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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL CENTRO DE INVESTIGACIÓN EN BIOTECNOLOGÍA APLICADA “ANÁLISIS DEL GEN QUE CODIFICA PARA EL PÉPTIDO LUNASINA” T E S I S PARA OBTENER EL GRADO DE MAESTRÍA EN BIOTECNOLOGÍA APLICADA PRESENTA: ANA MARÍA NAVA CABRERA DIRECTORES: DRA. SILVIA LUNA SUÁREZ DRA. FLOR DE FÁTIMA ROSAS CÁRDENAS TEPETITLA DE LARDIZABAL, TLAXCALA DICIEMBRE 2016 II | P á g i n a COMITÉ TUTORIAL: Dra. María del Carmen Cruz López (CIBA-IPN) Dr. Víctor Eric López y López (CIBA-IPN) Dra. María del Carmen Guadalupe Avelino Flores (BUAP) Dra. Silvia Luna Suárez (CIBA-IPN) Dra. Flor de Fátima Rosas Cárdenas (CIBA-IPN) III | P á g i n a IV | P á g i n a V | P á g i n a El presente trabajo se llevó a efecto en el Centro de Investigación en Biotecnología Aplicada del Instituto Politécnico Nacional, bajo la dirección de la Dra. Silvia Luna Suárez y la Dra. Flor de Fátima Rosas Cárdenas. 1 | P á g i n a 2 | P á g i n a INDICE ÍNDICE DE FIGURAS ...................................................................................................................................4 ÍNDICE DE TABLAS .....................................................................................................................................5 RESUMEN ..................................................................................................................................................6 ABSTRACT ..................................................................................................................................................7 INTRODUCCIÓN .........................................................................................................................................8 ANTECEDENTES ...................................................................................................................................... 12 CONTENIDO DE LUNASINA EN DISTINTAS SEMILLAS ......................................................................... 15 JUSTIFICACIÓN ....................................................................................................................................... 18 OBJETIVO GENERAL ................................................................................................................................ 19 OBJETIVOS ESPECÍFICOS ..................................................................................................................... 19 MATERIALES Y METODOS ...................................................................................................................... 20 Obtención de ADN genómico de soya. .............................................................................................. 20 Preparación de la harina de soya ................................................................................................... 20 Extracción de ADN genómico de semilla........................................................................................ 20 Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR) (Sambrook et al., 2001): .............................................. 22 Clonación en vector pJET 1.2/blunt ................................................................................................... 23 Transformación por choque térmico de E.coli TOP 10 y E.coli BL21 RIL ............................................ 24 Preparación de células quimiocompetentes (Sambrook et al., 2001) ........................................... 24 Transformación .............................................................................................................................. 25 Obtención de ADN plasmídico por lisis alcalina con SDS: (Sambrook et al., 2001) ........................... 26 Miniprep ......................................................................................................................................... 26 Midiprep ......................................................................................................................................... 28 Subclonación en vector pET32b(+) .................................................................................................... 29 Preparación del vector pET32b(+) .................................................................................................. 29 Preparación del Inserto. ................................................................................................................. 30 Ligación .......................................................................................................................................... 31 Transcripción in vitro .......................................................................................................................... 32 Expresión de proteínas ...................................................................................................................... 33 3 | P á g i n a Purificación de proteínas ................................................................................................................... 33 Precipitación diferencial de proteínas con Sulfato de Amonio (NH4)2SO4 ......................................... 34 Preparación de geles de Acrilamida SDS-PAGE .................................................................................. 35 Electroelución de proteínas. .............................................................................................................. 35 RESULTADOS Y DISCUSION .................................................................................................................... 35 Búsqueda de las condiciones necesarias para la amplificación de los fragmentos de interés. ......... 38 Amplificación, clonación y secuenciación de los fragmentos de interés. .......................................... 40 Subunidad chica (Sch) .................................................................................................................... 40 Análisis de restricción de Sch ......................................................................................................... 41 Resultados de secuenciación para Sch ........................................................................................... 41 Subunidad Grande (Sgde) .............................................................................................................. 43 Análisis de restricción para Sgde .................................................................................................... 44 Resultados de secuenciación para Sgde ........................................................................................ 44 Subunidad chica y subunidad grande (Sgde) ................................................................................. 45 Análisis de restricción para Schg .................................................................................................... 46 Secuenciación ................................................................................................................................. 46 Subunidad chica y subunidad grande (Sgde) ................................................................................. 47 Análisis de restricción para Pch ...................................................................................................... 48 Secuenciación para pJET_Pch1 ...................................................................................................... 49 Péptido señal, subunidad chica y subunidad grande (Pchg) .......................................................... 50 Secuenciación para pJET_Pchg ....................................................................................................... 51 Transcripción in vitro ..........................................................................................................................52 SUBCLONACIÓN EN VECTOR DE EXPRESIÓN pET32b(+) .................................................................... 53 EXPRESIÓN DE PROTEÍNAS ................................................................................................................. 55 CONCLUSIONES ...................................................................................................................................... 60 BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................................................... 61 4 | P á g i n a ÍNDICE DE FIGURAS Figura 1. Sulfato de amonio requerido para la precipitación de proteína............................................. 34 Figura 2. Gen que codifica a Albúmina 2S en G. max, y las diferentes partes del gen que codifican para cada subunidad. ..................................................................................................................................... 36 Figura 3. Fragmentos de interés. ........................................................................................................... 