Mechanistic insights into the post-translational regulation of RNA-binding proteins in cell life and disease
(2024-02-01) Velázquez Cruz, Alejandro; Díaz Moreno, Irene; Rosa Acosta, Miguel Ángel de la; Universidad de Sevilla. Departamento de Bioquímica Vegetal y Biología Molecular
Cell signaling networks modulate gene expression in response to internal and external stimuli. Rapid cellular adaptation to changing physiological and environmental conditions requires a strict control of the mRNA metabolism. The RNA-binding proteins (RBPs) are posttranscriptional gene regulators that determine the fate of mRNAs at each stage of their life cycle. Generally, the dynamic composition and properties of each cellular compartment exert an important influence on the function of the RBPs. But more specifically, RBP activities are tightly fine-tuned by a diverse array of post-translational modifications (PTMs) that govern protein stability, turnover, subcellular localization and interactions. Here, we have investigated the changes in liquid-liquid phase separation (LLPS) propensity and nucleo-cytoplasmic distribution of T-cell intracellular antigen 1 (TIA-1), a well-known RBP, upon phosphorylation at serines 198 and 199. For this, we resorted to a multidisciplinary approach that combined biochemical and computational methods, as well as the use of phosphomimetic mutations of serine to either aspartate or glutamate. Results uncovered a potential allosteric regulatory pathway for TIA-1 LLPS, by which S198/199 phosphorylation in RNA-recognition motif 3 (RRM3) would induce conformational rearrangements in the prion-related domain (PRD) that promotes stress granules (SGs) formation. Moreover, the same double phosphorylation would also increase TIA-1 cytoplasmic accumulation by impairing its association with target RNAs, presumably due to the reduced capacity of nuclear transcripts to retain this protein. Interestingly, although both aspartate and glutamate substitutions at S198/199 led to similar TIA-1 nucleo-cytoplasmic distributions, only the latter were capable of instigating LLPS and SGs formation, highlighting the importance of testing computationally and/or experimentally different alternatives to mimic phosphorylation. In addition, we have extended our knowledge on the molecular basis underlying the Zn2+-mediated LLPS of TIA-1 by studying the role of its RRM domains. We discovered that the Zn2+-chelating ability of histidines 94 and 96 of RRM2 facilitates the multimerization of TIA-1 in a PRD-independent manner. In sum, we propose herein novel mechanisms regulating TIA-1 subcellular localization, LLPS and recruitment into SGs.
Novel insights into the mechanism of electron transfer in mitochondrial cytochrome c and its regulation by post-translational modifications
(2023-06-30) Pérez Mejías, Gonzalo; Díaz Moreno, Irene; Rosa Acosta, Miguel Ángel de la; Universidad de Sevilla. Departamento de Bioquímica Vegetal y Biología Molecular
Las células que componen nuestro cuerpo obtienen la mayor parte de la energía que necesitan para vivir, de los alimentos que ingerimos y del aire que respiramos, gracias a unos orgánulos especializados, denominados mitocondrias. Las mitocondrias se consideran coloquialmente las centrales eléctricas de las células, donde los electrones de los alimentos ricos en energía se transfieren al oxígeno molecular, que sirve de sumidero. La energía liberada en este proceso se almacena en forma de adenosina 5'-trifosfato (ATP) para su posterior utilización en el metabolismo celular. Por ello, el correcto funcionamiento mitocondrial es esencial para el mantenimiento de la salud, siendo de hecho la causa de múltiples trastornos conocidos como enfermedades mitocondriales. La transferencia mitocondrial de electrones desde cofactores altamente reducidos al oxígeno molecular tiene lugar de forma secuencial y ordenada, gracias a una cadena de moléculas especializadas, conocida como cadena de transporte de electrones, que sirven como transportadores y permiten la producción de ATP con alta eficiencia en un proceso denominado fosforilación oxidativa. El objetivo de esta tesis es comprender los mecanismos íntimos del acoplamiento de la transferencia de electrones y la energía en las mitocondrias combinando enfoques bioquímicos, computacionales y biofísicos. En concreto, se han explorado los detalles estructurales y biofísicos de la transferencia electrónica en el complejo transitorio mitocondrial formado por las proteínas citocromo c1 y citocromo c, y cómo las modificaciones post-traducción afectan a la función mitocondrial del citocromo c. Además, la investigación ha puesto de relieve la utilidad de las simulaciones de dinámica molecular como herramienta de decisión para diseñar variantes miméticas de modificaciones post-traducción.
