LABORATORIO DE INTEGRACIÓN DE SEÑALES CELULARES

Responsable: Dr. Diego Bustos

Nuestro interés científico se centra en el estudio de las vías de señalización por modificaciones postraduccionales en proteínas (fosforilaciones, acetilaciones y otras) , utilizando métodos de biología molecular, celular y computacional. Nos especializamos en la familia de proteínas reguladoras 14-3-3, estudiando tanto sus interacciones con otras proteínas como su propia regulación. Nuestro material de estudio son células estromales mesenquimales humanas derivadas de tejido adiposo adulto y cordón umbilical, y líneas celulares modelo humanas y de ratón. En ellas estudiamos los procesos de diferenciación a distintos linajes mesodérmicos, enfocándonos particularmente en el balance adipo-osteogénesis. Este balance se desregula en ciertas enfermedades y durante el proceso natural de envejecimiento.

Nuestras líneas de investigación se centran en las proteínas 14-3-3, reguladoras esenciales de una de las modificaciones postraduccionales más abundantes en la célula: la fosforilación. Las 14-3-3 unen proteínas fosforiladas en serinas y treoninas específicas, localizadas principalmente en regiones desordenadas de las proteínas blanco. A su vez, las 14-3-3  también son reguladas por modificaciones postraduccionales, como la acetilación o fosforilación, lo que constituye una regulación de reguladores y establece un cross-talk entre diferentes modificaciones de proteínas. Esto hace más complejo y específico el "lenguaje" que utiliza la célula en las redes de señalización. La siguiente metáfora se usa mucho en el  lenguaje de la fosforilación: las quinasas son las escritoras, las fosfatasas las borradoras y las proteínas 14-3-3 las lectoras, son las que interpretan el mensaje (fosfato) y lo traducen en una respuesta celular.

Algunas de nuestras líneas de investigación son:

Biología computacional

Mediante distintas técnicas de biología de sistemas, teoría de grafos y redes complejas, y simulaciones computacionales, estudiamos las interacciones proteína-proteína y proteína-ligando.

A partir de simulaciones de dinámica molecular estudiamos la apertura y cierre del surco anfipático de 14-3-3, buscando comprender los mecanismos que controlan esta flexibilidad empleando técnicas de reducción de la dimensionalidad, como modelos de Markov y análisis de componentes principales. Nos interesa también entender cómo regular estos cambios conformacionales mediante el diseño de ligandos competitivos y alostéricos. Para esto empleamos distintas técnicas de docking molecular, basadas tanto en métodos físicos como en deep learning, para así seleccionar ligandos que se unan a 14-3-3 con alta afinidad y en una forma parálogo-dependiente. Los ligandos elegidos en estas campañas de cribado virtual son luego estudiados mediante distintos experimentos in vitro, gracias al trabajo en conjunto con grupos colaboradores. Estas mediciones incluyen la obtención de estructuras de alta resolución y la medición de constantes de disociación, permitiendo validar nuestros modelos computacionales tanto a nivel estructural como termodinámico.

Clasificación de las proteínas que interaccionan con 14-3-3

Estudio de los más de 3000 clientes de 14-3-3, su descomposición en dominios y su relación con los parálogos de 14-3-3 de mamíferos. Análisis de la red total de la familia 14-3-3 y de las subredes de interacción proteína-proteína (correspondientes a los distintos parálogos), con su caracterización y sus roles específicos y superpuestos.

Figura. Análisis proteómico de células estromales mesenquimales con silenciamiento

de 14-3-3γ al inicio de la fase de mineralización de la diferenciación osteogénica.

Regulación de las proteínas 14-3-3

Estudio de la acetilación de 14-3-3 durante el ciclo celular y la diferenciación adipogénica y osteogénica. El residuo lisina 49 (K49) de 14-3-3 forma parte del sitio de reconocimiento del grupo fosfato de sus fosfoproteínas blanco, y su modificación por acetilación da como resultado una proteína 14-3-3 inactiva. Estamos investigando la acetilación de 14-3-3 en dicho residuo, su función biológica, los factores cadena arriba que la desencadenan y los eventos de la fisiología y de procesos celulares relevantes que podrían estar afectados por la inactivación de 14-3-3.

Así, estudiamos el mecanismo por el cual una modificación postraduccional (acetilación) afectaría en forma global a otra modificación (fosforilación).

Interacciones 14-3-3–β-carbolinas. Las β-carbolinas son compuestos orgánicos aromáticos que participan en diversos procesos biológicos normales, y también han sido relacionadas con patologías inducidas por radiación, cáncer y Parkinson. Por métodos in silico hemos encontrado que un compuesto del grupo de las β-carbolinas, el 6,8-diBr-norharmano, se une al dímero de 14-3-3. En el laboratorio confirmamos la interacción mediante experimentos de pulldown y estamos determinando su mecanismo de acción a nivel molecular.

14-3-3 y diferenciación celular: el balance adipo-osteogénesis

Las células madre mesenquimales pueden dar origen a adipocitos y osteoblastos, y el equilibrio entre ambos destinos se altera con el envejecimiento y en ciertas enfermedades. Los parálogos de 14-3-3 no actúan como un bloque homogéneo: cada uno se regula de forma independiente durante la diferenciación y tiene efectos propios según el linaje y el momento.

En adipogénesis, 14-3-3β, γ y η aumentan en preadipocitos 3T3-L1 diferenciados, mientras que 14-3-3ε disminuye. En osteogénesis de células madre humanas, 14-3-3β se acetila específicamente en la lisina 49/51 y actúa como regulador negativo, 14-3-3γ regula negativamente la mineralización de la matriz y 14-3-3ε recombinante potencia la diferenciación osteogénica sobre biomateriales. Estos resultados posicionan a los parálogos de 14-3-3 como moduladores del balance adipo-osteogénesis.

Figura. Niveles relativos de 14-3-3γ durante tres etapas de diferenciación osteogénica en células estromales mesenquimales derivadas de tejido adiposo humano (hASC).

Drogas biosimilares en la adipogénesis de células madre mesenquimales

Evaluamos el efecto de drogas biosimilares al GLP-1 (exenatida y otras) en el proceso de adipogénesis de células madre humanas. Además, estudiamos cómo varían los niveles de expresión y la localización de la familia de proteínas 14-3-3 antes y después de la diferenciación a adipocitos, mediante inducción por reemplazo de las drogas tradicionales de la mezcla de diferenciación por los biosimilares mencionados.

14-3-3 y ciclo celular

Estudio del rol de las proteínas 14-3-3 y de sus parálogos en la progresión del ciclo celular y su regulación, incluyendo cómo la regulación de 14-3-3 por modificaciones postraduccionales, como la acetilación, influye en el control dependiente de fosforilación de proteínas del ciclo celular.

14-3-3, autofagia y senescencia

Estudio de la contribución de las proteínas 14-3-3 a la regulación de la autofagia y de la senescencia celular, y de cómo estos procesos interactúan con la diferenciación y con el balance adipo-osteogénesis, alterado durante el envejecimiento.

Stan de producción de anticuerpos monoclonales

_{https://ihem.conicet.gov.ar/produccion-de-anticuerpos-monoclonales-mab/}