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UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE MEDICINA DOCTORADO EN CIENCIAS BIOMÉDICAS Análisis funcional de las señales núcleo – citoplasmáticas de la proteína EhNCABP166 de Entamoeba histolytica TESIS QUE PARA OBTENER EL TÍTULO DE DOCTOR EN CIENCIAS PRESENTA Q.F.B. RICARDO URIBE RODRÍGUEZ Tutor Dr. Miguel Ángel Vargas Mejía MÉXICO,D.F. 2012 UNAM – Dirección General de Bibliotecas Tesis Digitales Restricciones de uso DERECHOS RESERVADOS © PROHIBIDA SU REPRODUCCIÓN TOTAL O PARCIAL Todo el material contenido en esta tesis esta protegido por la Ley Federal del Derecho de Autor (LFDA) de los Estados Unidos Mexicanos (México). El uso de imágenes, fragmentos de videos, y demás material que sea objeto de protección de los derechos de autor, será exclusivamente para fines educativos e informativos y deberá citar la fuente donde la obtuvo mencionando el autor o autores. Cualquier uso distinto como el lucro, reproducción, edición o modificación, será perseguido y sancionado por el respectivo titular de los Derechos de Autor. El cambio llega de pronto, sin anunciar, y lo mismo la muerte. ¿Qué crees que podamos hacer? - Vivir lo más felices que podamos- dije -¡Correcto! Carlos Castaneda/ Don Juan Matus Contempla cada camino de cerca, entonces hazte esta pregunta crucial: ¿Me lleva el corazón por esta ruta? Si lo hace, entonces el camino es bueno. Si no es así, es inútil. Don Juan Matus Jurado asignado: Presidente: Dra. Imelda López Villaseñor Secretario: Dr. Miguel Ángel Vargas Mejía Vocal: Dr. Julio César Carrero Sánchez Vocal: Dra. Isaura Meza Gómez Palacio Vocal: Dr. Armando Pérez Torres Comité tutoral Dra. Marcia Hiriart Urdanivia Dra. Martha Robles Flores Dr. Miguel Ángel Vargas Mejía Este proyecto de investigación fue realizado en: Departamento de Biomedicina Molecular CINVESTAV México D.F. Tutoría: Dr. Miguel Ángel Vargas Mejía Financiamiento: Beca del Consejo nacional de ciencia y tecnología (CONACyT) para estudios de Doctorado (Número de becario 203209) Consejo nacional de ciencia y tecnología (CONACyT): proyecto 130364 Programa de colaboración México – Francia ANR-CONACyT PARACTIN proyecto 140364 Agradecemos el apoyo económico proporcionado por el banco nacional de París, Francia (CIB – BNP PARIBAS) para el desarrollo del presente trabajo. AGRADECIMIENTOS Al Dr. Miguel Ángel Vargas Mejía por permitirme ser parte de su grupo de investigación, por su gran apoyo en todo momento, por su confianza, por su exigencia académica y por todas sus enseñanzas, muchas gracias. A la Dra. Marcia Hiriart Urdanivia y a la Dra. Martha Robles Flores por su enorme apoyo desde el inicio de mis estudios de doctorado, por todos sus consejos y su valiosa guía, por su apoyo incondicional aun en los momentos más difíciles, sin ustedes, este trabajo no hubiera sido posible. Soy muy afortunado en haberlas tenido como integrantes de mi comité tutoral. A la Dra. Yolanda López Vidal por su invaluable apoyo en una etapa crítica de mis estudios de doctorado, sin sus consejos y ayuda la conclusión de mis estudios de doctorado no hubiera sido posible, muchas gracias. A la Auxiliar de Investigación Ma. de Jesús Almaraz Barrera por su apoyo y asesoría en las diferentes técnicas empleadas en la realización experimental de este trabajo. A la Dra. Imelda López, al Dr. Julio César Carrero a la Dra. Isaura Meza y al Dr. Armando Pérez por sus valiosos comentarios y críticas a este trabajo y por haberme otorgado un poco de su valioso tiempo. Al CIB – BNP PARIBAS grant por el apoyo económico en el proyecto de colaboración ‘‘Impact of actin and actin-related proteins in parasitic human infections. Blanc International Mexico-France Program’’ A mis compañeras de laboratorio Araceli y Eva, muchas gracias por sus consejos, apoyo y por todas las aventuras e historias realizadas estos 3 años. A la diseñadora gráfica Valeria Gil Cruz por su gran ayuda en la generación de las figuras para la publicación del artículo, ¡muchas gracias! Al Dr. Guillermo Mendoza Hernández (QEPD) por su apoyo en todo momento para los análisis de espectrometría de masas, por su crítica y consejos en el proyecto de doctorado. A la Dra. Nancy Guillén por sus consejos académicos y por las facilidades otorgadas en el proyecto de colaboración ‘‘Impact of actin and actin-related proteins in parasitic human infections. Blanc International Mexico-France Program’’ A la Auxiliar de Investigación Anel Edith Lagunes Guillén por su apoyo y asesoría en la técnica de microscopía electrónica de transmisión. DEDICATORIAS A mis padres que han dado todo por mí, por todo su amor, cariño, tiempo, dedicación, ayuda, apoyo en todo momento, sus desvelos y sus consejos. Gracias por todo, sin ustedes este logro no se podría consumir. Los quiero mucho. A mi hermana Laura, a mi hermano Guillermo y a mi hermana Cristina, gracias por todo su apoyo y cariño. Los quiero mucho. A Fernanda, esa pequeña traviesa que siempre me saca una sonrisa, te quiero mucho. A mi tía Catalina y a mi tío Carlos, que han sido un gran ejemplo de vida para mí, gracias por todo su apoyo y confianza. A mis abuelos, que siempre los he admirado por lo bueno que han hecho, este logro es también fruto de sus esfuerzos en el pasado. A mi familia, que siempre me ha apoyado en todo momento y aconsejado. A Sara B Díaz B, por hacer de cada día una experiencia única y feliz, por mostrarme que las pequeñas cosas esconden grandezas. Por una forma especial de ver las cosas, por tus consejos y tu sonrisa. Por toda la buena música que hemos escuchado y disfrutado. Por ser siempre tú. What is there to know? All this is what it is, you and me alone, sheer simplicity. A mis amigos George, Carlos, Rocío, Raúl, Perla, Val, Alejandra, Elizabeth, Angélica, Rainier, Alma Ruth, Araceli, Eva, Mary, por ser buenos amigos y compañeros en todo momento. Gracias por su amistad y por todos esos buenos y malos momentos que hemos pasado. A mis compañeros de laboratorio Araceli, Eva, Mary, Norma, Mercedes y Fernando por su apoyo y por los buenos momentos pasados en el laboratorio. A mis primas Vero y Dany por tantas alegrías compartidas. To Sabine Birkenfeld, thank you so much for all the time we spent, I learned many things, gracias compa! A Ana Karen, por transmitir tanta buena vibra y felicidad! Llegarás tan lejos como quieras. Al Dr. Guillermo Mendoza Hernández, por su buena disposición y espíritu de colaboración académica, por su gran ayuda. Un ejemplo en la ideología de la investigación. Descanse en paz. To Dr. Jari Ylänne for his support and confidence. Al personal del Instituto Nacional de Cardiología Ignacio Chávez que me apoyó. A Los Guanábana, su buena música inspiró parte de este trabajo. A toda la gente que he conocido y que de alguna u otra forma han influido en ser lo que soy. Al pueblo de México. 1 ÍndiceLista de Figuras Lista de abreviaturas Resumen Abstract I. Introducción 1.1. Amebiasis 1.2. Entamoeba histolytica 1.2.1 Factores de virulencia de E.histolytica 1.3. Actina en el parásito E. histolytica 1.4. Proteínas de unión a actina de E. histolytica 1.5. La proteína EhNCABP166 1.6. Proteínas de unión a actina nucleares 1.7. Transporte núcleo-citoplasmático 1.8. Señales de localización nuclear 1.9. Señales de localización nuclear no clásicas 1.10. Señales de exportación nuclear 1.11. La proteína Ran II. Justificación III. Hipótesis IV. Objetivos V. Materiales y Métodos 2 5.1 Cultivo celular de cepas de bacterias y de E. histolytica. 5.1.1. Cultivo de Escherichia coli. 5.1.2. Cultivo de E. histolytica. 5.2. Técnicas de bioinformática 5.2.1. Multi alineamiento de las NLSs de EhNCABP166 5.2.2. Análisis bioinformático de la proteína EhRan. 5.3. Técnicas de biología molecular. 5.3.1 Amplificación de las versiones truncadas de la proteína EhNCABP166 y de las quimeras que contienen a las NLS por Reacción en Cadena de la Polimerasa 5.3.2. Elución de ADN amplificado de los geles de agarosa 5.3.3. Clonación de las versiones truncadas de la proteína EhNCABP166 y de las quimeras que contienen a las NLS en el vector amibiano pExEhNEO 5.3.4. Clonación de los dominios que contienen señales de localización en el vector PCR 2.1 TOPO 5.3.5. Generación de mutantes dobles en los dominios de EhNCABP166 que contienen NLS 5.3.6. Transformación de E. coli 5.3.7. Purificación de plásmidos 5.3.8. Electroporación de E. histolytica 5.4. Detección de la proteína EhNCABP166 y las construcciones transfectadas usando microscopía de transmisión electrónica 5.5. Microscopía Confocal 5.6 Técnicas Bioquímicas 5.6.1. Electroforesis en geles de poliacrilamida SDS-PAGE 3 5.6.2 Extracción de proteínas totales de E. histolytica 5.6.3. Extracción de proteínas citoplasmáticas y nucleares de E. histolytica 5.6.4. Espectrometría de masas 5.7. Técnicas inmunológicas 5.7.1. Inmunoprecipitación de la proteína EhNCABP166 5.7.2. Ensayo de Western Blot VI. Resultados. 