Regulation of cell size and cell division in the filamentous cyanobacterium Anabaena: a paradigm of bacterial multicellularity
(2023-07-19) Velázquez Suárez, Cristina; Herrero Moreno, Antonia; Luque Romero, Ignacio; Universidad de Sevilla. Departamento de Bioquímica Vegetal y Biología Molecular
La forma y el tamaño celular son caracteres codificados en el genoma bacteriano y, por tanto, hereditarios. En cada especie bacteriana, estos rasgos son constantes, aunque pueden sufrir modificaciones a lo largo del ciclo celular o bajo ciertas condiciones ambientales. En bacterias, la forma celular es crucial para la interacción con el medio ambiente y, como tal, un carácter seleccionado evolutivamente. La pared celular de peptidoglicano (PG) que rodea a las células bacterianas es la estructura que determina su morfología. En bacterias con morfología bacilar, la síntesis de PG se lleva a cabo por dos complejos enzimáticos conocidos como el elongasoma y el divisoma, que permiten respectivamente el crecimiento y la división celular. Estos procesos se han caracterizado, sobre todo, en bacterias unicelulares. Sin embargo, en bacterias multicelulares la información disponible acerca de la síntesis de PG es escasa. En este trabajo se ha estudiado el efecto de algunas condiciones ambientales en la morfología y el tamaño celular, así como en la longitud de los filamentos de Anabaena sp. PCC 7120, un modelo paradigmático de multicelularidad bacteriana. Esta cianobacteria crece como filamentos uniseriados en los cuales cada célula se comunica con las células adyacentes mediante unas estructuras proteicas llamadas septal junctions. Las características peculiares de su envuelta celular, incluyendo la presencia de una membrana externa que alberga a todas las células del filamento y un periplasma continuo, que alberga un sáculo de PG también continuo, hacen de Anabaena un modelo atractivo para el estudio de la síntesis del PG. Además, en ausencia de compuestos nitrogenados, algunas células del filamento de Anabaena pueden diferenciarse en células especializadas en la fijación del nitrógeno atmosférico, llamadas heterocistos, que presentan una morfología distintiva y unas características peculiares en su pared celular. Los resultados de este trabajo han mostrado que la fuente de nitrógeno y de carbono, así como las distintas fases del ciclo celular, impactan tanto en la forma y el tamaño de las células como en el número de células que componen el filamento. Al igual que sucede en las bacterias unicelulares, Anabaena muestra síntesis de PG lateral y divisional y, además, una síntesis permanente en los septos intercelulares que no se ha observado en otras estirpes bacterianas. Por otro lado, este trabajo ha desvelado que, además de su función en la síntesis de PG periférico, los factores Mre del elongasoma tienen un papel adicional en el correcto posicionamiento del divisoma, así como en la diferenciación de la pared celular de los heterocistos. También, estos estudios han revelado un papel del divisoma en la síntesis periférica de PG que se requiere para el alargamiento de las células. En resumen, este trabajo ha puesto de manifiesto la influencia de las condiciones ambientales en la morfología de Anabaena, su peculiar patrón de crecimiento de PG y el papel de las proteínas Mre en la elongación celular, la división y la diferenciación de heterocistos.
Avances en la producción de metabolitos secundarios de interés farmacológico a partir de material vegetal de Stevia rebaudiana, Bert
(2022-12-19) Vilariño Rodríguez, Susana; Cantos Barragán, Manuel; García Fernández, José Luis; Universidad de Sevilla. Departamento de Bioquímica Vegetal y Biología Molecular
Hasta ahora las plantas de estevia se han empleado fundamentalmente para la obtención de edulcorantes bajos en calorías, aunque es conocida su capacidad para producir compuestos de interés en farmacología. Para optimizar la producción de dichos compuestos los ensayos acometidos en esta Tesis permiten afirmar que la combinación mas idónea para la micropropagación a partir de yemas de las variedades de estevia Criolla y Morita III es Criolla utilizando medio de cultivo de Murashige Skoog solidificado con agar sin encontrar efecto negativo alguno para el estado fisiológico y nutricional de las plántulas obtenidas de ambas variedades, siendo ésta la primera investigación que proporciona una gama de macro y micronutrientes en hojas de estevia. Respecto a la callogénesis se obtienen porcentajes de formación de callo cercanos al 100% siendo los de mejor calidad los desarrollados en condiciones de oscuridad y en medio de cultivo Murashige Skoog con adición de ácido naftil acético y kinetina. La presencia de los elicitores ácido salicílico y metil jasmonato en cultivos, tanto de plantas como de callos y células, multiplica por varias decenas de veces, respecto al control sin elicitores, la liberación al medio de una amplia gama de metabolitos secundarios. Se obtienen ácidos clorogénicos con propiedades antimicrobianas (ácidos 3 cafeoilquínico o p-cumárico), potenciadoras del sistema inmunológico (derivados de los ácidos clorogénicos o ácido ferúlico), antidepresivas (Kaempferol), contra enfermedades derivadas de disfunciones pancreáticas y hepáticas (ácido 3 cafeoilquínico) y en todos los casos con alta efectividad contra una amplia gama de cánceres.