36 Figura 4. Metodología para la construcción de fragmentos de interés. ................................................ 37 Figura 5. Mapa genético del vector de clonación pJET 1.2/blunt y pENTRTM/D-TOPO utilizados en E.coli TOP 10.. .................................................................................................................................................. 39 Figura 6. Fragmento perteneciente a la subunidad chica (Sch). ............................................................ 40 Figura 7. Análisis de restricción para Sch. .............................................................................................. 41 Figura 8. Resultados de secuenciación para Sch.. .................................................................................. 41 Figura 9. Fragmento perteneciente a la subunidad grande (Sgde).. ..................................................... 43 Figura 10. Análisis de restricción para Sgde.. ......................................................................................... 44 Figura 11. Resultados de secuenciación para Sgde................................................................................ 44 Figura 12. Fragmento perteneciente a la subunidad chica y subunidad grande .. ................................ 45 Figura 13. Análisis de restricción para Schg 8. ....................................................................................... 46 Figura 14. Resultados de secuenciación para Schg 8. ............................................................................ 47 Figura 15. Fragmento perteneciente a Péptido señal_subunidad chica (Pch). ..................................... 47 Figura 16. Análisis de restricción para Pch 1B. ....................................................................................... 48 Figura 17. Resultados de secuenciación para Pch 1B.. .......................................................................... 49 Figura 18. Fragmento perteneciente a la Péptido señal_subunidad chica_subunidad grande (Pchg).. 50 Figura 19. Análisis de restricción para Pch_gde.. ................................................................................... 51 Figura 20. Resultados de secuenciación para Pchg 3C........................................................................... 52 Figura 21. Linealización del vector Sch_pJET con la enzima Hind III. ..................................................... 52 Figura 22. Transcripción in vitro Sch. ..................................................................................................... 53 Figura 23. Preparación del vector y del inserto. .................................................................................... 53 Figura 24. PCR para verificar direccionalidad del fragmento Sch. ......................................................... 54 Figura 25. PCR para verificación de direccionalidad de fragmentos Pchg y Pch. .................................. 54 Figura 26. PCR para verificación de direccionalidad de fragmentos Sgde y Schg. ................................. 54 Figura 27. Gel de acrilamida SDS-PAGE 13%. ......................................................................................... 55 Figura 28. Gel de acrilamida SDS-PAGE 13%. Expresión del plásmido pET32b(+) vacío ........................ 56 Figura 29. Gel de acrilamida SDS-PAGE 13%. Expresión del plásmido pET32b(+)_Pchg. ...................... 56 Figura 30. Gel de acrilamida SDS-PAGE 13%. Expresión del plásmido pET32b(+)_Pch ......................... 57 Figura 31. Gel de acrilamida SDS-PAGE 13%. Precipitación diferencial con (NH4)2SO4 para Subunidad chica. ...................................................................................................................................................... 58 Figura 32. Gel de acrilamida SDS-PAGE 13%. Precipitación diferencial con (NH4)2SO4 para la subunidad grande. ................................................................................................................................................... 58 Figura 33. Gel de acrilamida SDS-PAGE 13%. Precipitación diferencial con (NH4)2SO4 para la subunidad chica_grande .......................................................................................................................................... 59 file:///C:/Users/l%20kifilz´kyn/Dropbox/tesis/avance_tesis.docx%23_Toc469381129 file:///C:/Users/l%20kifilz´kyn/Dropbox/tesis/avance_tesis.docx%23_Toc469381132 file:///C:/Users/l%20kifilz´kyn/Dropbox/tesis/avance_tesis.docx%23_Toc469381135 file:///C:/Users/l%20kifilz´kyn/Dropbox/tesis/avance_tesis.docx%23_Toc469381138 5 | P á g i n a ÍNDICE DE TABLAS Tabla 1. Nombre de cada fragmento y su abreviación. ......................................................................... 37 Tabla 2. Condiciones de PCR utilizadas para la amplificación de fragmentos. ...................................... 38 Tabla 3. Características de cada fragmento.. ......................................................................................... 38 Tabla 4. Pesos de los péptidos.. ............................................................................................................. 55 6 | P á g i n a RESUMEN Se ha sugerido que el consumo de alimentos ricos en soya puede contribuir a disminuir el índice de cáncer de mama, próstata y colon en ciudades como China y Japón. Esto ha despertado el interés para la búsqueda de nuevos tratamientos que ayuden a promover la salud y prevenir enfermedades, incluyendo el cáncer. Una de las proteínas de soya que ha sido estudiada es 2S albúmina presente en semillas que coincide con su fase de expansión celular del desarrollo, esta proteína está conformada por una subunidad grande y una subunidad pequeña siendo esta última de amplio interés debido a que contiene un péptido denominado lunasina de 43 aminoácidos que presenta un sitio de adhesión celular RGD (Arginina, Glicina, Aspartato) justo antes de una cola de 8 aspartatos presentes en su C- terminal. La cola de poli-aspartatos se especula tiene una función fisiológica en esta etapa, sin embargo su rol específico para regular el ciclo celular durante la embriogénesis es desconocido. Al ser expresado en E. coli se observa que interrumpe la formación del septo bacteriano, este fenotipo observado corresponde a la mutación en el gen que codifica a la proteína Fts-z homóloga de tubulina, este hecho y su presencia en semilla llevó a investigar el efecto en líneas celulares cancerígenas obteniendo interrupción de la mitosis, seguido de muerte celular. Se especula que esto sea debido a la carga negativa presente en la cola de aspartatos, sin embargo aún se desconoce el mecanismo porel cual actúa. La importancia de este trabajo fue la obtención de fragmentos presentes en la 2S albúmina y observar el fenotipo que presenta Escherichia coli. 7 | P á g i n a ABSTRACT It has been suggested that consumption of soy-rich foods may contribute to lower breast, prostate and colon cancer rates in countries such as China and Japan. This has sparked interest in the search for new treatments that help promote health and prevent diseases, including cancer. One of the soy proteins that has been studied is 2S albumin present in seeds that coincide with its developmental cell expansion phase, this protein is made up of a large subunit and a small subunit is the latter of wide interest because it contains a Peptide designated lunasin of 43 amino acids that have a cell adhesion site RGD (Arginine, Glycine, Aspartate) before of 8 aspartates present in its C-terminal. The tail of poly-aspartates is speculated has a physiological function at this stage, however its specific role to regulate the cell cycle during embryogenesis is unknown. When expressed in E. coli, it is observed that it interrupts the formation of the bacterial septum, this observed phenotype corresponds to the mutation in the gene that encodes the homologous Fts-z protein of tubulin, this fact and its presence in the seed led to investigate. The effect on cancerous cell lines obtaining interruption of mitosis, followed by cell death. It is speculated that the sea by the negative charge present in the tail of aspartates, however unknown the mechanism by which it acts. The importance of this work was to obtain fragments in 2S albumin and to observe the phenotype that presents Escherichia coli. 8 | P á g i n a INTRODUCCIÓN El cáncer es una de las primeras causas de muerte a nivel mundial, es denominado por la Organización Mundial de la Salud (OMS) como un proceso de crecimiento y diseminación incontrolados de células. Puede aparecer prácticamente en cualquier lugar del cuerpo. El tumor suele invadir el tejido circundante provocando metástasis en puntos distantes del organismo. (OMS, 2014) Tomando en cuenta esta definición, se han definido las señales del cáncer que concentran seis capacidades biológicas adquiridas durante el desarrollo de los tumores humanos. (Hanahan et al., 2011). Estas señales constituyen un principio para racionalizar la complejidad de la enfermedad neoplásica, e incluyen lo siguiente: 1. Mantenimiento de la señalización proliferativa, ya que las células estimulan su propio crecimiento y no requieren de señales externas para multiplicarse, es decir, generan sus propias señales. 