6.1. Localización nuclear de la proteína EhNCABP166 mediante MET 6.2. Localización celular del dominio Ac - d100 - y de las construcciones NLS1, 2 y 3 fusionadas al dominio Ac - d100 - . 6.3. Localización celular de diferentes construcciones de EhNCABP166 en trofozoítos de E. histolytica. 6.4. Interacción del PI(3,4)P2 con EhNCBAR1-166 6.5. Localización celular del dominio EhNCGBD/FH3-166 mutado y de la construcción EhNCR1C-166 mutada. 6.6. Localización nuclear de las construcciones NLS3 Ac - d100 - , EhNCRIC-166 y EhNCR1CK1005A/K1006/A mediante MET. 6.7. Inmunoprecipitación de la proteína EhNCABP166 6.8. Análisis in silico de la proteína Ran de E. histolytica 6.9. Detección de la proteína Ran en extractos totales de E. histolytica VII. Discusión de Resultados VIII. Conclusiones 4 IX. Perspectivas X. Referencias XI. Apéndices XII. Artículos publicados durante el doctorado 5 Lista de figuras Figura 1. Ciclo de vida de E. histolytica Figura 2. Modelo de la fagocitosis en E. histolytica Figura 3. Esquema de la proteína EhNCABP166 Figura 4. Multi alineamientos de NLSs y NES de EhNCABP166 Figura 5. Funciones de las ABPs en el núcleoFigura 6. Sistema de transporte núcleo- citoplasmático Figura 7. Microscopía electrónica de transmisión de la proteína EhNCABP166 Figura 8. Fusión de las NLSs al dominio Ac - d100 - Figura 9. Construcciones realizadas para analizar los dominios de la proteína EhNCABP166 Figura 10. Localización celular de la proteína EhNCABP166 y de los dominios que integran a la proteína Figura 11. Interacción del PI (3,4)P2 con el dominio EhNCBAR1-166 Figura 12. Mutación de las lisinas 746/747 en el dominio EhNCGBD/FH3-166 y 1005/1006 en la construcción EhNCR1C Figura 13. Microscopía electrónica de transmisión de las construcciones NLS3 Ac - d100 - HSV, EhNCR1C-166 y EhNCR1CK1005A/K1006A-166 Figura 14. SDS-PAGE de la inmunoprecipitación de la proteína EhNCABP166 en la fracción nuclear soluble Figura 15. Western blot de las fracciones nucleares e inmunoprecipitación de la fracción soluble nuclear 6 Figura 16. Multi alineamiento de la proteína Ran de E. histolytica Figura 17. Detección de la proteína Ran en trofozoitos de E. histolytica cepa HM1:IMSS usando espectometría de masas Figura 18. Distribución de subfamilias de las carioferinas β en organismos eucariontes 7 Lista de abreviaturas ABD Dominio de unión a actina (por sus siglas en inglés) ABP Proteína de unión a actina (por sus siglas en inglés) ADN Ácido desoxirribonucleico ATP Adenosín trifosfato BAR Bin–Amphiphysin–Rvs BSA Albúmina sérica bovina (por sus siglas en inglés) CH Dominio homólogo a calponina (por sus siglas en inglés) CRM1 Región de mantenimiento del cromosoma 1 (por sus siglas en inglés) DAPI 4,6 diamino 2 fenilindol D.O. Densidad óptica EDTA Ácido etilendiaminotetraacético (por sus siglas en inglés) EGTA Ácido etilenglicol-bis(β- aminoetil éter)- N, N, N´, tetraacético F-actin Actina filamentosa (por sus siglas en inglés) FITC Isotiocianato de Fluoresceína (por sus siglas en inglés) G418 Geneticina GBD/FH3 Dominio de unión a GTPasas (por sus siglas en inglés) GTP Guanosín trifosfato HSV Virus del herpes simple (por sus siglas en inglés) Kapα Carioferina alfa Kap β Carioferina beta 8 NES Señal de exportación nuclear (por sus siglas en inglés) NLS Señal de localización nuclear (por sus siglas en inglés) nm nanómetro NPC Complejo del poro nuclear (por sus siglas en inglés) PHMB Polihexametilenbiguanidina PBS Tampón de fosfatos salino (por sus siglas en inglés) PCR Reacción en cadena de la polimerasa (por sus siglas en inglés) PFA Paraformaldehído R1C Región localizada alrededor de los 1000 aminoácidos en la región C-terminal (por sus siglas en inglés) RNAasa Ribonucleasa Rpm Revoluciones por minuto SDS Dodecil sulfato de sodio (por sus siglas en inglés) TEM Microscopía de transmisión electrónica TRITC Isotiocianato de tetrametilrodamina (por sus siglas en inglés) UV Ultra Violeta 9 Resumen En células con una gran movilidad, la reorganización del citoesqueleto de actina es fundamental para generar los cambios estructurales que le permitirán responder de manera adecuada hacia las señales externas a las que se ven sometidas. El citoesqueleto de actina es una red dinámica de filamentos de actina que se asocian a múltiples proteínas de unión a actina (ABPs por sus siglas en inglés) y participan coordinadamente en diversos eventos celulares, tales como la arquitectura y motilidad celular. El re-arreglo del citoesqueleto de actina está mediado por la participación de múltiples ABPs, que permiten el entrecruzamiento de los filamentos de actina polimerizada para formar diferentes tipos de redes o bien pueden unirse a otras proteínas o lípidos. La mayor parte de los estudios realizados sobre ABPs han sido con el propósito de estudiar su estructura y función tanto en citoplasma así como en la membrana celular. Sin embargo, se ha demostrado que algunas ABPs no solo tienen funciones en el citoplasma, sino que además tienen diversas funciones en el núcleo, tales como su participación en la transcripción, replicación y reparación de ADN. A la fecha, varias ABPs han sido identificadas en E. histolytica; de entre ellas destaca la proteína EhNCABP166, la cual, hasta ahora, es la única ABP de E. histolytica que se localiza tanto en el citoplasma como en el núcleo de este parásito. La proteína EhNCABP166 tiene un dominio de unión a actina (ABD) similar al que contienen otras ABPs, dos dominios BAR, un dominio de unión a GTPasas y una región alfa hélice. Análisis bioinformáticos de la secuencia de aminoácidos de EhNCABP166 muestran la presencia de tres señales de localización nuclear bipartita (NLS) y una señal de exportación nuclear (NES). En el presente estudio nos enfocamos a determinar la funcionalidad de estas señales presentes en la proteína EhNCABP166. Para lograr este objetivo fusionamos cada una de las 3 NLSs a un dominio citoplasmático de la proteína ehFLN (Ac - d100 - ). Los resultados mostraron que la fusión de cada una de estas señales al dominio Ac - d100 - , permitió a este dominio ser transportado hacia el núcleo. Además, se evaluó la localización celular de cada uno de los dominios transfectados de la proteína EhNCABP166. Estudios celulares de los dominios transfectados EhNCABD-166 y EhNCBAR1-166 (dominio que contiene la NLS1) permitieron determinar que éstos dominios transfectados fueron localizados fuera del núcleo, mientras que el dominio EhNCGBD/FH3-166 (dominio que contiene la NLS2), EhNCBAR2ΔNES y la 10 construcción EhNCR1C-166 (región que contiene la NLS3) fueron localizadas en el núcleo de trofozoítos transfectados con cada una de estas construcciones. Así mismo, añadimos la NES al dominio EhNCBAR2ΔNES-166 y la construcción EhNCR1C-166, con lo cual se observó un desplazamiento hacia el citoplasma en ambas construcciones, lo cual sugiere que esta señal es funcional. También mutamos las dos lisinas del primer bloque de las NLSs 2 y 3, teniendo como resultado una disminución en la localización nuclear del dominio EhNCGBD/FH3-166 y la construcción EhNCR1C-166. El uso de microscopía electrónica de transmisión nos permitió corroborar la localización nuclear de la proteína EhNCABP166 en trofozoítos silvestres y de las construcciones HSV-taggedNLS-Ac - d100 - , EhNCR1C-166 y EhNCR1CK1005A/K1006A-166 en trofozoítos transfectados. El fosfoinosítido PI(3,4)P2 se une al EhNCBAR1-166 in vivo, posiblemente bloqueando el reconocimiento de la señal de transporte ubicada en este dominio. La proteína EhNCABP166 fue encontrada en la fracción nuclear insoluble, lo cual dificultó el estudio de la función de esta proteína en el núcleo del parásito. Un análisis in silico sugiere la presencia de la proteína Ran en Entamoeba histolytica. Con los resultados obtenidos sugerimos laexistencia de un sistema de transporte núcleo-citoplasmático en el parásito E. histolytica. Abstract In cells with high mobility, the reorganization of the actin cytoskeleton is essential for generating the structural changes that allow responding appropriately to external cues to which they are subjected. The actin cytoskeleton is a dynamic network of actin filaments that are associated with multiple actin binding proteins (ABP) and participate in 11 coordination in various cellular events, such as architecture and cell motility. The rearrangement of the actin cytoskeleton is mediated by the participation of multiple ABPs, which allow crosslinking of the polymerized actin to form different types of networks or may bind to other proteins or lipids. Most studies on ABPs have been for the purpose of studying the structure and function both in the cytoplasm and cell membrane. However, it has been shown that some ABPs have functions not only in the cytoplasm, but also have various functions in the nucleus, such as its involvement in transcription, DNA