Síntesis de nuevos nanovectores para el diagnóstico y tratamiento del cáncer de próstata
(2022-10-27) Rosales Barrios, Christian; Khiar El Wahabi, Noureddine; Universidad de Sevilla. Departamento de Bioquímica Vegetal y Biología Molecular
El término cáncer engloba una serie de enfermedades cuya característica común es el desarrollo de células anómalas que se dividen, crecen y se diseminan sin control por el cuerpo como consecuencia de daños en el material genético y/o en mecanismo de regulación celular esenciales. Entre los cánceres con mayor incidencia se encuentra el de próstata, el cual es el segundo más frecuente entre los hombres a nivel mundial y el sexto en cuanto a mortalidad se refiere. Actualmente, tanto su diagnóstico como su tratamiento presentan una serie de limitaciones. Su diagnóstico, a través del uso de biomarcadores o análisis de biopsias del tejido prostático, lleva a un alto número de subestimaciones y sobrediagnósticos dada su limitada especificidad y sensibilidad. Por su parte, su tratamiento, a través de cirugía, radioterapia, terapia hormonal o quimioterapia, dependiendo del estadio de la enfermedad, acarrea un gran número de efectos secundarios que merman de manera considerable la calidad de vida del paciente. Por tanto, se demanda el desarrollo y puesta en marcha de enfoques personalizados, dejando a un lado el enfoque único y general de la medicina tradicional. Una de las aproximaciones más exitosas para superar estos problemas, y en la que se enmarca el presente trabajo, ha sido el empleo de la nanomedicina y, más concretamente, el uso de nanopartículas para la entrega inteligente de agentes de diagnóstico y quimioterapéuticos (agentes teragnósticos) a una diana concreta sobreexpresada, en este caso, en células cancerosas de próstata. En la presente Tesis Doctoral se han desarrollado varias aproximaciones sintéticas de tipo bottom-up capaces de generar de manera eficiente nanosistemas orgánicos funcionales y bioactivos de diferentes tamaños y topologías (micelas, liposomas y nanotubos de carbono funcionalizados), que exponen en su superficie un inhibidor de alta afinidad del Antígeno de Membrana Específico de Próstata (PSMA), diana sobreexpresada en cáncer de próstata. Los nanosistemas obtenidos han mostrado importantes actividades como sistemas de transporte activo de agentes para el diagnóstico y tratamiento del cáncer de próstata, como biosensores duales y como potenciales materiales aplicables en hipertermia. El diseño, síntesis, caracterización y bioaplicaciones de los sistemas obtenidos por autoasociaciones supramoleculares de anfífilos fotopolimerizables están descritos de manera resumida en los 2 siguientes capítulos. En el capítulo I se han diseñado racionalmente y sintetizado 5 anfífilos diacetilénicos fotopolimerizables cuya autoasociación supramolecular en agua ha generado micelas esféricas capaces de albergar en su interior agentes altamente hidrofóbicos. Las micelas suelen presentar una baja estabilidad, limitando su empleo, lo que se ha solventado con la generación de un polímero polidiacetilénico (PDA) en su cavidad interna a través de fotopolimerización. Gracias a ello se han conseguido generar micelas de una excelente estabilidad, independientemente del medio en el que se formen, el paso del tiempo, la dilución por debajo de su CMC o la aplicación de altas temperaturas. Éstas, además, son capaces de solubilizar de manera notable fármacos como docetaxel, sorafenib, aprepitant y camptotecina, consiguiendo aumentar su solubilidad en agua en varios órdenes de magnitud. Se han ajustado sus perfiles de liberación para obtener una mínima liberación inicial del fármaco. Finalmente se ha demostrado que las nanomicelas son biocompatibles y se internalizan en las células cancerosas de próstata mediante interacción específica con PSMA. Además, los estudios in vivo realizados en ratones inoculados con células cancerosas humanas LnCAP mostraron que las micelas derivadas de PDA y cargadas con docetaxel antineoplásico tenían un efecto altamente positiva en la supervivencia de los ratones tratados. En el capítulo II se han generado tanto liposomas como nanotubos de carbono funcionalizados con estos anfífilos. Los liposomas pueden emplearse en transporte activo de fármacos (como la camptotecina) y como biosensores duales. Los liposomas basados en PDA son capaces de responder a estímulos externos, cambiando su coloración del azul al rojo. Además, en su fase roja presentan una débil fluorescencia intrínseca que podría ser de gran utilidad como alternativa a esa respuesta colorimétrica y visual mencionada. Por otro lado se ha empleado una funcionalización de nanotubos de carbono (SWCNTs) mixta entre la covalente y no covalente, intentando solventar las desventajas que presenta cada modalidad. Se han generado así agregados que no alteran las propiedades electrónicas del nanotubo y que presentan una gran estabilidad gracias a la fotopolimerización de los anfífilos. Estos anfífilos se disponen sobre la pared del nanotubo en forma de hemimicelas, en una especie de formación tipo collar de perlas. El principal problema que presentan los nanotubos es su insolubilidad en prácticamente cualquier disolvente y su toxicidad. Se han conseguido exfoliar los haces típicos de nanotubos dispersándolos en agua y estos, además, han disminuido la toxicidad de los SWCNTs en ensayos de viabilidad celular.