2. Evasión de los supresores de crecimiento, no son sensibles a señales que inhiban su crecimiento, y estas pueden provenir de células vecinas. 3. Resistencia a muerte celular, la apoptosis es la muerte celular programada y las células cancerígenas superan este proceso generando hipoxia. 4. Inmortalización, las células normales mueren después de un número de divisiones celulares y las células cancerígenas escapan de este proceso inactivando proteínas del Retinoblastoma, p53 y enzimas como la telomerasa. 9 | P á g i n a 5. Angiogénesis, habilidad para generan nuevos vasos sanguíneos enviando señales a las células vecinas para que produzcan las proteínas necesarias para la formación de éstos, ya que requieren de oxígeno y nutrientes, así como de desechar sus residuos. 6. Invasión y metástasis, la capacidad que tienen para invadir tejidos adyacentes y la habilidad para infiltrarse a vasos linfáticos y sanguíneos, viajar por torrente sanguíneo e instalarse en otro tejido. Según datos de la OMS, en 2012 se detectaron 14.1 millones de nuevos casos de cáncer, 8.2 millones de muertes y 32.6 millones de personas viven con cáncer. Los cánceres que causan un mayor número anual de muertes son los de pulmón, hígado, estómago, colon y mama. Estos son diferentes en el hombre y en la mujer, así como también entre grupos de edad. La tasa global de incidencia de cáncer es 25% mayor en los hombres que en las mujeres, reportando 205 y 65 por 100,000 casos respectivamente (OMS, 2012). Aproximadamente un 30% de las muertes por cáncer se deben a cinco factores de riesgo comportamentales y alimentarios, por lo tanto, pueden prevenirse. Las infecciones que pueden provocar cáncer, como las causadas por los virus de las hepatitis B y C y el del papiloma humano, son responsables del 20% de las muertes por cáncer en los países de ingresos bajos y medianos y del 7% en los países de ingresos altos. El tabaquismo es el factor de riesgo que por sí solo provoca un mayor número de casos y a nivel mundial causa aproximadamente un 22% de las muertes por cáncer y un 71% de las muertes por cáncer de pulmón. El 70% de todas las muertes por cáncer registradas en 2012 se produjeron en África, 10 | P á g i n a Asia, América Central y Sudamérica. Se prevé que los casos anuales de cáncer aumentarán de 14 millones en 2012 a 22 en las próximas dos décadas (OMS, 2012). En México, según la Unión Internacional Contra el Cáncer (UICC), el cáncer es la tercera causa de muerte y estima que cada año se detectan 128 mil casos nuevos (Secretaría de Salud [SSA], Subsecretaría de Prevención y Promoción de la Salud [SPPS], 2013), pese a los esfuerzos realizados por las instituciones de salud para detectar y tratar el cáncer, muchos mexicanos aun mueren por este mal. En la población menor de 20 años predominan las neoplasias no epiteliales, el primer lugar lo ocupan los tumores malignos en los órganos hematopoyéticos (médula ósea, bazo y timo) que representan 59% de los cánceres; por sexo concentra 58.7% en los varones y 59.3% en las mujeres de esta edad. En los hombres, le siguen las neoplasias en el sistema linfático y tejidos afines (9.7%), y de hueso y de los tejidos articulares (5.6 por ciento); y para las mujeres de encéfalo y otras partes del sistema nervioso central (6.9%), y de hueso y de los tejidos articulares (5.8 por ciento). En la población menor de 20 años, los tres principales tumores malignos que causan mortalidad se encuentran en órganos hematopoyéticos, encéfalo y sistema nervioso central y hueso y cartílago. Los tumores malignos que padece la población adulta son diferentes según el sexo. En 2011 para los hombres, la principal causa de morbilidad hospitalaria por cáncer se debe a las neoplasias en órganos digestivos (23.9%); le siguen los tumores en órganos genitales (12.2%), siendo el de próstata el más frecuente; y los de órganos hematopoyéticos (9.8 %). En tanto en las mujeres, la principal causa de egreso hospitalario por tumores malignos se deben al de cáncer de mama (29.6%); le siguen las neoplasias en órganos genitales (16.7%) –del cuello del útero y útero principalmente–; y de los órganos digestivos (14.3 %) (INEGI, 2014). 11 | P á g i n a En la infancia hay un mayor predominio de neoplasias no epiteliales (leucemias, linfomas y sarcomas) y en la etapa adulta hay un mayor predominio de las epiteliales (carcinomas), sugiriendo que las causas de cáncer en la infancia son diferentes a las de edad adulta y se asocian a factores de riesgo por estilos de vida poco saludables o ambientales (Saldivar etal., 2005). Por lo que estos factores pueden resumirse en un índice de masa corporal elevado, consumo insuficiente de frutas y verduras, falta de actividad física y consumo de alcohol y tabaco. Tomando en cuenta estos factores podemos observar que la alimentación está involucrada en el desarrollo del cáncer, por lo que algunos estudios nos marcan que el consumo regular de granos de cereal está asociado a la disminución de varias de enfermedades crónicas degenerativas. 12 | P á g i n a ANTECEDENTES Las proteínas de los alimentos son una fuente importante de productos nutracéuticosque proveen beneficios a la salud incluyendo prevención y tratamiento de enfermedades malignas. Actualmente se conocen péptidos con actividad biológica y éstos se obtienen a través de la digestión y la fermentación que ocurre dentro del organismo. Al ingresar un alimento como una leguminosa, cereal o pseudocereal es digerido por enzimas digestivas, los péptidos bioactivos llevan inhibidores de proteasa (Inhibidor de proteasa Bowman-Birk), por lo que no pueden ser degradados, ellos se desprenden de las proteínas por digestión enzimática o hidrolasas, son absorbidos por el organismo, realizando actividades en el sistema inmune u endócrino, por lo que pueden realizar funciones para prevenir enfermedades incluyendo el cáncer (Ortiz et al., 2014). Estudios epidemiológicos indican una variación internacional en los índices de cáncer, que han sido atribuidos en gran parte a la dieta. Se ha sugerido que el consumo de alimentos ricos en soya puede contribuir a disminuir el índice de cáncer de mama, próstata y colon en ciudades como China y Japón. La soya (Glycine max) es una de las plantas de cultivo más importantes por su contenido de proteínas y aceites en su semilla, y por la capacidad que tiene de fijar nitrógeno atmosférico a través de la simbiosis con microorganismos presentes en el suelo. Glycine max pertenece a la Familia Fabaceae, subfamilia Papilionoideae, género Glycine, subgénero Soja, especie G. max. (NCBI). Shmutz et al., 2010, obtuvieron la secuencia de Glycine max variedad Williams 82 por medio de la técnica de shotgun donde se secuenció 1.1 gigabases de genoma, que se encuentra ensamblado en 20 cromosomas; predijeron 46,430 genes que codifican para proteínas y 19,667 intrones. 13 | P á g i n a La soya contiene muchos compuestos bioactivos con actividad cancerígena demostrada incluyendo isoflavonas, saponinas y más reciente el péptido lunasina (Messina et al., 1994). La lunasina es un péptido ampliamente estudiado, fue descubierta por primera vez por Shoji et al. (1987) en la Universidad de Niigata Japón, de un extracto de semillas de soya (Glycine max) está conformado por 43 aminoácidos con un peso molecular de 5.5 kDa y punto isoeléctrico 5.5 (Galvez et al., 1997), su secuencia es SKWQHQQDSCRKQKQGVNLTPCEKHIMEKIQGRGDDDDDDDDD. En 1997 se descubrió un gen de 770pb en soya (Glycine max), que se le dio el nombre de PGR97-103, que codifica para la proteína 2S-albúmina (Gm2S-1) rica en metioninas, un péptido señal, un péptido de unión y una subunidad pequeña. Se dieron cuenta que del triplete 27 al 69 de este gen codificaba para esa pequeña subunidad y que es liberado de la proteína Gm2S-1 por un proceso postraduccional (Galvez et al. 1997). A esta subunidad se le llamó inicialmente “péptido de frijol de soya rico en ácidos aspárticos” pero en 2001 se le cambió el nombre a lunasina que proviene del Talago (lengua filipina) que significa “para curar”, debido a que interrumpe la mitosis después de su introducción en células tumorales como hepatomamurino, cáncer de mama y fibroblastos murinos. (Galvez et al. 1999). La primera vez que se observó que lunasina causaba muerte celular, fue en células procariotas, ya que construyeron un vector que contenía la secuencia para expresar lunasina y lo introdujeron en cepas DH5 de E. coli, observaron que al inicio del ciclo celular de E. coli no formaba septos y eventualmente las células morían, por lo que decidieron eliminar del vector los nucleótidos que codificaban para los 9 Asp, y nuevamente lo introdujeron en la misma cepa de E. coli observando que la carga negativa del carboxilo terminal de la lunasina juega un rol