Mayorga, Luis

LABORATORIO DE TRANSPORTE INTRACELULAR

El laboratorio se interesa en los mecanismos de transporte intracelular en distintos modelos experimentales. Una característica de nuestro trabajo ha sido el diseño de nuevos ensayos para abordar los fenómenos bajo estudio de un modo no explorado anteriormente. Nuestro interés en nuevas metodología ha hecho que se incorporen investigadores con enfoques diferentes con sus propias líneas de investigación.

Líneas de investigación

I. Los endosomas de distribución y su papel en la presentación cruzada en células dendríticas

La etapa del transporte endocítico conocida como “sorting” o “de distribución” es especialmente compleja permitiendo el direccionamiento del material incorporado hacia los lisosomas o hacia vías de reciclaje. Muy poco se sabe sobre esta etapa crucial de la endocitosis en células dendríticas. Nuestro laboratorio busca definir el papel que juegan los endosomas de distribución en la presentación cruzada de antígenos en las células dendríticas. Para ello alteramos la topología de los endosomas de distribución silenciando factores esenciales para: 1) la formación de micro-dominios de membrana, 2) la formación de túbulos, y 3) la formación de vesículas intra-luminales.

La presentación cruzada involucra además el transporte de antígenos y un conjunto grande de proteínas que deben estar en el lugar correcto y en las condiciones adecuadas para el cargado de los péptidos antigénicos en los MHC-I para su posterior exhibición en la membrana plasmática.  Nos interesa generar un modelo computacional donde se pueda incorporar todos estos elementos en el contexto del transporte para dilucidar las etapas necesarias y el tipo de compartimientos involucrados.

II. Estudio de proteínas involucradas en la exocitosis de GLUT4 en células mioblásticas

La captación de glucosa en tejido muscular y adiposo está mediada por el transportador de glucosa GLUT4. El aumento de insulina plasmática y la contracción muscular disparan el transporte y fusión de vesículas ricas en GLUT4 con membrana plasmática generando un incremento de GLUT4 sobre la superficie celular y un consecuente ingreso de glucosa a las células. La resistencia a la insulina podría deberse en parte a problemas en el tráfico y fusión con la membrana plasmática de vesículas transportadoras de GLUT4.

Nuestro objetivo principal es estudiar la presencia y participación de proteínas moduladoras de la exocitosis de GLUT4 tanto en situaciones controles como en la insulino resistencia. Para ello, estudiamos la translocación de GLUT4 e ingreso de glucosa en células mioblásticas modificadas por el silenciamiento de genes, sobreexpresión de proteínas y uso de proteínas permeables.

III. Combinación de modelización basada en agentes (ABM) con ecuaciones diferenciales (ODE) para generar simulaciones de procesos de transporte intracelular complejos

En esta línea de trabajo hemos desarrollado una plataforma computacional utilizando la combinación de modelización basada en agentes con ecuaciones diferenciales para simular transporte intracelular en la vía endocítica. Esta plataforma permite simular la naturaleza dinámica de las estructuras intracelulares que se mueven, cambian de forma, interaccionan, se fusionan y dividen y al mismo tiempo son base de una compleja red de interacciones moleculares y reacciones químicas. En una primera etapa hemos modelizado el metabolismo de un gangliósido. El modelo así generado reproduce adecuadamente las observaciones experimentales previamente publicadas por nuestro laboratorio y otros grupos de investigación.

En una nueva etapa esperamos modelizar presentación cruzada en células dendríticas y transporte de Glut4 en células musculares de modo de utilizar esta herramienta para organizar las observaciones experimentales en modelos integrados de transporte.

Nuestra expectativa es que la plataforma y los modelos generados sean útiles para otros biólogos celulares trabajando en transporte intracelular y en otros campos de la Biología Celular.

Las representaciones esquemáticas del tráfico de Golgi se pueden traducir fácilmente en modelos basados en agentes (ABM) que brindan predicciones cuantitativas sobre la estabilidad y la eficiencia del transporte de Golgi. Los modelos pueden incorporar ecuaciones diferenciales ordinarias (ODE) para manejar redes complejas de interacciones moleculares y reacciones químicas. La estrategia proporciona una herramienta simple, flexible y multiescala para analizar el transporte intracelular en las vías endocítica y exocítica.

IV. Estudios funcionales y mecanísticos de la translocación de proteínas y nanopartículas recubiertas con péptidos de penetración celular a través de membranas celulares

La membrana celular es una barrera semipermeable eficaz esencial para la supervivencia y la función celular. Sin embargo, también es un obstáculo importante para el suministro intracelular de moléculas para el diagnóstico y tratamiento de situaciones patológicas. Por lo tanto, el desarrollo de herramientas que faciliten la captación celular de moléculas de gran tamaño para la investigación básica y las aplicaciones biomédicas constituye todo un campo de estudio en la actualidad. En los últimos años los péptidos de penetración celular (CPPs) han atraído considerable atención por su potencial como herramientas en el diseño de sistemas de suministro de fármacos, dada su capacidad de penetrar rápida y espontáneamente la membrana celular y de internalizar nanopartículas (NPs) y macromoléculas de alto peso molecular. Por lo tanto, la posibilidad de introducir de modo directo una macromolécula abre importantes posibilidades, sobre todo para células que no poseen la capacidad de transcribir y traducir, como el espermatozoide, o que son muy difíciles de transfectar por los métodos tradicionales, como las células dendríticas o los ovocitos.

En base a esto, y usando una combinación de técnicas de biología celular, biofísicas, síntesis orgánica,  microscopia electrónica, confocal y simulaciones computacionales, nos concentramos en: 1) la síntesis, caracterización y empleo de nanopartículas de interés biológico o biomédico: NPs de oro, de sílice porosa y de poli (ácido láctico-co-glicólico); 2) el estudio de las interacciones de nanopartículas con membranas modelo y membranas celulares in-vivo; 3) el estudio, funcional y mecanístico, de los CPPs solos y unidos a proteínas o nanopartículas en varios tipos celulares (espermatozoides, dendríticas, ovocitos, fibroblasto, etc).

V. Reparación de daños en el ADN y su regulación

Las vías de reparación de ADN dañado son la principal salvaguarda de la información contenida en el genoma de las células. Los errores en estos sistemas generan alteraciones que van desde mutaciones silenciosas hasta la pérdida de grandes cantidades de material genético, que puede causar enfermedades como el cáncer en humanos. Además, los nuevos avances en las tecnologías de edición por medio de tijeras moleculares se valen de esos mismos sistemas de reparación de ADN. Por eso, comprender su funcionamiento y regulación nos permite, por un lado, dar lugar a terapias para tratar enfermedades (principalmente cáncer, pero también otras como enfermedades neurológicas, infecciones virales y bacterianas), y, por el otro, manipular su balance para aumentar las probabilidades de éxito al editar el genoma.

Usando técnicas de biología celular, molecular junto con bioquímica y biología estructural, trabajamos para desentrañar los mecanismos de salvaguarda del genoma de las células humanas y su regulación.