Control del reloj circadiano por la señal fotoperiódica en plantas
(2022-04-28) Reyes Rodríguez, Pedro de los; Romero Rodríguez, José María; Romero Campero, Francisco José; Valverde Albacete, Federico; Universidad de Sevilla. Departamento de Bioquímica Vegetal y Biología Molecular; Universidad de Sevilla. Departamento de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial
Los organismos fotosintéticos son muy eficientes en la adaptación de su desarrollo a las condiciones ambientales. Para conseguir esta adaptación monitorizan continuamente los estímulos externos que les llegan del ambiente y promueven cambios fisiológicos, como ocurre con las modificaciones del transcriptoma. La luz solar es esencial para la supervivencia de los organismos fotosintéticos, ya que constituye su principal fuente de energía y controla múltiples aspectos de su fisiología. En la percepción de la luz en plantas y algas participan un conjunto de receptores y factores de transcripción que conectan las señales procedentes de la luz con cambios específicos en la expresión génica. La existencia de eventos externos cíclicos muy predecibles como la sucesión de días/noches o de las estaciones, permite coordinar y anticipar de manera muy robusta los procesos biológicos. Esta medida del tiempo es llevada a cabo por un oscilador interno denominado reloj circadiano. Por otra parte, la señalización de la vía fotoperiódica permite a los organismos vegetales medir la longitud del día y así obtener información estacional para controlar complejos procesos que son clave para su supervivencia como la floración. Uno de los genes centrales en esta vía es CONSTANS, que está regulado a nivel transcripcional y postraduccional por el reloj circadiano y por señales luminosas. En esta tesis doctoral se ha seguido un enfoque de Biología Molecular de Sistemas para entender cómo han evolucionado estos procesos a lo largo del linaje verde, se han generado herramientas para su estudio y finalmente se ha descrito una nueva conexión entre el reloj circadiano y la vía fotoperiódica en la planta modelo Arabidopsis thaliana. En una primera aproximación investigamos la evolución de la expresión génica diaria en el linaje vegetal, empleando las microalgas Ostreococcus tauri y Chlamydomonas reinhardtii y la planta superior Arabidopsis thaliana. Inicialmente, realizamos un estudio de ortología que ha revelado por una parte la aparición de genes específicos en Chamydomonas y Arabidopsis y por otra parte la amplificación y diversificación de familias génicas. Además, hemos investigado cómo ha cambiado la influencia de los ciclos día/noche sobre el transcriptoma a lo largo de la evolución vegetal mediante la construcción de redes de co-expresión en ciclos de luz/oscuridad. Nuestros resultados indican una mayor dependencia de los ciclos diurnos en microalgas que en plantas. En cuanto a la evolución de los patrones de expresión, hemos observado un alto nivel de conservación en genes que se expresan en las transiciones luz/oscuridad a pesar de la gran distancia evolutiva entre algas y plantas. Estos resultados pueden ser explorados en la herramienta CircadiaNet. En segundo lugar, construimos la red transcripcional ATTRACTOR que integra datos transcriptómicos y datos de ChIP-seq de factores de transcripción involucrados en el reloj circadiano y en la señalización por luz. De esta forma, el estudio de la red permite investigar la regulación coordinada del reloj circadiano y la señalización lumínica sobre la expresión génica en Arabidopsis. Mediante el análisis topológico de ATTRACTOR hemos descrito que estos programas transcripcionales poseen la característica conocida como “robusto pero frágil”, es decir, son robustos frente a ataques aleatorios y frágiles frente a ataques dirigidos a genes altamente conectados. Por otra parte, se ha demostrado que los genes cuya regulación es más dependiente del reloj circadiano se expresan durante las primeras horas de la mañana, modulando procesos concretos como respuesta inmune, respuesta a hormonas o crecimiento. Además, se ha descrito que algunos motivos de red compuestos por varios factores de transcripción pueden explicar la regulación de determinados aspectos del desarrollo, dando lugar a propiedades emergentes. Por ejemplo, el motivo formado por CCA1, PIF