replication and repair. To date, several ABPs have been identified in E. histolytica, with highlights including EhNCABP166 protein, which, so far, is the only ABP E. histolytica which is located in both the cytoplasm and nucleus of this parasite. EhNCABP166 protein has a domain of actin-binding (ABD) similar to which contain other ABPs, two domains BAR, a GTPases-binding domain and a alpha helix region. EhNCABP166 is an Entamoeba histolytica actin-binding protein that localizes to the nucleus and cytoplasm. Bioinformatic analysis of the EhNCABP166 amino acid sequence shows the presence of three bipartite nuclear localization signals (NLS) and a nuclear export signal (NES). The present study aimed to investigate the functionality of these signals in three ways. To achieve this goal, we fused each potential NLS to a cytoplasmic domain of ehFLN (Ac - d100 - ). Results showed that fusion of each NLS resulted in shuttling of the Ac - d100 - domain to the nucleus.to determine whether the localization of this domain could be altered by the presence of the NLSs. Furthermore, the localization of each domain of EhNCABP166 was determined. EhNCABD-166 and EhNCBAR1-166 (domain containing NLS1) domains were located outside the nucleus, while as EhNCGBD/FH3-166 domain (domain that contains NLS2), EhNCBAR2ΔNES-166 domain and construction EhNCR1C-166 (region containing NLS3) were located in the nucleus of transfected trophozoites. Additionally, we added the NES to EhNCBAR2ΔNES-166 domain and EhNCR1C-166 construction which showed a shift to the cytoplasm in both constructions, suggesting that this signal is functional. A mutation of lysines in the first block of bipartite signals 2 and 3 affected the localization of the EhNCGBD/FH3-166 domain and EhNCR1C-166 construction. 12 The use of transmission electron microscopy allowed us to confirm the nuclear location of EhNCABP166 protein in wild type trophozoites and HSV-taggedNLS-Ac - d100 - , EhNCR1C-166 and EhNCR1CK1005A/K1006A-166 constructions in transfected trophozoites. The phosphoinositide PI (3, 4) P2 binds to EhNCBAR1-166 in vivo, possibly blocking the recognition of the transport signal located in this domain. EhNCABP166 protein was found in the insoluble nuclear fraction, making it difficult to study the function of this protein in the nucleus of the parasite. An in silico analysis suggests the presence of Ran protein in E. histolytica. The obtained results suggest the existence of a nuclear- cytoplasmic transport in the parasite E. histolytica. I. INTRODUCCIÓN 1.1 Amebiasis La amebiasis es definida por la Organización Mundial de la Salud como una infección causada por el parásito Entamoeba histolytica. Este parásito protozoario tiene una 13 distribución mundial y en especial un alto predominio en países pobres con condiciones sanitarias inapropiadas. En naciones desarrolladas, las infecciones registradas por E. histolytica han sido reportadas en viajeros que han visitado regiones endémicas y también en inmigrantes que vienen de estas regiones (Pritt & Clark. 2008). E. histolytica es un parásito protozoario, agente causal de la amebiasis en humanos y responsable de aproximadamente 35 a 50 millones de casos de síntomas de enfermedad y de aproximadamente 100 000 muertes anualmente (WHO/PAHO/UNESCO. 1997). Se ha calculado que la prevalencia promedio de la amebiasis en el mundo es del 10%, alcanzando de un 50-80% en países poco desarrollados y en zonas tropicales, siendo la tercera parasitosis más importante después de la malaria y la esquistosomiasis (Gil L y cols., 2011). La letalidad por complicaciones de esta patología está estimada entre el 0.1% y 0.25%. La amebiasis invasora está concentrada en pocos lugares del mundo: México, Sudamérica Occidental, sur de Asia, sudeste y oeste de África (Sánchez M & Mújica Y. 2009). En México, a pesar de que las enfermedades diarreicas provocadas por E.histolytica han ido a la baja y que esta patología ha presentado una disminución en el número de casos e incidencia en los últimos años, continúa manteniéndose entre las primeras veinte causas de morbilidad en el país. La mayoría de las infecciones son asintomáticas, pero la invasión de tejidos puede resultar en colitis amibiana, abscesos hepáticos e incluso diseminación a otros órganos. 1.2. Entamoeba histolytica La infección por E. histolytica es adquirida a través de la ingestión de alimentos y agua contaminada con los quistes del parásito, haciendo que esta enfermedad sea de mayor incidencia en áreas con poca sanitización. Cuando el humano ingiere alimentos o agua contaminada con quistes, éstos pueden llegar al intestino delgado, lugar donde se desenquistan, dando lugar a 8 trofozoítos por quiste. Los trofozoítos migran hacia el intestino grueso, lugar en donde se pueden enquistar y ser desechados con las heces, completando así su ciclo de vida (Figura 1). Bajo ciertas 14 condiciones que aun no se han esclarecido totalmente, E. histolytica tiene la capacidad de colonizar el intestino e invadir el epitelio intestinal causando desde una diarrea hasta una colitis ulcerativa crónica. En algunos casos el trofozoito se disemina al torrente sanguíneo, lo que resulta en abscesos amibianos extraintestinales, principalmente en el hígado (Stanley, S.L., Jr. 2003). Las poblaciones de trofozoítos pueden alcanzar altas densidades y agregarse, un proceso en el cual se activa el cambio de crecimiento exponencial a enquistamiento y que también puede concebirse como un disparador de la virulencia (Faust & Guillén, 2012). A diferencia de otras especies de parásitos, E. histolytica no depende de un vector de transmisión, ya que los quistes son excretados en heces y de esta manera, perpetuán el ciclo fecal - oral de vida de este parásito (Faust & Guillén, 2012). 15 Figura 1.Ciclo de vida de E. histolytica y consecuencias clínicas de la infección en humanos. 1.2.1. Factores de virulencia de E. histolytica E. histolytica se caracteriza por su extraordinaria capacidad para invadir y destruir los tejidos del huésped. La capacidad patógena de los trofozoítos de E. histolytica se ha atribuido principalmente a la capacidad de este parásito para fagocitar, a su resistencia al sistema del complemento y a la expresión de adhesinas, proteasas de cisteínas, amebaporos colagenasas o fosfolipasas o su actividad citotóxica. El proceso invasivo es sumamente importante durante la patogénesis, debido a su gran movilidad manifestada por la rápida locomoción, pleiomorfismo y continuo movimiento de componentes intracelulares de este tipo de células. Las moléculas del hospedero como lo son: anafilotoxina C5a y fibronectina (FN), así como los lisados de los eritrocitosson capaces de atraer a los trofozoítos (Franco E y cols., 1997, Urban T y cols., 1983) , por lo tanto, estos datos sugieren fuertemente que la quimiotaxis de E. histolytica tiene una participación importante durante la invasión de los diferentes tejidos del huésped. Durante la quimiotaxis, la amiba sensa gradientes químicos en el ambiente extracelular vía quimioreceptores. La unión de este quimioatrayente con su receptor específico activa cascadas de señalización permitiendo la polarización de la célula y un movimiento orientado llevando a cabo la formación de un pseudópodo predominante que permite la elongación de la célula en una manera persistente y directa paralelo al gradiente quimiotáctico (Eisenbach M, 2004). Los pseudópodos son ricos en actina filamentosa y proteínas de unión a actina como la proteína ABP-120 , miosina IB, profilina (Binder M y cols, 1995) , EhPAK ( Labruyere E y cols., 2003) y miosina II ( Marion S y cols., 2005 ). Por otro lado, el uroide, un apéndice que se forma en la parte posterior de E. histolytica, que se puede formar estimulando las células con ConA o bien utilizando anticuerpos dirigidos contra este parásito. Generalmente E. histolytica puede generar un desprendimiento de membrana plasmática de la región que conforma el uroide, por lo que la membrana liberada al medio extracelular puede contener moléculas de superficie con ligandos multivalentes que fueron agrupadas y transportadas activamente en un proceso llamado capping (Trissl D y cols., 1977, Calderon J y cols., 1980). Por otro 16 lado, la migración amibiana, además de polarizar a la célula, involucra cambios cíclicos en la fuerza adhesiva mediada por moléculas de superficie que forman estructuras altamente especializadas conocidas como placas de adhesión (Vázquez J y cols., 1995) en los sitios de contacto con proteínas de matriz extracelular. Los trofozoítos realizan un proceso de invasión muy elaborado, en el cual secretan y expresan proteínas, lo que les permite adherirse al epitelio, degradar la matriz extracelular y producir citólisis de las células epiteliales para penetrar dentro de la mucosa; además fagocitan activamente bacterias y desechos de las