Receptores cys-loop de Caenorhabditis elegans : propiedades farmacológicas y funcionales

El nematodo de vida libre Caenorhabditis elegans es un organismo modelo para el estudio del sistema nervioso y enfermedades humanas. Este nematodo del suelo ofrece un gran potencial para análisis genéticos, en parte debido a su rápido ciclo de vida (3-días), pequeño tamaño (1,5 mm de largo) y fácil...

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Detalles Bibliográficos
Autor principal: Hernando, Guillermina
Otros Autores: Bouzat, Cecilia
Formato: tesis doctoral
Lenguaje:Español
Publicado: 2013
Materias:
Biología
Nematodos
Receptores nicotínicos
GABAR
Acceso en línea:http://repositoriodigital.uns.edu.ar/handle/123456789/442
Aporte de:
Repositorio Institucional Universidad Nacional del Sur (UNS) de Universidad Nacional del Sur
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description El nematodo de vida libre Caenorhabditis elegans es un organismo modelo para el estudio del sistema nervioso y enfermedades humanas. Este nematodo del suelo ofrece un gran potencial para análisis genéticos, en parte debido a su rápido ciclo de vida (3-días), pequeño tamaño (1,5 mm de largo) y fácil cultivo en el laboratorio.Progresos sustanciales en la identificación de genes que codifican para un gran número de proteínas responsables de la liberación de neurotransmisores, la detección postsináptica y las señales corriente abajo, han avanzado nuestro entendimiento de la mecanística de cómo las neuronas se comunican he interactúan. Caenorhabditis elegans es también un valioso modelo para el estudio de agentes antihelmínticos relacionados al sistema nervioso. Los receptores “Cys-loop” musculares de nematodos son de importancia clínica porque son blancos de drogas antihelmínticas. Los nematodos parásitos causan sustanciales muertes y morbidez en humanos y pérdidas en el ganado y animales domésticos. C. elegans es entonces una valiosa plataforma para el estudio de blancos antihelmínticos porque comparte características fisiológicas y farmacológicas con los nematodos de vida parasitaria, y es sensible a la mayoría de las drogas antihelmínticas. También ha emergido como un organismo modelo útil para el estudio de enfermedades neuromusculares humanas y testeo de drogas. En este trabajo de Tesis nosotros exploramos a diferentes niveles los receptores involucrados en la coordinación de la locomoción de los gusanos. En C. elegans los músculos de la pared del cuerpo reciben innervación de las neuronas motoras colinérgicas (excitatorias) y GABAérgicas (inhibitorias). La acetilcolina (ACh) liberada desde las neuronas motoras estimula la contracción muscular sobre un lado del cuerpo, y simultáneamente activa una neurona motora inhibitoria que se proyecta hacia el lado opuesto del cuerpo y libera GABA, el cual relaja los músculos. Debido a que C. elegans contiene un receptor de GABA y dos tipos farmacológicamente diferentes de receptores de ACh (AChR), el AChR sensible a levamisol (L-AChR) y el AChR sensible a nicotina (N-AChR), decidimos dividir este trabajo en dos capítulos para una lectura más conveniente. En el Capítulo I, exploramos los AChRs. El AChR es un miembro de la familia de receptores “Cys-loop”, la cual media la transmisión sináptica rápida en vertebrados e invertebrados. AChR pueden ensamblarse de cinco subunidades tipo-α idénticas ‒ formando receptores homoméricos ‒ como el receptor de vertebrados α7 o el N-AChR de C. elegans (ACR-16) o de diferentes subunidades α y no-α formando receptores heteroméricos, como los nicotínicos musculares de vertebrados y los L-AChRs musculares de nematodos. El músculo de C. elegans contiene siete diferentes subunidades de AChRs, cinco de las cuales han sido mostradas como componentes del L-AChR adulto. Para dilucidar la razón de tal diversidad de subunidades, exploramos sus roles funcionales en células musculares de la Larva 1 (L1). Por medio de ensayos de canal único y corrientes macroscópicas demostramos que las subunidades tipo-α UNC-38 