y PRR5 participa en la respuesta a sequía y frío. Para este fin, se ha desarrollado una aplicación web para su exploración por parte de la comunidad científica. Por último, utilizando estas herramientas, hemos demostrado un nuevo papel para CO en la regulación del reloj circadiano en Arabidopsis. CO formaría parte de una señalización retrógrada desde la vía fotoperiódica hacia el oscilador central, proporcionando información estacional al reloj. En condiciones de día largo, CO se une a genes centrales del reloj circadiano para alterar su perfil de expresión. Uno de estos genes es el PSEUDO RESPONSE REGULATOR 5 (PRR5), con el que además comparte sitios de unión en el genoma. Por ello, CO y PRR5 establecen un motivo de doble retroalimentación con salida múltiple regulando genes diana en común. Además, hemos encontrado que CO se une a motivos de DNA G-box en estos promotores, probablemente a través del factor de transcripción bZIP LONG HYPOCOTIL 5 (HY5).
Estudio funcional de la autofagia por estrés específico en el cloroplasto de la microalga modelo Chlamydomonas reinhardtii
(2022-04-21) Heredia Martínez, Luis G.; Crespo González, José Luis; Pérez Pérez, Maria Esther; Universidad de Sevilla. Departamento de Bioquímica Vegetal y Biología Molecular
La autofagia es un proceso catabólico ampliamente conservado en eucariotas por el cual se degradan componentes celulares incluyendo proteínas, ribosomas u orgánulos completos para mantener la homeostasis celular. La síntesis de ácidos grasos se localiza en el estroma del cloroplasto de plantas y algas. Los ácidos grasos sintetizados de novo por la enzima ácido graso sintasa (FAS) se utilizan como precursores de los lípidos esenciales para la estructura del cloroplasto y su función. El objetivo principal de esta tesis es investigar la conexión entre el proceso de autofagia y la inhibición de la síntesis de ácidos grasos en el cloroplasto de la microalga modelo Chlamydomonas reinhardtii. Los resultados de esta tesis demuestran que la inhibición de la enzima FAS mediante la droga cerulenina, un inhibidor específico de esta enzima, activa el proceso de autofagia. El tratamiento con esta droga disminuye la abundancia del lípido monogalactosil diacilglicerol (MGDG), el lípido mayoritario de las membranas plastídicas. Además, este tratamiento disminuye la eficiencia fotosintética y aumenta los niveles de especies reactivas del oxígeno (ROS). Igualmente, mediante microscopía electrónica de transmisión se observó que las membranas tilacoidales presentan un alto grado de empaquetamiento y un mayor número de membranas por apilamiento en células tratadas con cerulenina. Por otro lado, el análisis transcriptómico realizado en estas células mostró la inducción de genes de respuesta a estrés en el cloroplasto y la acumulación de transcritos relacionados con la detoxificación de ROS. Así, nuestros resultados indican que existe una relación entre el metabolismo de lípidos, la respuesta a estrés en el cloroplasto y el proceso de autofagia en Chlamydomonas reinhardtii. Para profundizar en el estudio de la inhibición de la enzima FAS y su conexión con la autofagia en este organismo modelo, se generó un mutante deficiente de autofagia mediante el sistema de edición genético CRISPR/Cas9. El mutante atg8 presenta una inserción en el gen ATG8 que codifica una proteína clave en el mecanismo central de la autofagia. Nuestros resultados indican que esta estirpe mutante presenta un retraso en su crecimiento al entrar en fase estacionaria e hipersensibilidad al tratamiento con cerulenina en concentraciones sub-letales de esta droga. Además, la inhibición de la enzima FAS en el mutante atg8 provoca un daño estructural en el cloroplasto, inhibe la fotosíntesis, aumenta los niveles de ROS y activa la expresión de genes relacionados con la autofagia, el proteasoma y el estrés en el cloroplasto. Para finalizar con la caracterización de esta estirpe se realizó un estudio proteómico cuantitativo. Nuestros resultados mostraron un aumento en la abundancia de proteínas relacionadas con la respuesta a estrés en el cloroplasto, una desregulación en las proteínas fotosintéticas y un desajuste en el metabolismo de lípidos y aminoácidos, indicando que el mutante atg8 tratado con cerulenina presenta una alteración en el flujo del carbono.
