Bustos, Diego Martín

LABORATORIO DE INTEGRACIÓN DE SEÑALES CELULARES

Líneas de investigación

Nuestro interés científico se centra en el estudio de las vías de señalización por modificaciones postraduccionales (fosforilaciones, acetilaciones y otras) en proteínas 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 madre mesenquimales humanas derivadas de tejido adiposo y cordón umbilical, y líneas celulares modelo humanas y de ratón. En ellas estudiamos los procesos de diferenciación a distintos linages mesodérmicos, enfocándonos particularmente en el balance adipo-osteogénesis. Éste se desregula en ciertas enfermedades y durante el proceso natural de envejecimiento.

Varias de nuestras líneas de investigación se centran en el regulador maestro de una de las modificaciones postraduccionales más abundantes en la célula, la fosforilación. Dicho regulador, está constituido por la familia de proteínas 14-3-3, las cuales unen proteínas fosforiladas en serinas y treoninas específicas, localizadas principalmente en regiones desordenadas. Las proteínas 14-3-3 a su vez son reguladas por otras modificaciones postraduccionales, como la acetilación, 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.

Algunas de nuestras líneas de investigación son:

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

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

II. 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 de 14-3-3 lisina 49 (K49) forma parte del sitio de reconocimiento del grupo fosfato de sus fosfoproteínas clientes, 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 en la fisiología y procesos celulares de relevancia que pudiesen estar afectados por la inactivación de 14-3-3.

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

Interacciones 14-3-3 β-carbolinas.

Las β-carbolinas son compuestos orgánicos aromáticos que participan de 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 perteneciente al 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, lo que nos permitirá llegar a una patente de invención.

III. Regulación de TAZ por 14-3-3

Estudio de la regulación de TAZ por 14-3-3 y su efecto en la diferenciación de células madre.

Nos interesa determinar el efecto de los diferentes parálogos de la familia 14-3-3 en la regulación de TAZ, uno de los efectores de la vía Hippo en mamíferos, principal reguladora del crecimiento de tejidos, proliferación y diferenciación celular e inhibidora de tumores. Hemos analizado el efecto del silenciamiento de diferentes isoformas de 14-3-3 sobre la diferenciación a adipocitos y osteoblastos de células madre adultas, obtenidas de tejido adiposo que recibimos por donaciones de cirugías.

Actualmente estamos extendiendo el estudio a otros componentes río arriba en la vía, e incluyendo también otras proteínas no pertenecientes a la vía Hippo que son importantes en los procesos de diferenciación y cuya actividad o localización pudiera ser regulada por 14-3-3.

IV. Diferenciacion osteogénica sobre biomateriales nanoestructurados

Las células madre derivadas de tejido adiposo y cordón umbilical tienen la capacidad de diferenciarse a células de hueso (entre otros destinos). Estudiamos su diferenciación sobre biomateriales nanoestructurados, los cuales mejoran la osteointegración entre el tejido vivo y una prótesis. Este proyecto es realizado en colaboración con el Dr. Aldo Boccaccini (Univ de Erlangen-Nuremberg, Alemania), el Dr. Gustavo Abraham y Dra. Agustina Aldana (INTEMA, CONICET, Mar del Plata), especialistas en nanomateriales. Más recientemente hemos comenzado un proyecto que incluye la extracción de células madre de pulpa dental, y el estudio de su diferenciación sobre las matrices biomiméticas, con o sin el agregado de proteína 14-3-3 recombinante.

Esta familia se conocía tradicionalmente como intracelular, y recientemente se la ha encontrado en vesículas libreadas por osteoblastos. Se a propuesto podrían tener funciones de citokinas.

V. Drogas biosimilares en la adipogénesis de células madre mesenquimales 

Evaluamos el efecto de drogas biosimilares al GLP- 1 (Exenatida y otros) en el proceso de adipogénesis de células madre humanas. Además, estudiamos cómo varían los niveles de expresión y localización de la familia de proteínas 14-3-3 y de distintos componentes de la vía Hippo 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. Dicha vía es crítica en la regulación del balance adipo-osteogénesis, y varios de sus componentes están a su vez regulados por 14-3-3.V. Drogas biosimilares en la adipogénesis de células madre mesenquimales Evaluamos el efecto de drogas biosimilares al GLP- 1 (Exenatida y otros) en el proceso de adipogénesis de células madre humanas. Además, estudiamos cómo varían los niveles de expresión y localización de la familia de proteínas 14-3-3 y de distintos componentes de la vía Hippo 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. Dicha vía es crítica en la regulación del balance adipo-osteogénesis, y varios de sus componentes están a su vez regulados por 14-3-3.

VI. Biología Computacional

La biología computacional se ocupa de modelos matemáticos, desarrollo de algoritmos y métodos estadísticos para el estudio de sistemas biológicos. Mediante distintas técnicas de biología de sistemas, teoría de grafos y redes complejas y simulaciones computacionales estudiamos las interacciones proteína-proteína y proteína-ligando.

En particular:

1. Estudiamos el proceso de formación de complejos proteína-proteína y proteína-ligando mediante simulaciones computacionales.
2. Describimos el proceso dinámico del reconocimiento macromolecular a nivel atómico y cuantificamos las propiedades biofísicas de los sistemas mediante una combinación de modelos matemáticos y técnicas de simulación computacionales.

Nuestro objetivo más ambicioso es optimizar y desarrollar técnicas de simulación diseñadas para sistemas biológicos, específicamente para racionalizar interacciones entre proteínas y ligandos. Al desarrollar modelos matemáticos y técnicas in-silico para sistemas complejos de macromoléculas seguimos tres principios básicos:

• (l) proveer una detallada descripción atómica del proceso dinámico de interés.
• (ll) identificar posibles estados transitorios de modo de intensificar el muestreo del espacio.
• (lll) reducir la complejidad computacional al mínimo.