importante en la división 14 | P á g i n a celular bacteriana aberrante. (Galvez et al., 1999). La filamentación sin septación fenotípica en procariontes es causado por mutaciones que interrumpen la polimerización de Fts-Z (protofilamentos) de la división celular bacteriana en placa (Erickson et al.,1997), esta información junto con el hecho de que la lunasina se encuentra en el almacén del parénquima de las células inhibiendo la mitosis, llevó a la hipótesis de que esta podría tener un efecto similar en la división celular de eucariontes (Galvez et al., 1999). Este péptido ha demostrado ser un eficaz supresor de carcinogénesis en sistemas modelo in vitro e in vivo. La lunasina contiene una estructura de hélice, obtenida por modelado homóloga a una región conservada de proteínas de unión a cromatina, en el extremo C- terminal nueve residuos de Asp (D), un motivo Arg-Gly-Asp (RGD) que permite unirse a la matriz extracelular de las células tumorales (Ruoslahti et al.,1986). Los péptidos que contienen este motivo se ha reportado que previene la metástasis de las células tumorales por adhesión competitiva a la matriz extracelular (Akiyama et al., 1995). Para lunasina, se ha reportado que este motivo es necesario para internalizarse dentro del núcleo de las células C3H10T1/2, pero que no es necesario para internalizarse al núcleo de las células NIH3T3, por lo que se sugiere que el motivo RGD debe ser específico para cada línea celular (Galvez et al., 2001). En diferentes estudios, se ha observado que la fragmentación cromosomal y la apoptosis es causada después del proceso de transfección, esto se atribuye al efecto que tiene la carga negativa de poli-D en su carboxilo terminal de la lunasina para unirse a los fragmentos altamente básicos de las histonas dentro del nucleosoma de los cromosomas condensados, en regiones que quizá se encuentren cargadas positivamente, así como a la cromatina 15 | P á g i n a hipoacetilada que encontramos en los telómeros y los centrómeros. La lunasina causa un desplazamiento de las proteínas del cinetócoro que normalmente se unen al centrómero evitando la unión de las fibras del huso mitótico y ocurriendo posteriormente el arresto de la mitosis seguido de muerte celular (Galvez et al., 1999). Suprime la transformación de células de mamíferos causada por productos químicos carcinogénicos y cuando se aplica tópicamente inhibe la carcinogénesis de piel en ratones (Galvez et al., 2001). Es de destacar que lunasina elimina selectivamente células transformadas o en vías de transformación (Jeong et al., 2007). CONTENIDO DE LUNASINA EN DISTINTAS SEMILLAS Se ha reportado que lunasina está presente en diferentes genotipos de soya en un rango de concentración de 0.5 a 8.1 mg/g de semilla (González de Mejía et al.,2004) (Jeong et al., 2007). Otras fuentes naturales de lunasina han sido identificadas además de la soya, como es el caso de la cebada con 0.013 a 0.099 mg /semilla (Jeong et al., 2002), trigo con 0.2 a 0.3 mg/semilla y amaranto 11.1g/g extracto proteico (Silva et al., 2008). En 2008 Silva et al., investigaron la presencia, caracterización y propiedades anticancerígenas del péptido lunasina en semillas de amaranto. Encontrando una concentración de 11.1 ug de lunasina por gramo del total de proteína extraída en cuatro genotipos de semillas maduras de amaranto. La fracción de glutelina tiene una alta concentración de lunasina (3.0 ug/g). La lunasina también se identificó en la albúmina. Las glutelinas extraídas digeridas con tripsina, mostraron la inducción de apoptosis en células HeLa. 16 | P á g i n a El amaranto (Amaranthus hypocondriacus) es una planta tradicional mexicana, que provee de granos y hojas de alto valor nutrimental. La National Academy of Sciences ha declarado que el amaranto podría ser un grano con alto potencial de explotación comercial porque tiene una alta calidad nutricional. Los altos niveles de proteínas en semillas (17 %) y su composición de aminoácidos proporcionan el balance requerido en la dieta humana (Schnetzler et al., 1994). Ha ganado interés en los últimos 20 años debido a sus características nutricionales y por su importancia agronómica, ya que es una plantade crecimiento rápido, tolerancia a sequía, puede crecer en suelos pobres de nutrientes y ser cultivado en cualquier época del año (Avanza et al., 2005). Pertenece al orden Caryophyllales, familia Amaranthacea, subfamilia Amaranthoideae, género Amaranthus (Grobelnik-Mlakar et al., 2009). Sunil et al., 2014 publicaron el primer borrador del genoma y transcriptoma de Amaranthus hipocondriacus, estimando el tamaño del genoma en 466 Megabases, que codifica para al menos 24,829 proteínas. La información está disponible en GenBank bajo el BioProject ID PRJNA214803 y PRJNA214804 tanto para genoma y transcriptoma respectivamente. Estos datos abren una ventana a investigaciones que nos ayuden a individualizar los diferentes genes y determinar cuál es a función de cada uno de ellos y de esta manera conocer más acerca de esta planta. Como se mencionó anteriormente, la lunasina fue encontrada por primera vez en la semilla de soya (Glycine max), el desarrollo temprano de semillas en angiospermas es caracterizado por la rápida división celular y diferenciación. La división celular cesa, la expansión celular inicia cuando la síntesis masiva de proteínas de almacenamiento, carbohidratos y lípidos 17 | P á g i n a ocurre en el endospermo de cereales y cotiledones de leguminosas. Durante la fase de expansión celular, el DNA genómico incrementa como resultado de la endorreduplicación del DNA (Schweizer et al.,1995). En los estudios anteriores se ha observado que la inducción de la apoptosis en las líneas celulares ocurre cuando estas son transformadas y tratadas en una suspensión de lunasina. Por lo que para este trabajo resulta de interés la construcción de productos génicos obtenidos del gen que codifica para la Albúmina 2S, proveniente de semillas de soya para ser probados en líneas celulares tumorales. 18 | P á g i n a JUSTIFICACIÓN Actualmente el cáncer es la tercera causa de muerte en México, éste afecta a diferentes grupos de edad. Algunos de los factores de riesgo para desarrollar cáncer están asociados a la alimentación por lo que se han buscado péptidos con actividad biológica que puedan ser utilizados para la prevención y tratamiento contra esta enfermedad. Plantas como la soya que presenta características nutrimentales y agronómicas importantes, ha sido blanco de estudio para desarrollar tratamientos contra el cáncer. Lunasina es un péptido ampliamente estudiado por la característica que presenta de arrestar la mitosis, por tal motivo es importante conocer la función de los diferentes fragmentos del gen que codifican para albúmina 2S en donde está localizada lunasina y conocer sí estos fragmentos presentan actividad antitumoral. 19 | P á g i n a OBJETIVO GENERAL Analizar los productos génicos del gen que codifica para la albumina 2S sobre líneas celulares. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Amplificar el gen que codifica para el péptido lunasina y su precursor. Expresar los fragmentos amplificados en E. coli. Extraer los productos génicos de E. coli. 20 | P á g i n a MATERIALES Y METODOS Las técnicas que a continuación se enlistan fueron las utilizadas durante el desarrollo del proyecto. Obtención de ADN genómico de soya. El ADN se obtuvo de semilla de Glycine max Preparación de la harina de soya 1) Se colocaron 5 semillas a remojar en 2 a 3mL de etanol al 96% y se agitó. 2) Se enjuagó con agua destilada hasta que no se percibió el olor a etanol. 3) En seguida se puso a remojar en solución de cloro comercial “Cloralex” al 10% durante 20min agitando periódicamente. 4) Se lavaron las semillas con agua destilada repetidas veces hasta que se eliminó el olor a cloro. 5) Se dejaron secando las semillas sobre una toalla de papel seca durante 24 horas. 6) Ya secas las semillas se molieron hasta obtener una harina. 7) Se colocó la harina obtenida en tubos eppendorf de 1.5 ml y se almacenaron a -80°C. Extracción de ADN genómico de semilla. 1) Se tomó una pequeña cantidad de harina obtenida y se colocó en tubo eppendorf de 1.5 ml. 2) Se añadieron 500 ul de solución de lisis y se mezcló el tubo por agitación. - Solución de lisis: 200mM Tris-HCl pH 8.5 250mM NaCl 25mM EDTA pH 8.0 1% SDS 21 | P á g i n a 3) Se añadieron 500 ul de Fenol:Cloroformo:Isoamílico (25:24:1) y se agitó en vortex durante 1 minuto. 4) Se centrifugó a 12,000 rpm por 10 minutos. Se separó la fase acuosa y pasó a tubo limpio. 5) Se añadieron 500 ul de Cloroformo:Isoamílico y se centrifugó a 12,000 rpm durante 10 minutos. 6) Se recuperó la fase acuosa a la cual se le añadió la décima parte de Acetato de Sodio (C2H3NaO2) 3M pH 4.8 y la mitad de volumen de isopropanol. 7) Se incubó el tubo a -20°C durante 30 minutos. 8) Se centrifugó a 12,000 rpm por 10 minutos y se desechó el sobrenadante. 9) Se añadió 1 ml de etanol al 70% tratando de resuspender la pastilla. 