células del huésped que les sirven de alimento. La fagocitosis consiste de varios pasos que en este parásito incluyen el reconocimiento y la unión a ligandos de la célula blanco, por ejemplo, la lectina específica de galactosa/N-acetilgalactosamina (Gal/GalNAc) o la adhesina de 112 kDa que une eritrocitos (Arroyo R & Orozco E, 1987, Banuelos C y cols., 2005). El reconocimiento ligando-receptor produce la activación de vías de señalización que llevan a la reorganización del citoesqueleto, permitiendo la formación de pseudópodos que se cierran sobre la célula que se va a fagocitar formando el fagosoma. Actualmente, con la ayuda de herramientas bioquímicas tales como la proteómica, se ha logrado tener un panorama más amplio acerca de las diferentes proteínas que participan durante la fagocitosis amibiana (Figura 2).Se han descrito tres pasos básicos en la patogénesis de la amebiasis: colonización, reducción/ disrupción de la mucosa y citólisis. Durante estos procesos, múltiples quimioatrayentes y citocinas proinflamatorias son liberadas por las células epiteliales, iniciando una respuesta aguda. En el inicio de la invasión, el trofozoito se enfrenta con la capa de mucina que recubre el epitelio del colon como el principal obstáculo para invadirlo (Gómez-Trejo JC y cols., 2007). En la invasión de la mucosa intestinal, los trofozoítos de E. histolytica tienen que destruir una extensa capa de mucina, la cual cubre el epitelio intestinal. Para que los trofozoítos de E. histolytica logren acceder al epitelio por proteólisis de la mucina MUC2 (principal componente glucoproteíco de la mucosa intestinal) (Garcia-Zepeda EA y cols., 2007., Moncada D y cols., 2003.) y ejerza su potencial patógeno sobre las células del huésped, es necesario que se establezca un contacto directo por medio de la interacción entre lectinas del parásito y las glucoproteínas presentes en la mucina del colon. 17 La adherencia de los trofozoítos a las células blanco es un requisito para la colonización e invasión, y está mediada por varias moléculas. Esta adherencia se realiza gracias a la acción citolítica de las enzimas proteolíticas que el parásito posee, como proteasas y ameboporos. La extensión y profundidad de la acción citolítica determinan la aparición de úlceras de diversos tamaños, las cuales, generalmente, terminan en la perforación de la pared intestinal (McCoy JJ y cols., 1994, Almeida–Motta & Pontes da Silva 2002, Naquira C. 1997). La muerte celular por invasión con E. histolytica depende del contacto, por lo tanto, la adherencia a las células del huésped es de importancia crítica en la patogénesis de la amebiasis intestinal y, también, en el desarrollo del absceso amebiano (McCoy JJ y cols., 1994, Horga MA y cols., 2006). La adhesión es importante no solo por la persistencia y migración controlada del patógeno, sino también para la virulencia del parásito. Estos tres procesos involucran la participación del citoesqueleto de manera crucial. 18 Figura 2. Modelo de fagocitosis de E. histolytica. El esquema muestra las proteínas identificadas por proteómica (Marion S y cols., 2005a) en los fagosomas tempranos aislados de E. histolytica, las cuales fueron agrupadas dependiendo del posible evento en que participan. 1) La célula que va a ser fagocitada se adhiere a la superficie amibiana vía receptores específicos, desencadenando vías de señalización que permiten el rearreglo del citoesqueleto. 2) Proteínas del citoesqueleto son reclutadas al sitio de contacto amiba-célula. La deformación en la membrana, causada por polimerización local de actina y contracción de acto-miosina, permite la extensión de pseudópodos que forman la copa fagocítica. 3) La membrana se cierra sobre la célula que se va a fagocitar. Membranas del retículo endoplásmico (RE) o de endosomas (E) podrían fusionarse con el fagosoma naciente (Tomado y modificado de Marion S & Guillén N. 2006) La mayoría de los procesos antes mencionados son regulados por el citoesqueleto de actina. La actina es una de las proteínas más abundantes y es regulada por diversas proteínas que se unen a ella. A continuación se hablará más de la actina y de las proteínas de unión a actina encontradas en E. histolytica. 1.3. Actina en el parásito E. histolytica. En el parásito protozoario E. histolytica, los genes que codifican para la actina fueron clonados, analizados y secuenciados (Meza I y cols., 1983, Huber M y cols., 1987). Posteriormente, la expresión de la proteína fue confirmada al purificar de los trofozoítos una molécula con características moleculares, bioquímicas y funcionales similares a una actina típica (Meza I y cols., 1983). De acuerdo con las características bioquímicas de esta proteína, se sabe que es una molécula que presenta un peso molecular de 45 kDa con un pI de 5.4, lo que la hace ser una molécula ligeramente más pesada y ácida en comparación con la actina muscular. Funcionalmente esta proteína mostró “in vitro” la capacidad de formar filamentos que son capaces de activar a la ATPasa de la meromiosina de la actina muscular, pero que no se une a DNAasa I como lo hacen otras actinas (Meza I y cols., 1983). Aunque esta actina no se une a DNAasa I, anticuerpos purificados que reconocen a actina de diferentes eucariontes superiores, incluyendo a otros protozoarios, sugirió un alto grado de homología entre este tipo de moléculas (Meza I y cols., 1984). 19 La disponibilidad de un marcador de actina polimerizada (faloidina-rodamina) ha permitido la localización de la actina F en la región cortical de los trofozoítos, en la copa fagocítica de los trofozoítos durante la eritrofagocitosis, en las invaginacionespinocíticas y durante la formación del uroide (Bailey GB y cols., 1985). Estas funciones están relacionadas con el movimiento celular así como también con la destrucción dependiente de contacto, las cuales son bloqueadas al hacer uso de la citocalasina D (una droga que inhibe la polimerización de actina), por lo que se ha propuesto una posible correlación entre la polimerización de actina y estos procesos celulares (Ravdin JI y cols., 1985). Por otra parte, el control de la transcripción del mRNA del gen de actina en los trofozoítos de E. histolytica está íntimamente relacionado con las condiciones de crecimiento del parásito, lo cual consecuentemente tiene un efecto directo sobre la organización de la red de microfilamentos, la movilidad, así como también en la capacidad invasiva del parásito (Manning-Cela R & Meza I. 1997). Experimentos posteriores mostraron que la actina puede inducir estructuras complejas tales como placas de adhesión, que son definidas como una interacción estrecha entre la amiba y el sustrato. Probablemente la formación de estas placas de adhesión en amiba sea el resultado de un proceso que requiere la interacción de un receptor (semejante a integrinas) con su ligando específico. En este parásito al menos dos receptores han sido reportados, una proteína de 37 kDa (Talamas-Rohana P & Meza I, 1998) y una de 140 kDa, esta última con similitud a la integrina β1 (β1EhFNR) (Talamas-Rohana P y cols., 1992), mientras que el ligando específico parece ser el extremo amino-terminal de la fibronectina (Franco E y cols., 1997). En estas estructuras de adhesión se reportó la participación de proteínas tales como la vinculina, α-actinina y tropomiosina, las cuales son importantes para ayudar a mantener la estabilidad de los filamentos de actina. Por otra parte, se ha reportado que la adhesión de los trofozoítos de E. histolytica a la fibronectina forma un complejo de señalización multimolecular que dispara eventos de fosforilación sobre el mismo receptor β1EhFNR, FAK, paxilina y vinculina (Flores-Robles D y cols., 2003). Por otra parte, se ha encontrado que los trofozoítos de E. histolytica en presencia de fibronectina, promueven la activación de diferentes vías de señalización acopladas a proteínas G heterotriméricas, las cuales promuevan la polimerización de actina que, en conjunto con otras proteínas, promueven diferentes procesos celulares tales como la 20 adhesión, la secreción de proteasas y la locomoción en los trofozoitos de este parásito (Soid-Raggi LG y cols., 1998). 