y UNC-63 como la no-α UNC-29 son requeridas para L-AChRs funcionales. Asimismo exploramos en detalle la contribución de las subunidad tipo-α LEV-8 y ACR-8. Nuestro estudio revela que la subunidad LEV-8 es un componente del L-AChR nativo en L1 pero se comporta como una subunidad no esencial. Esta juega un rol clave en el mantenimiento de una baja velocidad y extendido de la desensibilización de los L-AChRs. También mostramos que en ausencia de la subunidad tipo-α ACR-8, la propiedades de los canales de L-AChRs no son modificadas, por lo tanto indicando que ACR-8 no es un componente del L-AChR en L1. Este estudio revela que las células L1 expresan un tipo principal de L-AChR compuesto de cinco diferentes subunidades: UNC-38, UNC-63, UNC-29, LEV-1, y LEV-8. El análisis de una doble mutante nula lev-8;acr-8, la cual muestra un fenotipo descoordinado y es resistente a levamisol, revela que ACR-8 puede reemplazar a LEV-8 en su ausencia, por lo tanto atribuyéndosele un rol a esta subunidad. En el Capítulo II, exploramos el UNC-49R. Los canales de cloro activados por GABA juegan un importante rol inhibitorio en el sistema nervioso de vertebrados e invertebrados. El receptor muscular de GABA de C. elegans está codificado por el gen unc-49, el cual es traducido en tres subunidades: UNC-49A, UNC-49B y UNC-49C. Ha sido mostrado que en el estado adulto de C. elegans el receptor de GABA está compuesto de las subunidades B y C. Los UNC-49Rs comparten superposiciones estructurales y farmacológicas con los receptores GABAA de mamífero en algunos aspectos y difieren grandemente en otros. Estas diferencias podrían ser explotadas en el diseño de drogas antiparasíticas. Sin embargo, la información sobre las propiedades funcionales de los receptores de nematodos es todavía escasa. Por medio de ensayos de corrientes macroscópicas y de canal único desciframos como los receptores de GABA de células musculares al estadio L1 de C. elegans son activados y modulados por agonistas y agentes antihelmínticos. Mostramos que muscimol, el cual es un agonista selectivo de los GABAARs, y piperazina, un antihelmíntico ampliamente utilizado, son ambos capaces de activar al UNC-49R. Los efectos de estas drogas a nivel molecular están relacionados con efectos comportamentales en ensayos de parálisis. Es interesante el hecho de que nuestros resultados revelan que la ivermectina (IVM), la cual es un modulador de muchos receptores “Cys-loop”, inhibe los receptores de GABA como también los L-AChRs de C. elegans, ambos involucrados en el movimiento coordinado. Más aún, la IVM muestra efectos sinérgicos sobre la parálisis inducida por ambos agonistas GABAérgicos y colinérgicos. Por lo tanto, reforzando la importancia de la investigación sobre la combinación de drogas antihelmínticas como estrategia tendiendo a reducir el incremento de problemas de resistencia a drogas. En general, nuestros estudios en el capítulo II proveen nueva información concerniente a la activación de los GABAARs en el músculo de C. elegans. Mostramos por primera vez la actividad de canal único del UNC-49R nativo, como también que muscimol y piperazina son agonistas de este receptor. Nuestro estudio también provee más información sobre los complejos y pleiotrópicos efectos de la IVM. La IVM es un inhibidor de los receptores de GABA y L-AChR. La elucidación de las bases estructurales y mecanísticas bajo las acciones pleiotrópicas de la IVM en la familia de receptores “Cys-loop” puede abrir puertas para el diseño de nuevas drogas. En resumen, en esta Tesis doctoral caracterizamos el L-AChR y la activación del UNC-49R, ambos involucrados en la locomoción coordinada. La caracterización de estos receptores “Cys-loop” en un organismo genéticamente manipulable y modelo de nematodos parásitos provee nuevas avenidas de exploración para drogas selectivas, como también para definir los determinantes estructurales de la activación y modulación en la familia de receptores “Cys-loop”.

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