10) Se centrifugó a 12,000 rpm por 10 minutos, se decantó el sobrenadante y se evaporó el resto de etanol a temperatura ambiente. 11) Una vez seca la pastilla se resuspendió en 20-100ul de agua desionizada estéril. 12) Se agregó 1 ul de RNAsa (1:10) e incubó a 37°C durante 30 minutos. 13) Se eliminó la RNAsa iniciando desde el paso 5. 14) Para verificar la integridad del ADN se sometió a electroforesis en gel de agarosa 1%. 15) Se almacenó a -20°C. 22 | P á g i n a Reacción en Cadena de la Polimerasa (PCR) (Sambrook et al., 2001): En un tubo eppendorf de se preparó 12.5 μL de mezcla de reacción : 10X DreamTaq Buffer 1.25 ul dNTP Mix, 2 mM cada uno 0.25 ul MgCl2 0.75 ul Forward primer 0.5 ul Reverse primer 0.5 ul ADN genómico* 0.5 ul DNA Polimerasa 0.0625 ul Volumen total 12.5 ul *Se utilizaron colonias de células trasformadas crecidas en agar LB. La enzima utilizada fue DreamTaq DNA Polymerase de la marca Thermo Scientific. Se realizó gradiente de temperatura para ubicar la temperatura de alineación (Tm) correspondiente a cada fragmento. Las condiciones que se utilizaron fueron las siguientes: 23 | P á g i n a Temperatura Tiempo Desnaturalización inicial 95°C 2´ Desnaturalización 95°C 30´´ Alineación Variable 40´´ Elongación 72°C 1´30´´ Elongación final 72°C 10´ 4°C Clonación en vector pJET 1.2/blunt Se utilizó el kit CloneJET PCR Cloning de Thermo Scientific: En tubo eppendorf se preparó la siguiente reacción: 2X Buffer de Reacción 5 ul Producto de PCR 3.5 ul Enzima DNA blunting 0.5 ul Volumen total 9 ul 1) Se agitó suavemente en vortex. 2) Se centrifugó 5 segundos para bajar el líquido del tubo. 3) Se incubó a 70°C durante 5 minutos. 4) Se colocó en hielo. A continuación se agregó a la reacción anterior: 24 | P á g i n a Vector de Clonación pJET1.2/blunt (50ng/L) 0.5 ul T4 DNA Ligasa 0.5 ul Volumen total 10 ul Transformación por choque térmico de E.coli TOP 10 y E.coli BL21 RIL Preparación de células quimiocompetentes (Sambrook et al., 2001) Se prepararon las siguientes soluciones, se esterilizaron y almacenaron a 4°C: - Solución 1: MgCl2 10Mm - Solución 2: CaCl2 50mM Glicerol 20% 1) Se inocularon 5 ml de medio LB líquido sin antibiótico, con células de E. coli. 2) Se incubaron a 37°C toda la noche. 3) El cultivo se diluyó 1 a 100 en medio LB líquido sin antibiótico. 4) Se incubaron a 37°C hasta alcanzar una densidad óptica 0.3-0.4. 5) Se transfirieron a tubos Falcon de 50 ml estériles y fríos. 6) Se incubó en hielo por 10 minutos. 7) Se centrifugó a 3500 rpm durante 7 minutos a 4°C. 8) Se descartartó el sobrenadante cuidadosamente. 9) Se resuspendió la pastilla suavemente en 5 ml de Solución 1 fría y estéril. 10) Se añadieron 120 ml de Solución 1. 25 | P á g i n a 11) Se centrifugó a 3500 rpm por 7 minutosa 4°C. 12) Se descartó el sobrenadante y resuspendió en 5ml de Solución 2 fría y estéril. 13) Se añadieron 5 ml de Solución 2. 14) Se incubaron en hielo por 1 hora. 15) Se transfirieron a tubos eppendorf de 1.5 ml estériles y fríos alícuotas de 100 ul. 16) Se colocó etanol para congelar. 17) Se almacenó a -70°C. Transformación 1) Se descongelaron células quimiocompetentes E. coli en hielo (aproximadamente 5min). 2) Se tomaron los 10 ul de la mezcla de ligación y se agregaron a los 100μL de células quimiocompetentes E. coli, se incubaron en hielo durante 30 minutos. 3) Se pasaron a 42°C por 45 segundos. 4) Se colocó nuevamente en hielo durante 2 minutos. 5) Se adicionaron 250μL de medio líquido LB e incubaron a 37°C por 1 hora con agitación. 6) Se centrifugaron a 13,000 rpm durante 2 minutos, se desechó 250 ul del sobrenadante. 7) Lo que restó ≈100μL, se resuspendieron con la pipeta y se plaquearon en agar LB con antibiótico. 8) Se incubaron toda la noche a 37°C. 26 | P á g i n a Obtención de ADN plasmídico por lisis alcalina con SDS: (Sambrook et al., 2001) Preparar las siguientes soluciones: Solución I: 50mM Glucosa 25mM Tris-HCl pH 8.0 10mM EDTA pH 8.0 Solución II: (preparar al momento) 0.2 N NaOH 1% SDS Solución III: 5M Acetato de Potasio 60 ml Ácido Acético glacial 11.5 ml Agua 28.5 ml Las soluciones I y II se esterilizan y se almacenan a 4°C. Miniprep 1) Se inocularon 5 ml de medio líquido LB con antibiótico una colonia transformada de E. coli. Se dejó toda la noche a 37°C en agitación. 27 | P á g i n a 2) Se colocaron 1.5 ml de cultivo en un tubo eppendorf y se centrifugó a 13,500 rpm durante 30 segundos a 4°C. 3) Se eliminó el sobrenadante tratando dejar la pastilla lo más seca posible. 4) Se adicionaron 100 ul de Solución I y mezclaron en vortex vigoroasamente. 5) Se agregaron 200 ul de Solución II y mezcló agitando vigorosamente 5 veces. No vortex. Se colocó en hielo. 6) Se agregaron 150 ul de Solución III, se mezcló invirtiendo y colocó en hielo de 3-5 minutos. 7) Se centrifugó a 13,500 rpm durante 5 minutos a 4°C y se transferió sobrenadante a tubo nuevo. 8) Se adicionó una cantidad equivalente de Fenol:Cloroformo. Se mezcla la fase orgánica y acuosa con vortex y se centrifuga a 13,500 rpm durante 2 minutos a 4°C. Se transfirió fase acuosa a tubo nuevo. 9) Para precipitar los ácidos nucleicos se agregaron 2 volúmenes de etanol 100% a temperatura ambiente, mezclando con vortex y dejando 2 minutos a temperatura ambiente. 10) Se centrifuga a 13,500 rpm durante 5 minutos a 4°C. Eliminar sobrenadante. 11) Se agregaron 1ml de etanol 70% tratando de despegar la pastilla y se centrifugó a 13,500 rpm durante 2 minutos a 4°C. 12) Se desechó el sobrenadante y se dejó secar hasta que se evaporara el etanol. 13) Se resuspendió pastilla en 20-30ul de agua desionizada estéril. 14) Se agregó 1 ul de RNAsa (1:10) e incubó a 37°C durante 30 minutos. 15) Se verificó la integridad del ADN sometiendo a electroforesis en gel de agarosa 1%. 28 | P á g i n a Midiprep 1) Se inoculó 50 ml de medio líquido LB con antibiótico una colonia transformada de E. coli. Se dejó toda la noche a 37°C en agitación. 2) Se colocó 50 ml de cultivo en un tubo Falcon y centrifugó a 4000 rpm durante 10 minutos a 4°C. 3) Se eliminó sobrenadante tratando dejar la pastilla lo más seca posible. 4) Se adicionaron 200 ul de Solución I y mezcló en vortex vigoroasamente. Se pasó la mezcla a tubo eppendorf de 1.5 ml. 5) Se adicionaron 400 ul de Solución II y mezcló agitando vigorosamente 5 veces. No vortex. Colocar en hielo. 6) Se agregaron 300 ul de Solución III, se mezcló invirtiendo y se coló en hielo de 3-5 minutos. 7) Se centrifugó a 13,500 rpm durante 5 minutos a 4°C. Se transfirieron 600 ul de sobrenadante a tubo nuevo. 8) Se agregaron 600 ul de Fenol:Cloroformo. Se mezcló la fase orgánica y acuosa con vortex. Se centrifugó a 13,500 rpm durante 2 minutos a 4°C. Se transfirió fase acuosa a tubo nuevo. 9) Para precipitar los ácidos nucleicos se agregaron 600 ul de isopropanol a temperatura ambiente, se mezcló con vortex y se dejó 2 minutos a temperatura ambiente. 10) Se centrifugó a 13,500 rpm durante 5 minutos a temperatura ambiente. Se eliminó sobrenadante. 11) Se agregó 1ml de etanol 70% tratando de despegar la pastilla. Se centrifugó a 13,500 rpm durante 2 minutos a temperatura ambiente. 12) Se desechó el sobrenadante y se dejó secar hasta que se evaporara el etanol. 13) Se resuspendió la pastilla en 50-100ul de agua desionizada estéril. 29 | P á g i n a 14) Se agregaron 2 ul de RNAsa (1:10) e incubó a 37°C durante 1 hora. 15) Para verificar la integridad del ADN se sometió a electroforesis en gel de agarosa 1%. Subclonación en vector pET32b(+) El sistema pET32b(+) es un sistema desarrollado para la clonación y expresión de proteínas recombinantes en E. coli. Los genes clonados en este vector son expresados por la célula huésped que contiene copia del gen de la RNA Polimerasa T7 bajo el control de lacUV5. Al agregar lactosa al cultivo bacteriano es como se induce la expresión. Preparación del vector pET32b(+) 1) Se sembró una colonia en 50 ml de LB líquido y se dejó incubando toda la noche en agitación. 2) Se extrajo el plásmido por la técnica de Midiprep. 3) Se linealizó el vector con la enzima de restricción NcoI (corte único), preparando la siguiente reacción: pET32b(+) 3 ug 10x Buffer Tango 3 ul Enzima NcoI 10-20 U Agua desionizada estéril X ul Volumen total 30 ul 4) Se incubó toda la noche a 37°C 30 | P á g i n a 5) Se corrieron 2ul de reacción de digestión en gel de agarosa 1% para evaluar la extensión de la digestión. 6) Cuando la digestión estuvo completada se agregó 1ul de fosfatasa alcalina a la reacción de digestión. Se incubó a 37°C durante 30 minutos. 7) Se desactivaron las enzimas a 65°C durante 20 minutos. 8) En caso de ser necesario se purifica banda de gel de agarosa y se resuspende en 20 ul de agua desionizada estéril. 9) Se cuantificó concentración en gel de agarosa 1%. Preparación del Inserto. Los insertos clonados en pJET 1.2/blunt deben ser liberados del vector de clonación para poder clonarlos en el vector pET32b(+), para esto se utilizó la enzima de restricción NcoI. 1) Se inocularon 50 ml de medio LB líquido con las clonas de interés. Se dejó incubando toda la noche a 37°C en agitación. 