1.4. Proteínas de unión a actina de E. histolytica. Al igual que en eucariontes superiores, en la amiba se han logrado identificar diversas proteínas de unión a actina entre las cuales se encuentran: profilina , miosina II (Coudrier E. y cols., 2005), vinculina, tropomiosina (Vázquez J y cols., 1995) y EhCaBP1 (Sahoo N y cols., 2004). Así mismo se conocen proteínas con dominio ABD tales como: espectrina (Marion S y cols., 2004a), ABP120 (Vargas M.A. y cols., 1996b) α-actinina (Virel A and Backman L 2006), EhABPH y α-actinina 2 (Virel A y cols., 2007). Respecto a sus funciones, profilina es un componente central del citoesqueleto de actina (Carlsson L y cols., 1976), con 21 residuos de su secuencia capaces de interactuar con actina de mamíferos y de plantas, de los cuales 17 residuos están conservados con respecto a la secuencia de profilina de mamíferos (Binder M y cols., 1995b). Virel y Backman en los años 2006 y 2007 identificaron las proteínas α-actinina y α- actinina 2 en E. histolytica. Estas proteínas conservan la función esencial para las α- actininas reportadas en otros sistemas, que es la capacidad de entrecruzar filamentos de actina de una manera dependiente del calcio (Virel A. and Backman L. 2006). EhCaBP1es una proteína que se une a actina F y que participa en procesos de fagocitosis y endocitosis. (Sahoo N y cols., 2004). Otras de las proteínas de unión a actina identificadas en trofozoítos de E. histolytica son las moléculas EhABP-120 y EhABPH. La primera pertenece a la familia de las filaminas que son proteínas entrecruzadoras de filamentos de actina que promueven la formación de redes ortogonales. Esta molécula se localiza en el pseudópodo y en la región del uroide de E. histolytica, lo que sugiere que probablemente la importancia funcional de esta localización dual resida en el enriquecimiento de la actina F. Respecto a la estructura de EhABP120, se sabe que el extremo amino-terminal presenta un sitio de unión a actina que es homólogo al de las proteínas ABP-120 de D. discoideum, α-actinina y espectrina, mientras que en la región central exhibe cuatro repetidos tipo inmunoglobulina; 21 sin embargo, el extremo carboxilo-terminal es altamente divergente con respecto al de ABP-120 de D. discoideum (Vargas M y cols., 1996c). Esta región divergente fue denominada EhEND y es capaz de asociarse con sulfátido, siendo esta molécula blanco un nuevo ligando para miembros de la familia de las filaminas. Además, se demostró que esta región es capaz de dimerizar “in vitro” y que este dímero es estabilizado mediante la unión al sulfátido (Diaz-Valencia D y cols., 2005). EhABPH presenta una estructura bipartita, es decir, el extremo N-terminal muestra homología de secuencia con respecto a la proteína coronina de D. discoideum, mientras que el extremo C-terminal exhibe homología de secuencia a proteínas de la familia gelsolina/villina (Ebert F y cols., 2000). Con respecto a su función, se sugiere que puede ser un componente necesario para dirigir vesículas intracelulares hacia la membrana plasmática, además de su posible participación en la formación del uroide en el parásito E. histolytica (Ebert F y cols., 2000). Otro tipo de proteínas estudiadas en E. histolytica son las miosinas, proteínas motoras que entrecruzan filamentos de actina y que utilizan la energía de la hidrólisis del ATP para el movimiento. En la amiba únicamente se han identificado y estudiado dos, a la miosina II y la miosina 1B. La miosina II es una miosina convencional que presenta en su estructura los dominios reportados para la miosina II en eucariontes superiores que son: un dominio globular que contiene una región de aminoácidos involucrada en la interacción con ATP y con actina e interacción con la cadena ligera de la miosina (Raymond-D y cols., 1993). Se ha observado que esta proteína se encuentra tres veces más concentrada en el uroide que en el resto de la célula durante el capping, lo que sugiere que la liberación del capping en la célula depende de la contracción dirigida por la miosina II (Arhets y cols., 1995). La sobre-expresión de la cadena ligera meromiosina de la miosina II (la cual es esencial para la formación de filamentos de miosina II) en trofozoítos de E. histolytica provocó que los trofozoítos presentaran un movimiento anormal, además de mostrar irregularidades en la formación del uroide así como deficiencias en la formación del capping en células estimuladas con Con A. Esto permitió sugerir que esta proteína podría participar en estos procesos celulares (Arhets P y cols., 1998). La miosina IB es la primera miosina no convencional identificada en este parásito (Vargas M y cols., 1997). Esta proteína presenta los dominios característicos de las miosinas I subclase 1, ya que están formadas por una cabeza y una cola, un dominio de unión a GTP o ATP, un dominio de 22 unión a actina, una región IQ para interactuar con calmodulina y un dominio SH3 putativo que probablemente le permita interaccionar con la membrana plasmática de E. histolytica. Diferentes evidencias experimentales han permitido sugerir que la miosina IB tiene una participación importante durante el proceso de fagocitosis, por ejemplo, al usar anticuerpos contra esta proteína en ensayos de microscopía de fluorescencia esta molécula se ve enriquecidaen el pseudópodo y en vesículas. Sin embargo, cuando los trofozoítos son estimulados con eritrocitos humanos, la miosina IB se detecta en la copa fagocítica y alrededor de los fagosomas internalizados durante la eritrofagocitosis (Voigt H y cols., 1999a). Por otro lado, la sobre-expresión de la miosina IB en los trofozoítos de E. histolytica, provocó un incremento en la rigidez de la actina cortical disminuyendo así la flexibilidad de la membrana plasmática, lo cual trae como consecuencia una deficiencia en la fagocitosis (Voigt H y cols., 1999a). También se ha observado que la sobre-expresión de la miosina IB tiene como resultado un incremento en la viscosidad del citoplasma, ya que se observaron cambios en la densidad de las redes de actina y por lo tanto se provocó un retraso en el inicio de la fagocitosis lo que sugiere que esta proteína puede regular el dinamismo de las redes de actina en el citoplasma, lo cual es trascendental para el proceso de fagocitosis en este parásito. Nuestro grupo de trabajo determinó la presencia de una nueva ABP en E. histolytica; esta proteína fue la proteína EhNCABP166, una proteína que es localizada tanto en el citoplasma y membrana celular como en el núcleo de trofozoítos (Campos-Parra A y cols., 2010). Es la primera vez que se ha reportado una ABP nuclear en este parásito. Sin embargo, en eucariontes superiores, se ha reportado la presencia de diversas ABPs en el núcleo; incluso, para muchas de ellas, se ha descrito que tienen funciones específicas. A continuación, se detalla un poco de la información sobre ABPs nucleares en eucariontes superiores. 1.5 La proteína EhNCABP166 La proteína EhNCABP166 consta de 1387 aminoácidos, tiene un peso molecular de 166 kDa y un punto isoeléctrico teórico de 5.22 (Campos-Parra A y cols., 2010). Esta ABP contiene diversos dominios, entre los que se encuentran un dominio de unión a actina 23 (ABD por sus siglas en inglés) compuesto por dos dominios homólogos a Calponina, dos dominios Bin–Amphiphysin–Rvs (BAR), un dominio de unión a GTPasas (GBD por sus siglas en inglés) y una región alfa hélice (Figura 3). El multi-alineamiento del dominio ABD de la proteína EhNCABP166 con diferentes dominios ABDs de diferentes proteínas ABPs, mostró que el dominio ABD de EhNCABP166 contiene las tres regiones conservadas denominadas como ABS1, ABS2 y ABS3 las cuales, han sido reportadas como las regiones importantes para llevar a cabo la interacción con los filamentos de actina (Gimona M y cols.,. 2002a). Esta proteína se unió a la actina filamentosa tanto in vitro como in vivo, por lo que se sugiere que el ABD de la proteína EhNCABP166 es un dominio funcional. La proteína contiene dos dominios BAR, los cuales tienen un comportamiento similar a los dominios BAR observados en otras proteínas. In vitro, el dominio EhNCBAR1 de EhNCABP166 interacciona con gran afinidad con el lípido fosfatidilinositol (PI) 3 fosfato , PI4 fosfato y PI5 fosfato y con menor afinidad a los PI(4,5) bifosfato (P2) y PI (3,4)P2. El dominio EhNCBAR2-166 interacciona con gran afinidad con los lípidos PI 5 fosfato, PI 4 fosfato y PI 3fosfato y con menor afinidad al PI (4,5) P2 y al PI (3,4,5) trifosfato (P3). Así mismo, estos dominios fueron capaces de interaccionar in vitro con algunas GTPasas amibianas. El dominio EhBAR1-166 se unió a la GTPasa Rho1, mientras que el dominio EhBAR2-166 se unió con las GTPasas EhRacG, EhRacC y EhRas1 (Campos-Parra A y cols., 2010). Figura 3. Esquema que representa la organización de la proteína EhNCABP166. La proteína de 1387 aminoácidos y de un peso de 166 kDa contiene un ABD conformado por dos dominios CH (aminoácidos 19-233). Así mismo, la proteína está conformada por dos dominios BAR (BAR1 24 aminoácidos 248-512, BAR2 aminoácidos 1057-1314) y un dominio GBD/FH3 (aminoácidos 438- 852). La proteína contiene una región alfa hélice entre el dominio GBD/FH3 y el dominio BAR2 (aminoácidos 854-.1056). La proteína contiene 3 señales de localización nuclear clásicas bipartitas (NLS), localizadas en el dominio BAR1 (NLS1), en el dominio GBD/FH3 (NLS2) y en la región alfa hélice R1C (NLS3). Así mismo, la proteína EhNCABP166 contiene una señal de exportación nuclear (NES) localizada en el extremo C-terminal de la proteína. En el caso del dominio