3.06 Tesis doctorado

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El ácido palmítico reduce la sensibilidad a insulina de neuronas hipotalámicas: rol de la autofagia y del receptor FFAR1/GPR40
(2022) Toledo Valenzuela, Lilian Alejandra; Morselli, Eugenia; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
La diabetes mellitus tipo 2 es una compleja enfermedad metabólica caracterizada por una hiperglicemia crónica, que puede ser debida a una disminución en la sensibilidad a la insulina, a una reducción en su secreción o una combinación de ambas. El consumo de una dieta alta en grasas, abundante en ácido palmítico, favorece el desarrollo de esta enfermedad. El ácido palmítico disminuye la sensibilidad a la insulina en todo el organismo, incluyendo las neuronas hipotalámicas, que inhiben la producción de glucosa hepática (PGH) clave en la regulación de la glicemia. La acumulación hipotalámica de ácido palmítico reduce la supresión de la PGH, lo cual podría causar una menor sensibilidad a insulina en estos animales; sin embargo, esto aún no ha sido dilucidado. Respecto al mecanismo, se ha descrito que la activación por ácido palmítico del Receptor de Ácidos Grasos Libres 1 FFAR1/GPR40, disminuye la respuesta a la insulina en células β-pancreáticas, aunque no se ha evaluado si también reduce la sensibilidad a insulina en neuronas hipotalámicas, y si esto se traduce en una menor captación de glucosa mediada por insulina. Por otra parte, hemos demostrado que la autofagia, un proceso de degradación y reciclaje esencial para la homeostasis celular, se inhibe por la activación de FFAR1/GPR40 por ácido palmítico en neuronas hipotalámicas. La inhibición de la autofagia se asocia con una menor sensibilidad a la insulina en diversas células, por lo que resulta relevante evaluar si su bloqueo por ácido palmítico reduce la sensibilidad a la insulina en neuronas hipotalámicas. En base a la evidencia expuesta previamente, este proyecto está enfocado en determinar si el ácido palmítico, a través del receptor de ácidos grasos libres 1 (FFAR1/GPR40) y por medio de la inhibición de la autofagia, reduce la sensibilidad a la insulina en neuronas hipotalámicas. Por otro lado, queremos determinar si la infusión intracerebroventricular (ICV) de ácido palmítico reduce la sensibilidad a la insulina en ratones C57BL/6. Nuestros resultados muestran que el ácido palmítico reduce la sensibilidad a la insulina de las neuronas hipotalámicas por un mecanismo que incluye tanto la activación de FFAR1/GPR40 como defectos en la autofagia, reduciendo la activación de la vía PI3K/AKT y disminuyendo la captación de glucosa inducida por insulina en neuronas hipotalámicas. Finalmente, nuestros datos sugieren que la infusión hipotalámica de ácido palmítico reduce la tolerancia a la glucosa y disminuye los niveles plasmáticos de insulina en ratones C57BL/6. Este proyecto provee nueva información acerca de cómo el ácido palmítico favorece el desarrollo de diabetes mellitus tipo 2, dando énfasis en la función de FFAR1/GPR40 en las neuronas hipotalámicas y considerando a la autofagia como un mecanismo de regulación de la sensibilidad a insulina en estas células. Estos resultados podrían ser un precedente para futuros estudios enfocados en el rol de la autofagia en neuronas hipotalámicas y su relevancia en la regulación de la glicemia.
La actividad de la proteína quinasa M\03B6 se requiere para la ejecución de las conductas motivadas en el área del tegmento ventral.
(2013) Ibáñez Hormazábal, María Raquel; Gysling Caselli, Katia; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
El Área del tegmento ventral (VTA) es una zona central en el sistema neuronal, llamado circuito de la motivación, que controla las respuestas de refuerzo a los estímulos naturales (tales como alimento) y a las drogas de abuso. El circuito de la motivación esta formado por VTA, Núcleo Accumbens y Corteza Pre-frontal, entre otras áreas. Se ha descrito que la activación de VTA induce una liberación de dopamina (DA) en los terminales presentes en Núcleo Accumbens y en otras áreas cerebrales. Esta liberación de DA ha sido altamente asociada al procesamiento de las recompensas. Todas las drogas de abuso activan, directa o indirectamente, las neuronas dopaminérgicas del VTA. Se ha descrito que esta activación genera cambios plásticos en el circuito. Estos cambios serían los responsables de generar las modificaciones del comportamiento inducidas por las drogas de abuso. Y además, serian necesarios para la repetición de la conducta en el tiempo. Se ha demostrado que los recompensantes naturales y las drogas de abuso inducen una potenciación a largo plazo en las neuronas dopaminérgicas del VTA.