Microorganismos Extremófilos, vida microbiana más allá de sus condiciones óptimas
(2021-10-28) Delgado Romero, José Antonio; González Grau, Juan Miguel; Universidad de Sevilla. Departamento de Bioquímica Vegetal y Biología Molecular
El estudio de los microorganismos termófilos ha tenido un gran auge en las últimas décadas debido a la aplicación de sus enzimas y moléculas en procesos biotecnológicos. En la actualidad, existe un déficit en cuanto a comprender cómo viven los microorganismos en la naturaleza y sus estrategias de persistencia y adaptación. La presente tesis estudia la vida de un microorganismo termófilo aislado del suelo, Parageobacillus thermoglucosidasius 23.6, mas allá de la condiciones consideradas óptimas para su crecimiento. El desarrollo de bioreactores en continuo (quimiostato) con retención de células (retentostato), nos ha permitido cultivar la cepa 23.6 a tasas de crecimiento cercanas a cero (0,0002 h-1). Estas condiciones asumimos que son frecuentes en suelos, por la limitación de nutrientes, y por la influencia de ciclos diarios de temperatura (60 - 20º C). La secuenciación del genoma ha identificado 4 moléculas de ADN circular: El genoma principal o Tmp1, dos plásmidos, Tmp2 y Tmp3, y un bacteriófago, Tmp4, Su genoma ha servido de referencia para los análisis del transcriptoma. El pangenoma de la cepas de P. thermoglucosidaius es abierto y ha identificado puntos calientes de transferencia horizontal de genes llevados a cabo a través de diferentes estrategias: transformación, conjugación y traducción. El análisis del transcriptoma a tasas de crecimiento cercanas a cero reveló una gran sobreexpresión de genes relacionados con la obtención y búsqueda de energía, mecanismos de defensa y plasticidad genómica, permitiendo la adaptación de P. thermoglucosidasius 23.6 a nuevos ambientes y manteniendo su viabilidad. A bajas temperaturas (20º C) y tasa de crecimiento reducida (0.025h-1) hay una intensa respuesta transcripcional haciendo posible que la cepa 23.6 mantenga un metabolismo activo a bajas temperaturas que le permite responder rápidamente cuando las condiciones vuelvan eventualmente a ser óptimas para su crecimiento. Esta tesis contribuye a comprender el comportamiento de los microorganismos en ambientes naturales, y específicamente de la especie termófila modelo P. thermoglucosidasius, que sobrevive en condiciones consideradas adversas para su crecimiento manteniendo su viabilidad y persistencia en la naturaleza.
Control redox de la percepción de metales y del metabolismo del carbono en cianobacterias
(2021-09-24) García Cañas, Raquel María; Florencio Bellido, Francisco Javier; López Maury, Luis; Universidad de Sevilla. Departamento de Bioquímica Vegetal y Biología Molecular
Las cianobacterias son organismos procariotas capaces de realizar la fotosíntesis oxigénica de forma similar a las plantas superiores, pues son los antecesores de los cloroplastos. Por este motivo existen grandes similitudes entre el metabolismo de cianobacterias y cloroplastos, permitiendo el uso de las cianobacterias como organismos modelo para el estudio de la fotosíntesis. En esta tesis se ha estudiado la regulación de dos procesos relacionados con la fotosíntesis: el transporte de electrones y la fijación del CO2 en el ciclo reductivo de las pentosas fosfato. En la cadena de transporte electrónico la plastocianina (PC) y el citocromo c6 (Cytc6) son dos proteínas pequeñas alternativas que transportan los electrones desde el complejo del citocromo b6f hasta el fotosistema I. Ambas proteínas se encuentran en la mayoría de las cianobacterias y algas verdes, aunque en plantas solo está presente la PC. La expresión de ambas depende de la disponibilidad de Cu en el medio, pues en presencia de Cu se expresa PC y en ausencia de Cu se expresa Cytc6. A pesar de que este intercambio proteico se ha conocido durante más de 40 años, su mecanismo de regulación era desconocido. En esta tesis se ha descrito el funcionamiento de este mecanismo en cianobacterias, constituido por una proteasa de membrana (PetP) capaz de detectar el cobre y un regulador transcripcional (PetR). Tras su interacción con cobre PetP se activa y ejerce su actividad proteasa sobre PetR. Este regulador, a su vez, interacciona con los promotores de ambos genes y actúa como un represor sobre el gen que codifica para Pc y como un activador en el gen que codifica para Cytc6. Al igual que el transporte electrónico fotosintético la fijación de CO2 en cianobacterias y cloroplastos presenta similitudes. Una de las diferencias es la existencia, en cianobacterias, de una enzima que presenta las actividades sedoheptulosa-1, 7-bisfosfatasa y fructosa-1,6-bisfosfatasa (FBP/SBPasa). Muchas cianobacterias presentan también otra enzima con actividad fructosa-1,6-bisfosfatasa exclusivamente (FBPasa). En plantas, ambas actividades están reguladas por su estado de oxido-reducción (redox) mediado por el sistema tiorredoxina, pero existían datos contradictorios en las enzimas de