EhNCGBD/FH3-166 (GTPase binding domain) de la proteína EhNCABP166, éste fue capaz de interaccionar in vitro con las GTPasas EhRacG, EhRacC, EhRas1. El dominio EhGBD/FH3-166 también fue capaz de interaccionar con los lípidos PI 5 fosfato, PI 4 fosfato y el PI 3fosfato.Mediante un ensayo de pull down se mostró que el dominio EhNCGBD/FH3-166 fue capaz de interaccionar con la forma activa de la GTPasa EhRacG. Este primer estudio mostró que los dominios BAR y GBD de la proteína EhNCABP166 tienen propiedades similares a las ya reportadas para estos dominios, a pesar de que tienen muy poca homología con proteínas de eucariontes superiores. La proteína EhNCABP166 fue encontrada principalmente en el núcleo de E. histolytica. Sin embargo, hasta ahora no se ha determinado como es que la proteína EhNCABP166 puede ser transportada hacia el núcleo y hacia el citoplasma. El análisis in silico revela que esta proteína contiene 3 señales de localización nuclear bipartitas: 369- KKIEELEKLVSVMKEKK-385 localizada en el dominio EhNCBAR1-166, 746- KKQIEIIKNDNEKERKN-762 localizada en el dominio EhNCGBD/FH3-166 y la señal 1005-KKQLENENEIIKKENKK-1021 localizada en la región alfa hélice EhNCR1C-166, además de una señal de exportación nuclear: 1336-LFNSLAL-1342, localizada en los últimos 73 aminoácidos de la proteína EhNCABP166 (Campos-Parra A y cols., 2010). Un multialineamiento de estas señales de localización nuclear con la señal bipartita clásica de la proteína nucleoplasmina (cNLS) y las señales de localización nucleares encontradas en la proteína IL5 de humano y la proteína MAPKAP cinasa 2 muestra que las 3 NLSs contienen aminoácidos básicos tanto en el bloque 1 como en el bloque 2, al igual que la NLSs de las proteínas previamente descritas (Figura 4A). El resultado nos muestra también que las 3 señales de localización nuclear de la proteína EhNCABP166 mantienen conservadas dos lisinas en el primer bloque de la señal bipartita. Así mismo, un multi 25 alineamiento de la señal de exportación nuclear de la proteína EhNCABP166 con señales de exportación nuclear encontradas en la proteína DcpS (Scavenger mRNA-decapping enzyme) humana, en la proteína Rad 24 y en la proteína Rex del virus de leucemia de las células T de humano (HTLV-1rex) muestra que la señal de exportación de la proteína EhNCABP166 contiene las 3 leucinas en la misma posición presentes en otras señales funcionales descritas para otras proteínas (Figura 4B). A B Figura 4. A. Multi alineamiento de las NLS 1,2 y 3 de EhNCABP166 con señales de localización nucleares de 3 diferentes proteínas. B. Multi alineamiento de la señal de exportación de la proteína EhNCABP166 con señales de exportación nuclear de 3 diferentes proteínas. La presencia de estas señales en la proteína EhNCABP166 y la localización de esta proteína en el núcleo y en el citoplasma nos hacen pensar en diversas funciones por parte de esta proteína en ambos compartimentos celulares. En otros sistemas eucariontes, se sabe que el transporte de proteínas que contienen señales de localización y exportación nucleares está regulado por un sistema de transporte núcleo- citoplasmático (Fried H & Kutay U 2003). Esta es la primera ABP nuclear reportada en E.histolytica, sin embargo, en eucariontes superiores se ha reportado la presencia de diversas ABPs en el núcleo. A continuación se describirán algunas ABPs encontradas en el núcleo y algunas de las funciones que hasta ahora se han encontradopara estas proteínas en el núcleo. 1.6. Proteínas de unión a actina nucleares. La actina, así como también múltiples ABPs además de formar parte y de participar en la organización estructural del citoesqueleto de actina en el citoplasma de la célula, pueden desempeñar diferentes funciones en el núcleo (Uribe R & Jay D. 2009). Se ha reportado que en el núcleo, la actina puede participar en diferentes mecanismos 26 moleculares tales como la organización de los complejos remodeladores de la cromatina, el procesamiento del RNA, la regulación de la función de la DNAasa 1 (Olave I y cols., 2002) y regulación de la actividad transcripción llevada a cabo por las RNA polimerasas I, II y III (Fomproix N & Percipalle P 2004; Hofmann M y cols., 2004; Hu P y cols., 2004; Philimonenko V y cols., 2004). Por su parte, las ABPs como: la α-actinina 4 (Babakov VN 2004), espectrina (Bachs O y cols., 1990), α-espectrina II (McMahon L y cols., 2001; Sridharan D y cols., 2003), Β- espectrina II (Tang Y y cols., 2003), filamina (Loy C y cols., 2003) y la distrofina 71 (Fuentes-Mera L y cols., 2006) además de sus funciones citoplasmáticas, también llevan a cabo funciones adicionales en el núcleo (Fig. 4). Por ejemplo, la proteína α-actinina 4, además de entrecruzar filamentos de actina en el citoplasma y participar en el movimiento celular, se encuentra en el núcleo asociada con la subunidad p65/RelA de NF-Kappa β (Babakov VN 2004). La proteína espectrina ha sido encontrada en la envoltura nuclear así como también en gránulos intranucleares de células de hígado (Bachs O y cols., 1990) y se ha observado que la isoforma α -espectrina II, tiene una participación importante durante la reparación del DNA (McMahon L y cols., 2001; Sridharan D y cols., 2003), mientras que la isoforma β-espectrina II, se asocia con proteínas Smad en el citoplasma y son translocadas hacia el núcleo de las células del hígado (Tang Y y cols., 2003). La filamina A, organiza en el citoplasma a los filamentos de actina en redes tridimensionales ligándolos a la membrana plasmática pero también se ha observado que su región C-terminal es cortada por la proteasa calpaína, generando un fragmento de 100 KDa, fragmento que migra hacia el núcleo asociado con el receptor de andrógeno (AR) (Loy C y cols., 2003) o bien, se asocia en el núcleo con el factor de transcripción FOXC1 (Berry F y cols., 2005). Lo anterior sugiere que la filamina A puede influenciar la actividad de factores importantes de transcripción (Berry F y cols., 2005). La proteína Dp71, ha sido encontrada en fracciones de matriz nuclear de células HeLa, además coinmunoprecipita con lámina B1 y actina. La asociación de Dp71 con proteínas de la matriz nuclear indica que funcionan como proteínas de andamio con el fin de mantener la arquitectura nuclear (Fuentes-Mera L y cols., 2006). Recientemente se reportó que la forma activa de mDia entra y sale del núcleo a través del uso de la maquinaria de transporte nuclear compuesta por las proteínas importina alfa, beta y la proteína CRM1(Miki T y cols., 2009). Por lo tanto, además de organizar la estructura 27 del citoesqueleto, las ABPs también llevan a cabo funciones diferentes en el núcleo a las observadas en el citoplasma de las células, funciones tales como el remodelamiento de la cromatina, participación en el proceso de transcripción, reparación de ADN, replicación de ADN y tener un papel importante en la formación y mantenimiento de la estructura nuclear. 28 Figura 5. El modelo representa los procesos nucleares que involucran a la actina y a algunas ABPs en procesos de transcripción, replicación y reparación de ADN. El centro del modelo muestra algunos complejos remodeladores de cromatina, los cuales pueden intercambiar factores dependiendo del proceso celular (tomada de Castano E y cols., 2010). Algunas ABPs contienen señales de localización nucleares (monopartitas o bipartitas) que les permiten la entrada al núcleo (Tabla 1). En eucariontes superiores se ha reportado la presencia de un sistema núcleo- citoplasmático que permite el ingreso regulado hacia el núcleo y la exportación de proteínas desde el núcleo hacia el citoplasma. A continuación hablaremos del sistema de transporte núcleo- citoplasmático de eucariontes superiores. 