ADAM17 participa en la apoptosis fisiológica e inducida por xenoestrógenos durante la espermatogénesis
(2015) Urriola Muñoz, Paulina Andrea; Moreno Mauro, Ricardo D.; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
La apoptosis en células germinales es fundamental en la regulación de la producción diaria de espermatozoides, y se lleva a cabo tanto en condiciones fisiológicas como inducidas por agentes externos como lo son los genotóxicos, que dañan al DNA, y xenoestrógenos, que imitan a los estrógenos endógenos. Se sabe que los xenoestrógenos como Bisfenol A (BFA) y 4-Nonilfenol (NF) inducen un incremento del índice apoptótico en células de testículos de ratas y ratones y una baja producción de espermatozoides en estos animales. Sin embargo, el mecanismo que subyace a este efecto es desconocido. La ADAM17 (A Desintegrin And Metalloprotease-17) es una metaloproteasa de transmembrana relevante en la señalización paracrina/yuxtacrina y autocrina. En nuestro laboratorio se ha mostrado que la inhibición farmacológica de la ADAM17 disminuye la apoptosis de células germinales masculinas tanto en condiciones fisiológicas como en la inducida por drogas anticancerígenas y xenoestrógenos. Sin embargo, aún se desconoce si la presencia de la ADAM17 en las células germinales es fundamental en la apoptosis de estas células. Es por ello, se propuso la siguiente hipótesis: La presencia de ADAM17 es necesaria para la apoptosis de células germinales masculinas tanto fisiológica como inducida por los xenoestrógenos BFA y NF durante la espermatogénesis del ratón. En donde se plantearon 4 objetivos específicos: (1) Determinar la participación de la ADAM17 de las células germinales masculinas meióticas y post-meióticas sobre la apoptosis de estas células in vivo, (2) Evaluar la participación de la ADAM17 de las células germinales masculinas meióticas y postmeióticas sobre la apoptosis de estas células inducida por los xenoestrógenos BFA y NF in vivo, (3) Determinar el efecto de los xenoestrógenos BFA y NF sobre la actividad de la ADAM17 y (4) Estudiar in vitro la participación de la ADAM17 sobre la apoptosis inducida por BFA y NF en líneas celulares. Para esto, se creó un ratón knock out condicional para la ADAM17 en células germinales masculinas utilizando la tecnología Cre-LoxP. En estos ratones se observó que la apoptosis fisiológica e inducida por los xenoestrógenos BFA y NF disminuyó significativamente en relación a los silvestres cuando se evaluó el número de células caspasa-3 activa mediante inmunofluorescencia, el número de células picnóticas por tinción Pas-He, y el porcentaje de células TUNEL positivas. Usando estos ratones se estableció que la presencia de la ADAM17 es fundamental en la apoptosis de células germinales masculinas tanto en condiciones fisiológicas como inducida por BFA y NF. Además, se determinó la participación de esta metaloproteasa en el desarrollo de la espermatogénesis. Para ello, se calculó el porcentaje del peso testicular en comparación al peso corporal a los 21 y 60 días de edad, donde se observó una disminución significativa de este en ratones knock out respecto a los wild type. Esto puede ser explicado por la disminución en los parámetros histológicos del testículo, como la altura del epitelio, diámetro de los túbulos seminíferos y del lumen de los túbulos seminíferos observado en los ratones knock out respecto a los wild type. Por otro lado, para dilucidar si BFA y NF inducen actividad metaloproteasa de la ADAM17 (lo cual sería fundamental para la muerte de las células germinales) se creó un sistema in vitro en el cual se expresó una proteína que tiene el dominio intracelular, el de transmembrana y parte del dominio extracelular de 5 sustratos de la ADAM17 fueron fusionados con fosfatasa alcalina (FA). Estos sustratos son Neuregulina β1 (NRGβ1), Tumor Necrosis Factor α (TNFα), Heparin-binding EGF-like growth factor (HB-EGF), Kit Ligand 2 (KitL2), o Transforming Growth Factor α (TGFα). Este sistema in vitro fue expresado en líneas celulares de células de Sertoli de ratón (TM4), en células de cáncer de próstata humana (LnCaP), o en células de fibroblasto de embrión de ratón (mEFs). De esta manera, se midió la liberación de fosfatasa alcalina al medio de cultivo (mediante la actividad de FA), lo que indirectamente refleja la actividad metaloproteasa de la ADAM17. Usando este sistema in vitro, se mostróque la inhibición farmacológica y/o genética (knockdown) de la ADAM17 previene la liberación de FA inducida por BFA o NF. Además, utilizando células mEFs que pierden iRhom1 y/o iRhom2 (proteínas inactivadas de la familia romboide) se determinó que la activación de ADAM17 inducida por BFA y NF depende de iRhom2 pero no de iRhom1. Por último, mediante los niveles proteicos del fragmento de 86 kDa de PARP (sustrato de caspasa-3) evaluados por western blot; el porcentaje de la población de células sub-G1 y de células Anexina V evaluadas por citometría de flujo se determinó que la inhibición genética de la ADAM17 previene la muerte celular inducida por BFA y NF. En conclusión la ADAM17 participa en la apoptosis de células germinales tanto fisiológica como inducida por los xenoestrógenos BFA y NF durante la espermatogénesis del ratón.