cianobacteria. En esta tesis se ha estudiado la regulación redox de ambas enzimas, su relación con las tiorredoxinas cianobacterianas y las cisteínas implicadas en los cambios conformacionales derivados de los cambios en el estado redox, y por tanto en la regulación, de la FBP/SBPasa. Igualmente, se ha estudiado la función de ambas enzimas en distintas condiciones de crecimiento encontrándose que la FBP/SBPasa es esencial para el crecimiento fotoautotrófico. Mediante ensayos de complementación con los genes que codifican para las SBPasa y FBPasa cloroplastídicas se ha determinado que ambas actividades son esenciales en cianobacterias. Finalmente, se ha demostrado que el sistema de regulación redox de cianobacteria puede reducir tanto a estas enzimas cloroplastídicas como a una tiorredoxina tipo f de planta.
Alternative photosynthetic redox proteins in the diatom Phaeodactylum tricornutum
(2021-09-17) Castell Capitán, María Carmen; Hervás Morón, Manuel; Navarro Carruesco, José Antonio; Universidad de Sevilla. Departamento de Bioquímica Vegetal y Biología Molecular
La fotosíntesis es la principal vía de entrada de energía en la biosfera y la ruta más importante de fijación y secuestro de dióxido de carbono. Aproximadamente la mitad de la productividad fotosintética ocurre en los océanos. Sin embargo, en estos ecosistemas nos encontramos grandes áreas pobres en fitoplancton debido a una limitación delhierro disponible como nutriente. Las algas diatomeas,microalgas eucariotas unicelulares fotosintéticas,son constituyentes fundamentales del fitoplancton oceánico, contribuyendoaproximadamente al 40 % de la fijación de carbono global marina, por lo que pueden ser consideradas así las mayores productorasprimariasen los océanos. Además,las diatomeastienen usos biotecnológicos relevantes. La limitación por hierro en el crecimiento de las diatomeas fue demostrada tras experimentos de fertilización masiva con hierroen el océano, donde, tras dicha fertilización, se produjeron explosiones de biomasaen las que predominabanlasdiatomeas. Phaeodactylum tricornutum(P. tricornutum),en la que se centra este trabajo de tesis, es una de las diatomeas modelos más usadas en investigación, debido tanto a su pequeño genoma (27,4 megabases), a su corto tiempo de crecimiento, a la facilidad de su cultivoy a las diferentes técnicas genéticasque se pueden emplear para su manipulación. Las diatomeas presentan un requerimiento extra de hierro en su cadena fotosintética, primero porque poseen citocromo c550(Cc550) asociado al fotosistema II (PSII), proteína ausente en algas verdes y plantas. Además, la mayoría de las diatomeas carecen de plastocianina (Pc) como alternativa al citocromo c6(Cc6) como transportador de electrones entre el citocromo f (Cf), del complejo b6f(Cb6f),y el fotosistema I (PSI). Una excepción a esto último es la diatomea Thalassiosira oceanica(T. oceanica), en la que se han encontrado evidencias de la presencia de una Pc “roja”. Por todo ello, en esta tesis se han establecido varios objetivos, enfocados al estudio de estas proteínas redox alternativas en fotosíntesis: i) caracterización del Cc550de la diatomea P. tricornutumy los efectos de la falta de hierro en su función como subunidad extrínseca del PSII; ii) efectos de la expresión heteróloga de la Pc del alga verdeChlamydomonas reinhardtii(C. reinhardtii) en P. tricornutum; iii) modelado del complejo de transferencia electrónica [Cf:aceptor] en las diatomeas P. tricornutumy T. oceanica. Nuestros resultados, respecto al Cc550de P. tricornutum, muestran que dicha proteína es purificada en una forma truncada, careciendo de las dos últimas tirosinas, cuando se purifica siguiendo protocolos estándares de purificación. Sin embargo, se ha demostrado, a través de un nuevo protocolo diseñado para purificar el Cc550completo, que el truncamiento es un proceso no fisiológico. Además, la limitación por hierro en los cultivos de esta diatomea induce una drástica bajada en el contenido tanto del Cc550como dela actividad delPSII. Por otro lado, se ha comprobado quela correcta expresión heteróloga de la Pc de C. reinhardtiien P. tricornutumincrementa el crecimiento de esta diatomea en condiciones de deficiencia de hierro. Estos mutantes presentan una mejora en las actividades tanto del PSI como del PSII. Por último, hemos podido ver que el mejor modelo de docking del complejo [Cf:Cc6] de P. tricornutumtiene una orientación diferente al mismocomplejo en C. reinhardtii, siendo más similaral descrito previamente en cianobacterias. Los modelos de docking del complejo [Cf:Pc] de la diatomea T. oceanicamuestran que el complejo no está optimizado para una sola configuración, lo quepodríaindicarque aún no se ha alcanzado una configuración optima para la transferencia de electrones. Además, las configuraciones de energía más favorablede este complejo corresponden a orientaciones aparentemente no productivas, pero que podrían constituiruna posible vía alternativa de transferencia de electrones del Cf a la P.