2) Se extrajó plásmido por la técnica de Midiprep. 3) Se preparó la siguiente reacción de digestión para liberar el inserto: 10 x Buffer Tango 5 ul Agua desionizada estéril 35 ul ADN (0.5-1ug/ul) 8 ul Enzima NcoI 2 ul Volumen total 50 ul 4) Se incubó toda la noche a 37°C. 31 | P á g i n a 5) Se corrieron 2ul de reacción de digestión en gel de agarosa 1% para evaluar la extensión de la digestión. 6) Se desactivaron las enzimas a 65°C durante 20 minutos. 7) En caso de ser necesario se purificó banda de gel de agarosa y se resuspendió en 20 ul de agua desionizada estéril. 8) Se cuantificó la concentración en gel de agarosa 1%. Ligación 1) Para realizar la ligación se tomó una relación 1:3 de Vector : Inserto. Se preparó la siguiente reacción de ligación: 10 x Buffer Ligasa 2 l 50-100 ng/ul de vector pET32b(+) 2 l 50 ng/ul de Inserto X l Agua Y l T4 DNA Ligasa 1 l Volumen total 20l 2) Se mezcló suavemente y se incubó a 16°C toda la noche. 3) Se procedió a la transformación en E. coli TOP 10 agregando 2 l de reacción de ligación. 4) Para hacer búsqueda de la clona que contenía el inserto en dirección esperada se hizo PCR en colonia. 32 | P á g i n a Transcripción in vitro La transcripción in vitro se realizó con el kit T7 RNA Polymerase de la marca Thermo Scientific. 1) Se inoculó 50 mlde medio LB líquido con las clonas de interés y se dejó incubando toda la noche a 37°C en agitación. 2) Se extrajo el plásmido por la técnica de Midiprep. 3) Se linealizó el ADN plasmídico con enzima de restricción. 4) Se limpió el DNA con la técnica de fenol/cloroformo 5) Se preparó la siguiente mezcla de reacción: 5x Buffer de transcripción 10 l Mezcla de ATP/GTP/CTP/UTP 10mM 10 l (2mM concentración final) ADN plasmídico linealizado 1 g Inhibidor de RNAsa 1.25 l (50U) RNA Polimerasa T7 30 U Agua X l Volumen total 50 l 6) Se incubó a 37°C durante 2 horas. 7) Se adicionaron 2 U de DNAsa I para remover el ADN, se mezcló e incubó a 37°C durante 15 minutos. 8) Para inactivar la DNAsa se limpió el ARN con extracción de fenol/cloroformo. 9) Se verificar la integridad del ARNm sometiendo a electroforesis en gel de agarosa 1%. 33 | P á g i n a Expresión de proteínas 1) Se inocularon 5 ml de medio líquido LB 2) Se incubó 8 horas a 37°C en agitación. 3) Se inoculó 2.5% de volumen de medio donde se realiza la expresión. 4) Cuando el cultivo alcanzó una densidad óptica (DO600) de 0.3 se agregó 0.5% de lactosa al 10%, para la inducción. 5) Se recolectó pastilla a las 2, 3 y 4 horas después de la inducción, centrifugando a 9000 rpm durante 10 minutos a 4°C. 6) Se almacenó a -20°C. Purificación de proteínas 1) Se recolectó 0.0001 g de la pastilla y se colocó en tubo eppendorf. Proteína Total 2) Por cada gramo de pastilla se colocan 8 veces de volumen de buffer de fosfatos. Se agitó invirtiendo el tubo varias veces hasta deshacer pastilla. 3) Se sonicó con potencia 50 y pulso 50 durante 1 minuto, después dejar 1 minuto en hielo. Se hicieron 6 ciclos de esto. 4) Se centrifugó a 9000 rpm durante 10 minutos a 4°C. 5) Se separó sobrenadante Proteína Soluble. 6) Se pesó pastilla y se agregaron 4 veces el volumen de buffer de fosfatos con Urea 6M. Se agitó durante 3 horas a temperatura ambiente. 7) Se centrifugó a 9000 rpm durante 10 minutos a 4°C. 8) Se recolectó sobrenadante en tubo eppendorf. Proteína Insoluble. 34 | P á g i n a 9) Pastilla Remanente. Se guardó a -20°C. 10) Se corrió gel de acrilamida SDS-PAGE para visualizar las proteínas. Precipitación diferencial de proteínas con Sulfato de Amonio (NH4)2SO4 El sulfato de amonio es la sal de elección para el desarrollo inicial de la precipitación por salado (“salting out”) de las proteínas buscadas. Este método se realizó siguiendo el protocolo reportado por Dunn et al., 2000. Y utilizando la siguiente Figura 1 que muestra la cantidad de sulfato de amonio requerido para llevar una solución de volumen conocido de una saturación inicial a una final. Figura 1. Sulfato de amonio requerido para la precipitación de proteína. 35 | P á g i n a En esta tabla se muestra la cantidad necesaria de sulfato de amonio (NH4)2SO4 para llevar una solución de 1 litro con una concentración inicial de saturación, a una final a cero (0) oC. Preparación de geles de Acrilamida SDS-PAGE Se prepararon geles al 12% y 13 % utilizando el protocolo reportado en el Manual Mini- PROTEAN® Tetra Cell (Biorad). Electroelución de proteínas. Para la electroelución de proteínas se utilizó el protocolo reportado por Dunn et al., 2003. RESULTADOS Y DISCUSION Para el desarrollo del objetivo general se obtuvo la información del gen correspondiente a Albúmina 2S de Glycine max. ACTTCACTTCACCCATCAATAGCAAAATGACCAAGTTCACAATCCTCCTCATCTCTCTTCTCTTCTGCATCGCCCACA CTTGCAGCGCCTCCAAATGGCAGCACCAGCAAGATAGCTGCCGCAAGCAGCTCCAGGGGGTGAACCTCACGCCCT GCGAGAAGCACATCATGGAGAAGATCCAAGGCCGCGGCGATGACGATGATGATGATGACGACGACAATCACATT CTCAGGACCATGCGGGGAAGAATCAACTACATAAGGAGGAACGAAGGAAAAGACGAAGACGAAGAAGAAGAAG GACACATGCAGAAGTGCTGCACAGAAATGAGCGAGCTGAGAAGCCCCAAATGCCAGTGCAAAGCGCTGCAGAAG ATAATGGAGAACCAGAGCGAGGAACTGGAGGAGAAGCAGAAGAAGAAAATGGAGAAGGAGCTCATTAACTTGG CTACTATGTGCAGGTTTGGACCCATGATCCAGTGCGACTTGTCCTCCGATGACTAAGAAGTTAAAAGCAATGTTGT CACTTGTACGTACTAACACATGATGTGATAGTTTATGCTAGCTAGCTATAACATAAGCTGTCTCTGAGTGTGTTGTA TATTAATAAAGATCATCACTGGTGAATGGTGATCGTGTACGTACCCTACTTAGTAGGCAATGGAAGCACTTAGAGT GTGCTTTGTGCATGGCCTTGCCTCTGTTTTGAGACTTTTGTAATGTTTTCGAGTTTAAATCTTTGCCTTTGCGAATAT CGTTCGTTTTGCTCTTCAAGTTCTGTTTCTTTGCTCATAAAAGTATAAAAAGATTCATTCCATCGTTAATACCCCATA GATGGGGTGCTATGGTCCGATTGATTCGGTAAAATTAATTAGGAGACTA 36 | P á g i n a Figura 2. Gen que codifica a Albúmina 2S en G. max, y las diferentes partes del gen que codifican para cada subunidad. Se diseñaron los siguientes fragmentos para ser clonados en los vectores pJET 1.2 y pENTRTM_D TOPO, en la Figura 3 se muestra el diseño de cada fragmento y el organismo en el que serán expresados. Figura 3. Fragmentos de interés. Los diferentes colores indican cada subunidad, tamaños. Serán expresados en E coli. En la Tabla 1 se muestra los nombres de cada subunidad y su abreviación para futura utilidad: 37 | P á g i n a FRAGMENTO DE INTERÉS ABREVIACIÓN Subunidad chica Sch Subunidad grande Sgde Subunidad chica-subunidad grande Schg Péptido señal-subunidad chica Pch Péptido señal-subunidad chica-subunidad grande Pchg Tabla 1. Nombre de cada fragmento y su abreviación. Para el cumplimiento de los objetivos, se llevó acabo la siguiente metodología (Figura 4) para la obtención de los diferentes fragmentos de interés pertenecientes al gen de Albúmina 2S. Figura 4. Metodología para la construcción de fragmentos de interés. Para realizar la metodología fue necesario el uso de controles positivos y negativos para dar validez a los resultados. Obtención de DNA genómico a partir de semilla G. max Amplificación de fragmentos de interés Clonación en vector pJET 2.1 Transformación E. coli Top10. PCR en colonia Obtención de plásmidos positivos PCR Restricción Secuenciación 38 | P á g i n a Búsqueda de las condiciones necesarias para la amplificación de los fragmentos de interés. Se realizó gradiente de temperatura (Tabla 2)para ubicar la temperatura de alineación (Tm) correspondiente a cada fragmento. Las condiciones que se utilizaron fueron las siguientes: Temperatura Tiempo Desnaturalización inicial 95°C 2´ Desnaturalización 95°C 30´´ Alineación Variable 40´´ Elongación 72°C 1´30´´ Elongación final 72°C 10´ 4°C Tabla 2. Condiciones de PCR utilizadas para la amplificación de fragmentos. Se hizo una búsqueda de temperatura de alineación en el programa Oligoanalyzer (Tabla 3) que dio los resultados para cada oligonucleótido, y la Tm (temperatura de alineación) que se determinó por medio de gradiente de PCR para cada fragmento: Fragmento Tamaño (pb) Oligonucleótidos Tempera tura (°C) Tm Sch (141pb) Fw CCATGGCGTCCAAATGGCAGCACCAGCAA 68.3 68°C Rv GACGATGATGATGATGACGACGACTAA 58 Sgde (239 pb) Fw CCATGGAAGGAAAAGACGAAGACGA 58.8 68°C Rv GCGACTTGTCCTCCGATGACTGA 60.7 Schg (423 pb) Fw CCATGGCGTCCAAATGGCAGCACCAGCAA 68.3 68°C Rv GCGACTTGTCCTCCGATGACTGA 60.7 Pch ( 204 pb) Fw ATGCCATGGGCACCAAGTTCACAATC 62 66.8°C Rv GACGATGATGATGATGACGACGACTAA 58 Pchg (485 pb) Fw ATGCCATGGGCACCAAGTTCACAATC 62 65°C Rv GCGACTTGTCCTCCGATGACTGA 60.7 Rv GGTAAAATTAATTAGGAGACTATGA 48.4 Tabla 3. Características de cada fragmento. Se muestra el tamaño de cada fragmento, los oligos diseñados para cada fragmento, temperatura de cada oligo calculado en el programa Oligoanalyzer y temperatura de alineación determinada. 39 | P á g i n a Para la clonación de los fragmentos de interés se utilizó el vector de clonación pJET 2.1 blunt con el kit Clone JET™ PCR Cloning, con un tamaño de 2974 pb. A continuación se muestra el mapa genético vector pJET 1.2/blunt circular donde se observan cada una de sus características. Figura 5. Mapa genético del vector de clonación pJET 1.2/blunt y pENTR TM /D-TOPOutilizados en E.coli TOP 10. El vector pJET 1.2/blunt contiene: rep (pMB1) origen de replicación, bla (Ap R ) gen de resistencia a ampicilina, eco47IR gen letal, promotor T7 para transcripción in vitro y sitio múltiple de clonación. 