29 Gene UniProt ABD Localización. Función ACTN2 P35609 CH Citoplasmática, nuclear Enlace del citoesqueleto CLMN Q96JQ2 CH Citoplasmática, nuclear Desconocida COBL 075128 WH2 Citoplasmática, nuclear Nucleador de actina DAAM1, 2 Q9Y4D1, Q86T65 FH2 Citoplasmática, nuclear Formina nucleadora de actina DIAPH1 O60610 FH2 Citoplasmática, nuclear Formina nucleadora de actina DMD P11532 CH Citoplasmática, nuclear Enlace del citoesqueleto DST Q03001 CH Citoplasmática, nuclear Enlace del citoesqueleto EZR/RDX /MSN P15311, P35241 ERM Citoplasmática, nuclear Enlace del citoesqueleto, adhesiones focales FHOD3 Q2V2M9 FH2 Citoplasmática Formina nucleadora de actina FMN1 Q68DA7 FH2 Citoplasmática Formina nucleadora de actina FMNL2 Q96PY5 FH2 Citoplasmática, nuclear Formina nucleadora de actina HIP1 O00291 ERM, I/LWEQ Citoplasmática, nuclear Endocitosis 30 INF2 Q27J81 FH2 Citoplasmática, nuclear Formina nucleadora de actina JMY Q8N9B5 WH2 Citoplasmática, nuclear Nucleador de actina, transcripción MACF1 Q9UPN3 CH Citoplasmática Enlace del citoesqueleto MAL (MKL1) Q969V6 RPEL Citoplasmática, nuclear Transcripción NAV2 Q8IVL1 CH, I/LWEQ* Citoplasmática, nuclear Migración celular PHACTR 1-4 Q9C0D0, Q8IZ21 RPEL Citoplasmática, nuclear Desconocida PLEC1 Q15149 CH Citoplasmática Enlace del citoesqueleto SPIR1 Q08AE8 WH2 Citoplasmática Nucleador de actina SPTB1 P11277 CH Citoplasmática, nuclear Enlace de citoesqueleto SYNE1 Q8NF91 CH Citoplasmática, nuclear Enlace de citoesqueleto, componente de la membrana nuclear TLN1 Q9Y490 ERM, I/LWEQ Citoplasmática Enlace de citoesqueleto, adhesiones focales UTRO P46939 CH Citoplasmática Enlace de citoesqueleto 31 WASF2, 4 Q9Y6W5, Q8IV90 WH2* Citoplasmática Activador de ARP 2/3 WASL O00401 WH2 Citoplasmática, nuclear Activador de ARP 2/3 Tabla 1. Proteínas de unión a actina de humano que contienen una señal de localización nuclear. * denota dominios de unión a actina putativos (aun sin caracterizar). Abreviaciones (por sus siglas en inglés): ACTN2, Alpha-actinin 2; CLMN, Calmin; COBL, Cordon-bleu; DAAM, Disheveled- associated activator of morphogenesis1; DIAPH1, Diaphanous homolog 1; DMD, Dystrophin; DST, Dystonin; EZR, Ezrin; RDX, Radixin; MSN, Moesin; FHOD3, Formin Homology Domain containing 3; FMN1, Formin 1; FMNL2, Formin-like 2; HIP1, Huntingtin-interacting protein 1; INF2, Inverted Formin 2; JMY. Junction mediating and regulatory protein; MACF1, Microtubule- Actin Cross-Linking Factor 1 (Actin Cross-Linking Factor 7); MAL (MKL1), Myocardin-like protein 1; NAV2, Neuron Navigator 2; PHACTR, Phosphatase and actin regulator; PLEC1, Plectin; SPIR1, Spire; SPTB1, Beta-Spectrin; SYNE1, Nesprin-1 (SYNE1); TLN1, Talin 1; UTRO, Utrophin; WASF2, WASp-family 2 (WAVE2); WASL, N-WASP. Los dominios de union a actina son: FH2, Formin Homology 2 domain; CH, Calponin Homolgy domain; ERM, Ezrin/Radixin/Moesin domain; WH2, Wiscott-Aldrich Homology 2 domain (tabla tomada de Zuchero JB y cols., 2012). 1.7. Transporte núcleocitoplasmático En células eucariontes, el citoplasma y el núcleo se intercomunican mediante los complejos del poro nuclear ubicados en la membrana nuclear. Este proceso consiste en un transporte selectivo bidireccional de macromoléculas que ocurre a través de los complejos del poro nuclear (NPCs por sus siglas en inglés). Los complejos delporo nuclear permiten la difusión pasiva de iones y de algunas pequeñas proteínas, pero restringe el paso de grandes proteínas que no contengan señales apropiadas de localización que las dirijan hacia el núcleo. El poro nuclear es un complejo de aproximadamente 125 MDa, el cual está construido por una clase de proteínas llamadas nucleoporinas, las cuales contienen una serie de repeticiones de fenilalanina - glicina que conforman la parte central del canal de 32 transporte del poro. (Stewart,M y cols., 2001, Suntharalingam, M., & Wente, S.R. 2003., Tran, E.J., & Wente, S.R. 2006). El poro nuclear permite la difusión pasiva de moléculas pequeñas, incluyendo iones y metabolitos, pero la difusión se vuelve ineficiente cuando el peso molecular se acerca a los 20-40 kDa. El transporte de proteínas de mayor tamaño entre el compartimento citoplasmático y nuclear es un proceso activo y facilitado por un grupo de proteínas acarreadoras específicas que son colectivamente llamadas carioferinas, las cuales se dividen a su vez en importinas y exportinas. La familia de las carioferinas β abarca alrededor de 14 miembros en levaduras y 19 en humanos (Yuh M. Chook & Katherine E. Süel. 2011). Muchos receptores de transporte son llamados colectivamente β-carioferinas, porque la mayoría de ellos son miembros de la súper familia de las importinas β. Aunque las proteínas cargo pueden unirse directamente a las β carioferinas (Ying M y cols., 2007., Diana Palmeri & Michael H. Malim. 1999), la interacción entre las β carioferinas y el cargo es mediada por la importina α durante la importación al núcleo clásico. En la vía clásica de transporte núcleo- citoplasmático la importina α reconoce la NLS en la proteína cargo y se une a ésta, uniéndose después a la importina β. La importina β media la interacción de este complejo trimérico con el NPC, permitiendo así el transporte de este complejo hacia el núcleo. Una vez que el complejo se encuentra en el núcleo, el complejo es desasociado por la proteína Ran unida a GTP. La unión de RanGTP a la importina β causa un cambio conformacional que resulta en la liberación del complejo entre la importina α y la proteína cargo. En contraste, en el proceso de exportación, RanGTP, la proteína cargo que contiene a la señal de exportación y la exportina se unen de manera cooperativa, resultando en un complejo que es transportado hacia el citoplasma; este complejo se recluta en la cara nuclear del NPC y, posteriormente, el complejo es traslocado hacia el citoplasma. En este compartimento celular, la proteína cargo es liberada cuando la molécula de GTP unida a la proteína Ran es hidrolizada (Lee BJ, y cols., 2006). Aunque las carioferinas de importación y exportación son muy grandes ( 100 kDa) pueden pasar a través del NPC libremente (Peters R. 2006). El diámetro de un NPC puede incrementar hasta 30 nm con la finalidad de permitir el paso a grandes y largos complejos. Una vez que el transporte ha sido 33 completado, la proteína cargo es liberada y los transportadores son reciclados (Boulo S y cols., 2007) (Figura 6). A continuación se describirán las señales de localización y exportación nucleares que permiten a diversas proteínas ser reconocidas por las carioferinas para ser movilizadas hacia el núcleo o fuera de este. Figura 6. Esquema que representa el sistema de transporte núcleocitoplasmático. Ciclo de tansporte que llevan a cabo las proteínas con NLS y NES. La proteína Ran genera el gradiente para que exista el transporte. Las importinas α y β transportan a las proteínas que contienen señales de localización hacie el núcleo y son recicladas hacia el citoplasma para realizar un nuevo ciclo de transporte. La proteína CRM1 forma un complejo con la proteína cargo que contiene una señal de exportación nuclear junto con la proteína Ran para ser exportado hacia el citoplasma, (tomado y modificado de Clarke PR y Zhang C. 2008). 34 1.8. Señales de localización nuclear El primer paso de la importación nuclear ocurre cuando una importina discrimina entre su proteína cargo y otras proteínas de citoplasma. Por lo general, las proteínas destinadas a migrar hacia el núcleo contienen NLS, las cuales, son secuencias de aminoácidos reconocidas por las importinas. El transporte de proteínas hacia el núcleo fue demostrado inicialmente con la proteína nucleoplasmina y en el antígeno T largo del virus SV40. La NLS de la proteína nucleoplasmina, está conformada por dos bloques de aminoácidos con carga, separados por un espaciador (10-12 aminoácidos indistintos) 155 KRPAATKKAGQAKKKK 170 (Robbins J.,Dilworth y cols., 1991). A este tipo de señal se le conoce como NLS bipartita. La NLS del antígeno largo T del virus SV40 está compuesta por un bloque de aminoácidos positivamente cargados 126 PKKKRRV 132 (Kalderon D. y cols., 1984). A este tipo de señal se le conoce como señal monopartita. En resumen, las señales monopartitas están compuestas por unos cuantos aminoácidos básicos, esencialmente lisinas o argininas, con una secuencia consenso (K/R)4-6. Las señales bipartitas contienen dos bloques de aminoácidos básicos, separados por 10 ó 12 aminoácidos. La secuencia consenso de estas señales es: (K/R)2 X10-12 (K/R)3, (donde X representa cualquier aminoácido) (Jans DA y cols., 2000). Cabe señalar que aunque existan secuencias como las mencionadas anteriormente en una proteína, no necesariamente tienen una participación en la migración hacia el núcleo (Boulikas T 1994). Las NLSs mono y bipartitas son encontradas frecuentemente en varias proteínas de diversos organismos y son conservadas. Es por ello que se les llama señales de localización nuclear clásicas. Sin embargo, existen señales que no siguen el patrón anterior y son llamadas señales de localización no clásicas. 1.9. Señales de localización nuclear no clásicas Además de las señales de localización nuclear clásicas, muchas otras señales han sido reportadas como señales funcionales que permiten la importación de proteínas hacia el núcleo. Sin embargo, ninguna de ellas se ha encontrado de manera frecuente ni con un 35 patrón definido. En algunas de estas señales, existen una gran cantidad de aminoácidos que conforman una NLS. Tal es el caso de la señal M9, secuencia que se encuentra conformada por un fragmento de 38 aminoácidos, (rica en glicinas y contienen un bajo número de aminoácidos cargados positivamente) de las proteínas hNRNPA1 y A2 (Pollard VW y cols., 1996). Otros ejemplos de este tipo de señales son las secuencias KNS de la proteína hnRNP K (Michael WM y cols., 1997), la secuencia QXXXFXPM(X)5GXS de la proteína HUR (secuencia HNS de HUR) (Fan XC & Steitz JA.1998). En algunos casos, un segmento muy alargado de una proteína es identificado como su NLS, lo cual sugiere que el empaquetamiento tridimesional de la proteína completa es crítica para ser reconocidas por la importina β (Sorokin AV y cols., 2007). Hasta ahora se ha descrito con que señales puede ingresar una proteína hacia el núcleo. Ahora se describirán las señales que permiten a una proteína ser exportada hacia el citoplasma desde el núcleo. 