Lipoproteínas séricas y cardiopatía isquémica
(1983-08-10) Rodríguez Francés, Ignacio; Fabián Romero, Fernando; Universidad de Sevilla. Departamento de Bioquímica Vegetal y Biología Molecular
La mayor severidad en la afectación de las arterias coronarias da unos valores mas altos de ct ldl-c vldl-c y tg asi como valores mas bajos de hdl-c. Por el contrario no encontramos ninguna relación significativa entre la severidad de la lesión isquémica y los valores lipémicos. Probablemente esto es debido a que para que la isquemia sea severa deben incidir otros factores además del grado de lesión arteriosclerótica como es la localización de las lesiones el tipo de circulación coronaria y la presencia o no de una adecuada circulación colateral. Se demuestra la utilidad de la relación ct/hdl-c sobre otras ya que aporta mayor significación estadística y se encuentra en relación directa con la severidad de las lesiones anatómicas coronarias.
Estudio de la regulación de la biosíntesis de L-cisteína en condiciones medioambientales de estrés en arabidopsis
(2002-12-02) Domínguez Solís, José Ramón; Vega Piqueres, José María; Romero González, Luis
En este trabajo de Tesis Doctoral hemos profundizado en diferentes aspectos de la regulación de las enzimas O-Acetilserina(tiol)liasa y Serina acetiltransferasa en A.thaliana, a fin de conocer mejor la ruta de asimilación de azufre en dicho organismo. Además hemos realizado un estudio del papel que desempeña la isoforma citosólica de la enzima O-Acetilserina(tiol)liasa en la respuesta de las plantas a condiciones de estreses medioambientales como metales pesados y ambientes ricos en azufre atmosférico. Los resultados más relevantes obtenidos han sido: 1,- Tratamientos con metales pesados o metaloides, como cadmio y arsenito, inducen la expresión de los genes y actividades enzimáticas SAT y OASTL en A.thaliana. 2,- A concentraciones elevadas de cadmio y arsenito se observa una disminución en los niveles de cisteína y glutatión como consecuencia de la síntesis de fitoquelatinas inducida, en Arabidopsis, en respuesta al estrés. 3,- La sobreexpresión del gen Atcys-3A, que codifica la isoforma citosólica de la OASTL de A.thaliana, permite la obtención de plantas transformadas con niveles superiores de actividad OASTL de hasta 7 veces. Mediante silenciamiento génico, es posible obtener líneas con menores niveles de transcrito y actividad OASTL. 4,- El incremento de actividad OASTL en el citoplasma de las líneas transformadas se correlaciona con una mayor tolerancia de la planta a cadmio, arsénico y mercurio, y a su acumulación en las partes aéreas de la planta. 5,- La disponibilidad de cisteína en el citoplasma es una etapa limitante en la síntesis de glutatión, y pro tanto de fitoquelatinas, y es esencial en la tolerancia de las plantas de A.thaliana a medios contaminados con cadmio.
Las glutamina sintetasas de Anabaena Azollae (GSI) y Pseudanabaena Sp. PCC 693 (GSII) . Mutantes dirigidos afectados en la afinidad por el amonio
(1999-06-18) Crespo González, José Luis; García Guerrero, Miguel; Florencio Bellido, Francisco Javier; Universidad de Sevilla. Departamento de Bioquímica Vegetal y Biología Molecular

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