40 | P á g i n a Amplificación, clonación y secuenciación de los fragmentos de interés. Subunidad chica (Sch) Figura 6. Fragmento perteneciente a la subunidad chica (Sch). a) Gradiente de temperatura para Sch de tamaño 140 pb, en el recuadro rojo se remarca la Tm (temperatura de alineación); b) diseño in silico de clonación de pJET 1.2/blunt con Sch (pJET_Sch) con un tamaño de 3114 pb; c) PCR en colonia de la transformación realizada en E.coli TOP10, indicando que la colonia 4 y 5 nos indican que fueron positivas al amplificar el fragmento deseado; d) PCR positivo de los plásmidos obtenidos de Sch 4 y 5. a) b) c) d) 41 | P á g i n a Análisis de restricción de Sch Resultados de secuenciación para Sch A) Secuencia del plásmido Sch 5 con primer Forward B) Secuencia del plásmido Sch 5 con primer Reverse Figura 8. Resultados de secuenciación para Sch. A) Secuenciación realizada con el primer Forward del vector pJET 1.2/blunt; B) Secuencia realizada con el primer reverso de pJET 1.2/blunt. El resultado de la secuenciación nos indica que el fragmento perteneciente a la subunidad chica de 140 pb, se encuentra clonado en la orientación 5´-3´del vector, para este resultado se envió a secuenciar el fragmento de PCR utilizando los primers Forward 5’- CGACTCACTATAGGGAGAGCGGC-3’ y Reverso 5’-AAGAACATCGATTTTCCATGGCAG-3’ del vector pJET 1.2/blunt. Figura 7. Análisis de restricción para Sch. a) Gel de agarosa 1% donde se puede observar el plásmido Sch5 sin digerir; Sch 5 digerido con la enzima de restricción Xho I para linealizar el plásmido de 3114 pb ; Sch5 digerido con Xho I / Hind III obteniendo dos fragmentos de 2702 pb y 412 pb; b) simulación en gel de agarosa de la digestión para Sch con el programa Snapgene, en el carril 1 se observa el plásmido digerido con Xho I/Hind III, el carril 2 se observa el plásmido linealizado; c) tabla que indica los tamaños esperados con las enzimas utilizadas tanto en el vector pJET 1.2/blunt sin clonar y con el fragmento Sch clonado. a) b) c) 42 | P á g i n a En el gel de la figura 7 se observa una banda de aproximadamente 1700 pb no esperada, indicando que la muestra se encuentra contaminada, es por esta razón que se decidió enviar a secuenciar fragmento de PCR utilizando los primers antes mencionados para evitar error en el estudio. Sin embargo, dicha banda no esperada no representa un riesgo para el siguiente paso que es clonar en vector de expresión debido a que este será digerido con la enzima NcoI para liberar el fragmento que contiene a la subunidad chica. 43 | P á g i n a Subunidad Grande (Sgde) Figura 9. Fragmento perteneciente a la subunidad grande (Sgde). a) Gradiente de temperatura para Sgde de 239 pb, en el recuadro rojo se remarca la Tm (temperatura de alineación); b) diseño in silico de clonación de pJET 1.2/blunt con Sgde (pJET_Sgde) con un tamaño de 3213 pb; c) PCR en colonia de la transformación realizada en E.coli TOP10, eligiendo el pool de colonias 14 -16 que indicando mayor concentración al amplificar el fragmento deseado; d) PCR de los plásmidos obtenidos de Sgde 14, 15 y 16. a) b) d) c) 44 | P á g i n a Análisis de restricción para Sgde Resultados de secuenciación para Sgde A) Secuencia del plásmido Sgde 15 con primer Forward B) Secuencia del plásmido Sgde 15 con primer Reverse Figura 11. Resultados de secuenciación para Sgde. A) Secuenciación realizada con el primer Foward del vector pJET 1.2/blunt; B) Secuencia realizada con el primer reverso de pJET 1.2/blunt. En la figura 9, se muestra el gradiente de temperatura realizado para determinar la Tm, el diseño in silico, del vector clonado con la subunidad grande, en la figura 9C se realizó un pool de muestras, tomando 3 colonias para cada pool, y se eligió el pool que contenía las colonias 14 a 16 debido a que presentaban una sola banda, de estás se obtuvieron los plásmidos y se verificó nuevamente por PCR dando como positiva la colonia 15. En la figura 10 se muestra el análisis de restricción realizado con la enzima XbaI que linealiza el vector clonado, c) Figura 10. Análisis de restricción para Sgde. a) Gel de agarosa 1% donde se puede observar en el segundo y tercer carril al plásmido Sgde 15 linealizado con Xba I y con Xho I respectivamente, en el cuarto carril Sgde 15 digerido Pst I que tiene sitio de corte dentro del fragmento clonado, y el quinto carril el plásmido sin cortar; b) simulación en gel de agarosa de la digestión para Sgde en el programa Snapgene; c) tabla que indica los tamaños esperados con las enzimas utilizadas tanto en el vector pJET 1.2/blunt sin clonar y con el fragmento Sgde clonado. a) b) 45 | P á g i n a observando el tamaño esperado, de igual manera se digirió con Pst I que presenta dos cortes uno dentro de la subunidad grande y el otro dentro del vector pJET 1.2/blunt. De igual manera en la figura 10C se observa una banda de 1700 pb aproximadamente que no se digiere y que nos indica contaminación, pudiendo eliminar este ruido en los fragmentos enviados a secuenciar al amplificar con los primers del vector y que no interfiere en futuros procedimientos. En la figura 11 se muestra los resultados de la secuenciación de Sgde 15, que indican que el fragmento se encuentra clonado en la dirección 5´-3´. Subunidad chica y subunidad grande (Sgde) Figura 12. Fragmento perteneciente a la subunidad chica y subunidad grande (Schg). a) Gradiente de temperatura para Schg de 422 pb, en el recuadro rojo se remarca la Tm (temperatura de alineación); b) diseño in silico de clonación de pJET 1.2/blunt con Schg (pJET_Schg) con un tamaño de 3396 pb; c) PCR de los plásmidos obtenidos, remarcado con recuadro rojo la clona Schg 8 para análisis de restricción. a) b) c) 46 | P á g i n a Análisis de restricción para Schg Secuenciación a) Secuencia del plásmido Schg 8 con primer Forward. b) Secuencia del plásmido Schg 8 con primer Reverse Figura 13. Análisis de restricción para Schg 8. a) Gel de agarosa 1% donde se puede observar en el segundo carril al plásmido Schg 8, el carril tercero al plásmido Schg 8 digerido con la enzima Pst I que presenta un corte dentro del fragmento clonado y otro en el vector; b) simulación en gel de agarosa de la digestión para Schg en el programa Snapgene; c) tabla que indica los tamaños esperados con las enzimas utilizadas tanto en el vector pJET 1.2/blunt sin clonar y con el fragmento Schg clonado. a) b) c) 47 | P á g i n a Figura 14. Resultados de secuenciación para Schg 8. A) Secuenciación realizada con el primer Forward del vector pJET 1.2/blunt; B) Secuencia realizada con el primer Reverse de pJET 1.2/blunt. Como puede observarse en la figura 12 A, se puede observar el gradiente de temperatura realizado para este fragmento que a menores temperaturas amplificaba dos bandas, sin embargo a 68°C fue posible conseguir una sola banda que se clonó en pJET 1.2/blunt, de 3396 pb, en la figura 12 C, se elige para análisis de restricción la clona Schg 8 que dio positiva y que presentó una mayor concentración en el gel. En la figura 13 A, se observan las bandas obtenidas con la digestión realizada con Pst I que tiene dos cortes tanto en el fragmento clonado como en pJET 1.2/blunt, también se observa en este gel que ya no está presente la banda que nos indica contaminación. En la figura 14, se presentan los resultadosde las secuencias que nos indican que el fragmento se encuentra clonado en dirección 5´-3´. Subunidad chica y subunidad grande (Sgde) Figura 15. Fragmento perteneciente a Péptido señal_subunidad chica (Pch). a) Gradiente de temperatura para Pch de 203 pb, en el recuadro rojo se remarca la Tm (temperatura de alineación); b) diseño in silico de clonación de pJET 1.2/blunt con Pch (pJET_Pch) con un tamaño de 3177 pb; c) PCR en colonia de la transformación realizada en E.coli TOP10, eligiendo el pool de colonias B que indica mayor concentración al amplificar el fragmento deseado; d) PCR de los plásmidos obtenidos de Pch 1B, 2B y 3B, remarcando con rojo la colonia 1B que dio un resultado positivo. b) a) d) c) 48 | P á g i n a Análisis de restricción para Pch Figura 16. Análisis de restricción para Pch 1B. a) Gel de agarosa 1% donde se puede observar en el primer carril al plásmido Pch 1B, el carril segundo al plásmido Pch 1B digerido con las enzimas Xho I/ Hind III que cortan dentro del vector; b) simulación en gel de agarosa de la digestión para Pch en el programa Snapgene; c) tabla que indica los tamaños esperados con las enzimas utilizadas tanto en el vector pJET 1.2/blunt sin clonar y con el fragmento Schg clonado. a) ) a) b) c) ) a) 49 | P á g i n a Secuenciación para pJET_Pch1 A) Secuencia del plásmido Pch 1B con primer Forward B) Secuencia del plásmido Pch 1B con primer Reverse Figura 17. Resultados de secuenciación para Pch 1B. A) Secuenciación realizada con el primer Forward del vector pJET 1.2/blunt; B) Secuencia realizada con el primer Reverse de pJET 1.2/blunt. La figura 15a, podemos observar que la amplificación de nuestro fragmento nos amplifica dos bandas por lo que fue necesario realizar una purificación de la banda de 203 pb observada en el gel de agarosa para evitar complicaciones en la clonación con pJET 1.2/blunt, en la figura 15c se hicieron dos pools A y B conteniendo 3 colonias cada una, observando que la PCR en colonia en el pool B fue positiva, se procedió a extraer los plásmidos para verificar por PCR el candidato al análisis de restricción, dando positivo la clona Pchg 1B. En la figura 16a se realizó la digestión con las enzimas Xho I y Hind III, que tienen sitios de corte dentro de pJET 1.2/blunt, y obteniendo los fragmentos esperados con el vector clonado. En la figura 17, se presentan los resultados de secuencias que nos indican que el fragmento clonado en Pch1B se encuentra en la dirección 5´-3´. 