1.10. Señales de exportación nuclear Las señales de exportación nuclear (NES) son secuencias de aminoácidos básicos no polares que permiten a diversas proteínas ser exportadas hacia el citoplasma. La señal más común y mejor caracterizada es la NES hidrofóbica rica en leucina. Es un motivo no conservado con 3 ó 4 residuos hidrofóbicos, por ejemplo la secuencia LPPLERLTL. Diversos estudios de mutagénesis y computacionales han identificado una secuencia consenso φ-X(2-3)- φ-X(2-3)- φ-X- φ, en donde φ puede ser Lys, Val, Ile, Phe o Met y X representa cualquier aminoácido y los números en paréntesis representan el numero de aminoácidos que pueden haber (Fornerod M & Ohno M. 2002., La Cour T y cols., 2004). Aunque esta secuenciaes igual a varias NES reportadas, existen variaciones en esta señal. Las NES hidrofóbicas se han descubierto en muchos factores de transcripción y en reguladores de ciclo celular. Este tipo de señales fueron descubiertas en la proteína Rev del virus de inmunodeficiencia humana y el inhibidor de la proteína cinasa A (Fischer U y cols., 1995., Wen W y cols., 1995). Las exportinas reconocen a estas señales, permitiendo el transporte de las proteínas que contienen NES desde el núcleo hacia el citoplasma de las 36 proteínas que contienen estas señales. Estas NES son reconocidas por le exportina CRM1 (también conocida como Xpo1). Como en el caso de la importina β1, la proteína CRM1 puede mover diferentes substratos con o sin un adaptador. La proteína CRM1 unida a su proteína cargo no puede dejar el núcleo sin la asistencia de la proteína Ran. La proteína Ran unida a GTP se une de manera cooperativa a la proteína CRM1 para formar un complejo en el que se integra la proteína cargo, CRM1 y la proteína Ran. 1.11. La proteína Ran La proteína Ran es un factor crucial para el proceso de transporte nucleocitoplasmático (Moore M.S & Blobel G, 1993, Melchior F y cols., 1993). Esta proteína pertenece a la superfamilia de las GTPasas Ras. Los miembros de esta familia se encuentran unidos a GTP ó GDP, funcionando como un switch de apagado ó encendido. Los cambios estructurales que ocurren a la proteína Ran dependen del estado del nucleótido al cual se encuentran unido, los cuales, resultan en diferentes especificidades a sustratos (Scheffzek K y cols., 1995, Vetter I y cols., 1999a, 1999b). La energía para realizar el transporte núcleo - citoplasmático es provista por la proteína Ran, la cual tiene un ciclo entre su estado activo e inactivo (GTP/GDP). Una distribución asimétrica de Ran-GTP y Ran-GDP entre el núcleo y el citoplasma controla la importación y exportación de las proteínas cargo, y este gradiente es mantenido por varios elementos regulatorios asociados a Ran (Görlich D & Kutay U 1999). Ran-GTP se encuentra concentrada en el núcleo, mientras que Ran-GDP se encuentra concentrada en el citoplasma, así Ran puede comunicar direccionalmente el transporte nuclear actuando como un switch molecular que controla la unión y liberación de las proteínas cargo por compartimentalización. En vías de importación, los substratos su unen a las β carioferinas de manera competitiva, permitiendo al substrato unirse en el citoplasma y ser liberado en el núcleo mediante Ran-GTP. En el citoplasma, una proteína cargo que contiene una señal de localización nuclear se une a una carioferina de importación en presencia de Ran GDP. El complejo de importación se une al NPC en la parte citoplásmica y entonces es translocado hacia el núcleo. Cuando se encuentra dentro del núcleo, la carioferina β se une a la 37 proteíma Ran-GTP y libera los substratos. Una vez liberados los componentes del complejo de transporte, la proteína cargo puede buscar su blanco nuclear específico (Clarke P & Zhang C 2008). En contraste, en las vías de exportación, Ran-GTP, substratos y las carioferinas β (exportinas) se unen cooperativamente, resultando en un complejo que se une en el núcleo y que es disociado en el citoplasma cuando el GTP de Ran-GTP es hidrolizado (Figura 6). Además de regular el transporte nucleocitoplasmático, hay dos funciones más en las que se ha visto involucrada la proteína Ran: el reensamble de la envoltura nuclear durante la mitosis y la formación del huso mitótico (Di Fiore y cols., 2004). La proteína Ran tiene una alta identidad en secuencia de aminoácidos entre organismos eucariontes, incluyendo los protozoarios, lo cual sugiere una función altamente conservada entre especies. 38 II. JUSTIFICACIÓN En eucariontes superiores, la presencia de ABPs en el núcleo revela una multifuncionalidad de estas proteínas. Hasta ahora, la proteína EhNCABP166 es la única ABP reportada en el núcleo de E. histolytica. Esta proteína contiene 3 señales de localización nuclear y una señal de exportación nuclear. Las proteínas que contienen ambas señales, son capaces de ser transportadas continuamente hacia el citoplasma y hacia el núcleo teniendo funciones de regulación transcripcional o reguladoras de ciclo celular. El estudio de la funcionalidad de las NLS y de la NES de la proteína EhNCABP166 de E. histolytica y la determinación de las proteínas que interaccionan con la proteína EhNCABP166 nos ayudará a determinar la actividad de esta proteína en el núcleo. III. HIPÓTESIS Si las señales de localización nuclear 1, 2 y 3 así como la señal de exportación nuclear presentes en la proteína EhNCBAP166 son funcionales, entonces la proteína EhNCABP166 puede tener actividades específicas tanto en el citoplasma como en el núcleo de E. histolytica. IV. Objetivos Objetivo general Determinar la funcionalidad de las secuencias de localización y exportación nucleares presentes en la proteína EhNCABP166 y estudiar la función que a lleva a cabo la proteína en el núcleo de E. histolytica. 39 Objetivos particulares Determinar la localización nuclear de la proteína EhNCABP166 en trofozoítos de E. histolytica cepa HM1:IMSS. Evaluar si la secuencia NLS1 (369-KKIEELEKLVSVMKEKK-385), la NLS2 (746- KKQIEIIKNDNEKERKN-762) y la NLS3 (1005-KKQLENENEIIKKENKK- 1021), así como la NES (1336-LFNSLAL-1342) están implicadas en el transporte nucleocitoplasmático de la proteína EhNCABP166. Estudiar la localización subcelular individual de los dominios transfectados ABD, BAR1,GBD/FH3 y BAR2 así como la región C-terminal de la proteína EnNCABP166. Determinar si la mutación de las lisinas K369A, K370A ubicadas en el dominio BAR1, las lisinas K746A, K747A ubicadas en el dominio GBD/FH3 y las lisinas K1005A y K1006A ubicadas en la región C-terminal afectan el transporte hacia el núcleo de la proteína EhNCABP166 Conocer las proteínas nucleares con las que la proteína EhNCABP166 pudiera estar interaccionando en el núcleo de trofozoítos de E. histolytica. Determinar la presencia de la proteína Ran en extractos totales de E. histolytica. 40 V. MATERIALES Y MÉTODOS. 5.1 Cultivo celular de cepas de bacterias y de E. histolytica. 5.1.1. Cultivo de Escherichia coli. Para las técnicas de clonación y expresión se utilizaron las cepas de E. coli DH5 o XL-BLUE dependiendo del vector. Las bacterias competentes fueron mantenidas a –80° C en glicerol al 50% y cuando se necesitaron fueron descongeladas. 5.1.2. Cultivo de E. histolytica. La cepa patógena de E. histolytica HM1: IMSS se cultivó axénicamente en medio de cultivo TYI-S-33 (Diamond y cols., 1978), suplementado con 20% de suero de bovino adulto previamente inactivado con calor durante 30 min a 60 °C y 3% de la mezcla de vitaminas de Diamond (Special Diamond Vitamin Mixture, North American Biologicals). Para todos los experimentos se utilizó un cultivo de amibas en fase logarítmica de crecimiento. 5.2. Técnicas de bioinformática 5.2.1. Multialineamiento de las NLSs de EhNCABP166 Se realizó un multi alineamiento de las NLS y NES de la proteína EhNCABP166 para determinar la homología con señales previamente reportadas en otros sistemas celulares. Las secuencias utilizadas para el multi alineamiento de las NLS fueron: la señal de localización nuclear de la proteína nucleoplasmina, la señal de localización nuclear de la IL-5 humana y la proteína MAPKAP cinasa 2. Para el multi alineamiento de la señal de exportación su usaron las secuencias de las NES de las proteínas DcpS de humano, Rad24 y la proteína Rex del virus de leucemia del las células T de humano (HTLV-1rex). Los multi alineamientos se hicieron utilizando el programa computacional ClustalX con las opciones predefinidas. El multi alineamiento fue editado con el programa computacional
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