50 | P á g i n a Péptido señal, subunidad chica y subunidad grande (Pchg) Figura 18. Fragmento perteneciente a la Péptido señal_subunidad chica_subunidad grande (Pchg). a) Amplificación de Pchg de 485 pb; b) diseño in silico de clonación de pJET 1.2/blunt con Pchg (pJET_Pchg) con un tamaño de 3459 pb; c) PCR de los plásmidos obtenidos, observando que la clona Pchg 3C es positiva al fragmento. a) b) c) a) b c) 51 | P á g i n a Figura 19. Análisis de restricción para Pch_gde. a) Gel de agarosa 1% donde se puede observar en el primer carril al plásmido Pch_gde, el segundo carril se observa al plásmido Pch_gde digerido con la enzima Pst I que corta dentro del fragmento; b) simulación en gel de agarosa de la digestión para Pch_gde en el programa Snapgene; c) tabla que indica los tamaños esperados con las enzimas utilizadas tanto en el vector pJET 1.2/blunt sin clonar y con el fragmento Pchg clonado. Secuenciación para pJET_Pchg A) Secuencia del plásmido Pchg 3C con primer Forward B) Secuencia del plásmido Pchg 3C con primer Reverse PCHG3_PJETR TCATGTAGGAGATCTTCTAGAAGATTCAGTCATCGGAGGACAAGTCGCACTGGAT CATGGGTCCAAACCTGCACATAGTAGCCAAGTTAATGAGCTCCTTCTCCGTTTTCT TCTTCTGCTTCTCCTCCAGTTCCTCGCTCTGGTTCTCCATTATCTTCTGCAGCGCTTT GCACTGGCATTTGGGGCTTCTCAGCTCGCTCATTTCTGTGCAGCACTTCTGCATGT GTCCTTCTTCTTCTTCGTCTTCGTCTTTTCCTTCGTTCCTCCTTATGTAGTTGATTCT TCCCCGCATGGTCCTGAGAATGTGATTGTCGTCGTCATCATCATCATCGTCATCGC TGCGGCCTTGGATCTTCTCCATGATGTGCTACTCGCAGGGCGTGAGGTTCACCCCC TGGAGCTGCTTGCGGCAGCTATCTTGCTGGTGCTGCCATTTGGAGGCGCTGCAAGT GTGGGCGATGCAGAAGAGAAGAGAGATGAGGAGGATTGTGAACTTGGTGCCCAT GGATCTTGCTGAAAAACTCGAGCCATCCGGAAGATCTGGCGGCCGCTCTCCCTTA GTATGAAGTCGA 52 | P á g i n a Figura 20. Resultados de secuenciación para Pchg 3C. A) Secuenciación realizada con el primer Forward del vector pJET 1.2/blunt; B) Secuencia realizada con el primer Reverse de pJET 1.2/blunt. En la figura 18a se observa la amplificación del fragmento perteneciente a Pchg con un tamaño de 485 pb, en la figura 18c se observa que el plásmido perteneciente a la clona Pchg 3C es positiva al fragmento esperado, el control positivo no se observa claramente, sin embargo puede observarse una ligera banda de 485 pb que nos indica que es el fragmento esperado. Para el análisis de restricción se puede observar en la figura 19a, los fragmentos esperados al ser digerido el plásmido Pchg 3C con la enzima Pst I que tiene sitio de corte en la subunidad grande y en el pJET 1.2/blunt, nuevamente se observa una banda de 1700 pb aproximadamente que indica la presencia de contaminación adquirida durante el proceso de transformación, sin embargo, no interfiere con las pruebas que se realizarán posteriormente. En la figura 20 se presentan los resultados de secuencia utilizando los primers Forward y Reverse a) y b) respectivamente de pJET 1.2/blunt, indicando que la dirección de Pchg 3C se encuentra en 5´-3´ en el vector. Transcripción in vitro A continuación se presenta la transcripción in vitro del fragmento perteneciente a la Subunidad chica (Sch). Para esto primero se linealizó el plásmido Sch_pJET con la enzima Hind III. Figura 21. Linealización del vector Sch_pJET con la enzima Hind III obteniendo un tamaño de 3114 pb. a) b) 53 | P á g i n a Figura 22. Transcripción in vitro Sch. a)Representación in silico del fragmento transcrito que contiene el RNAm de Sch. b) Gel de agarosa donde puede observarse la banda esperada de aproximadamente 500 pb. En la Figura 21 se puede observar el plasmido linealizado que nos permite llevar a cabo la transcripción in vitro para obtener el RNAm que puede ser observado en la Figura 22 a). Este RNAm será evaluado sobre líneas celulares tumorales para observar si tiene un efecto sobre el crecimiento celular. SUBCLONACIÓN EN VECTOR DE EXPRESIÓN pET32b(+) Figura 23. Preparación del vector y del inserto. a) Se puede observar el vector linealizado con un tamaño de 5899 pb. b) y c) El tamaño de los insertos corresponde con el esperado, se purificaron de gel y se clonaron en pET32b(+). a) b) c) 54 | P á g i n a Para seleccionar las clonas positivas se realizó PCR en colonia para verificar la direccionalidad del fragmento utilizando oligonucleótido que se une al promotor T7 y oligonucleótido que detecta al fragmento. Figura 24. PCR para verificar direccionalidad del fragmento Sch. Se puede observar el tamaño esperado de la banda en la construcción pET32b(+)_Sch de 703 pb. Figura 25. PCR para verificación de direccionalidad de fragmentos Pchg y Pch. a) Se puede observar que la construcción hecha para pET32b(+)_Pchg corresponde la banda esperada que nos indica que el fragmento está clonado en dirección correcta. b) La construcción hecha para pET32b(+)_Pch corresponde el tamaño esperado de banda que nos indica que Pch está clonado en la posición esperada. Figura 26. PCR para verificación de direccionalidad de fragmentos Sgde y Schg. a) Se muestra la direccionalidad del fragmento Sgde con un tamaño de 802 pb. b) Direccionalidad perteneciente al fragmento Schg de 985 pb. Con las clonas obtenidas para cada fragmento se procedió a transformar la cepa de expresión E. coli BL21-CodonPlus-RIL. a) b) a) b) 55 | P á g i n a EXPRESIÓN DEPROTEÍNAS A continuación se muestran los pesos calculados en el programa informático Expasy de cada péptido y el peso esperado al expresarse con en E. coli. Fragmentos PESO MOLECULAR (kDa) PM CLONADO (kDa) Sch 5.7 18 Schg 18.4 29 Sgde 10.7 24 Pch 7.9 19 Pchg 24.1 24 Trx A 12.3 22 Tabla 4. Pesos de los péptidos. En la primera columna se muestra el nombre de cada fragmento, TrxA es Tiorredoxina que será el control negativo. En la segunda columna se muestra los pesos calculados en el programa Expasy de los fragmentos solos. En la tercera columna se presentan los pesos observados de las proteínas expresadas de cada construcción. Figura 27. Gel de acrilamida SDS-PAGE 13%. En este gel se puede observar las diferentes fracciones esperadas para cada construcción realizada. Los números en blanco indican el peso molecular en kDa de cada subunidad. 56 | P á g i n a Figura 28. Gel de acrilamida SDS-PAGE 13%. Expresión del plásmido pET32b(+) vacío, la expresión de Tiorredoxina se observa aproximadamente a 22 kDA. Figura 29. Gel de acrilamida SDS-PAGE 13%. Expresión del plásmido pET32b(+)_Pchg, la expresión de Péptido señal_subunidad chica_grande, se observa con un peso de 24 kDa. 22 kDa 57 | P á g i n a Figura 30. Gel de acrilamida SDS-PAGE 13%. Expresión del plásmido pET32b(+)_Pch, la expresión de Péptido señal_subunidad chica, se observa con un peso de 19 kDa. Para las subunidades Sch, Schg y Sgde se llevó a cabo una precipitación diferencial con Sulfato de Sodio, obteniendo los siguientes resultados. 58 | P á g i n a Figura 31. Gel de acrilamida SDS-PAGE 13%. Precipitación diferencial con (NH4)2SO4 para Subunidad chica fracción soluble e insoluble. Figura 32. Gel de acrilamida SDS-PAGE 13%. Precipitación diferencial con (NH4)2SO4 para la subunidad grande soluble e insoluble. Se puede observar que los diferentes porcentajes de (NH4)2SO4 nos da diferentes intensidades en la banda de nuestro péptido. 59 | P á g i n a Figura 33. Gel de acrilamida SDS-PAGE 13%. Precipitación diferencial con (NH4)2SO4 para la subunidad chica_grande soluble e insoluble. Se puede observar que los diferentes porcentajes de (NH4)2SO4 nos da diferentes intensidades en la banda de nuestra proteína. Con estos datos se procede a purificar las proteínas de interés por medio de electro elución. 60 | P á g i n a CONCLUSIONES El siguiente trabajo buscó la construcción de fragmentos no reportados con anterioridad que pertenecen a albúmina 2S de soya, ser expresados en E. coli y observar su impacto sobre el crecimiento. Con las construcciones obtenidas se podrá observar si la función de los diferentes fragmentos que codifican para Albúmina 2S es similar a la reportada en el péptido lunasina en E. coli, permitiendo determinar si los diferentes fragmentos de la Albúmina 2S participan en la interrupción de la formación del septo bacteriano, así como su acción sobre líneas celulares cancerígenas. 61 | P á g i n a BIBLIOGRAFÍA 1. Akiyama, S. K., Aota, S. I., &Yamada, K. M. 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