AMPA receptor stabilization mediated by non-canonical Wnt signaling protects against Aβ42 oligomers synaptotoxicity
(2018) Montecinos Oliva, Carla; Inestrosa Cantín, Nibaldo; Choquet, Daniel; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
Los receptores AMPA (AMPARs) son los principales responsables de la respuesta excitatoria rápida en el sistema nervioso central, incluyendo neuronas hipocampales, estudiadas en esta tesis. A diferencia de otros receptores glutamatérgicos, los AMPARs son altamente dinámicos. Dentro de las espinas dendríticas, se pueden mover hacia y desde compartimentos endocíticos y hacia la membrana plasmática. Una vez en la superficie, a través de difusión lateral, se pueden anclar a proteínas de la densidad postsináptica o regresar a compartimentos endocíticos. Por otro lado, los oligómeros Aβ (oAβ) aumentan la endocitosis de AMPARs, disminuyen la densidad de espinas dendríticas y causan una falla generalizada de la transmisión sináptica excitatoria. Estos efectos, entre otros, se engloban en el término “sinaptotoxicidad por oAβ” y es uno de los principales puntos de estudio en la etiología de la enfermedad de Alzheimer. Al contrario, Wnt5a un ligando endógeno conocido por activar la víano canónica en neuronas hipocampales, genera un aumento en corrientes excitatorias y en losclusters de PSD95 y protege a las neuronas contra la sinaptotoxicidad causada por oAβ. Debido a esto, procedimos a estudiar el mecanismo por el cual Wnt5a protege de la sinaptotoxicidad causada por Aβ. Esto nos llevó a evaluar los efectos de Wnt5a en uno de los principales factores en la transmisión glutamatérgica, la dinámica de los AMPARs. Con el uso de microscopía de super-resolución en neuronas hipocampales vivas, encontramos que Wnt5a modula la dinámica y localización de los AMPARs. Específicamente, Wnt5a estabiliza los AMPARs en espinas y dendritas. Lo cual se correlaciona con un aumento en la co-localización e interacción entre GluA2 y PSD95. Estos efectos son causados únicamente por la activación no-canónica de la vía Wnt, a través del ligando Wnt5a y no por los efectos canónicos de Wnt7a. De manera interesante, la pre-incubación de Wnt5a previene la toxicicidad de los oligómeros Aβ y mantiene la dinámica basal de los AMPARs. Esta data sugiere que Wnt5a promueve la estabilización de AMPARs, previniendo los efectos synaptotóxicos de los oAβ.
Análisis de los cambios tempranos del transcriptoma en respuesta al daño en la médula espinal de Xenopus laevis.
(2019) Peñailillo Lazo, Johany Freddy; Larraín Correa, Juan Agustín; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
A diferencia de los mamíferos, otros animales como las larvas de anfibios anuros (donde se incluye a Xenopus) pueden lograr una recuperación funcional completa después de una lesión en la médula espinal. En nuestro laboratorio, se ha establecido a la rana Xenopus laevis (X. laevis) como un organismo modelo para estudiar la regeneración de la médula espinal. Una de las principales ventajas de X. laevis es que las larvas en etapas 50-54 (estadios-R) pueden recuperarse anatómica, histológica y funcionalmente después de una lesión en la médula espinal (LME). Esas habilidades se pierden por completo en las ranas juveniles (estadio-NR). La zona ependimaria del canal central de la médula espinal de las larvas en estadios-R presenta un alto porcentaje de células progenitoras neuronales (NPC) Sox2+. Estas se activan rápidamente en respuesta a una lesión y son necesarias para lograr la regeneración completa de la médula espinal. Nuestro interés es identificar las redes genéticas y las vías de señalización involucradas en la activación temprana de NPC. Para identificar los mecanismos y las vías de señalización involucradas en la activación de células Sox2+, hemos realizado un análisis de los cambios del transcriptoma durante las primeras 21 horas posteriores a la transección (hpt) en animales en estadios-R. Con este objetivo, el tejido del sitio de la lesión se aisló cada 1 hora luego de la lesión en animales transectados, así como también en animales control, con daño simulado (sham) y sin daño. Como resultado de este muestreo y posterior secuenciación de ARNm conseguimos más de 100 librerías de RNA-seq, con las cuales se realizó un exhaustivo análisis bioinformático. Los genes expresados diferencialmente (GEDs) se identificaron mediante Procesos Gaussianos. Posteriormente, la estructura modular de los GEDs se infirió utilizando un Análisis de redes de Co-expresión Génica Ponderada (WGCNA). Estos módulos de co-expresión fueron analizados buscando procesos biológicos y vías de señalización KEGG enriquecidas. Además, analizamos los motivos de unión al ADN de factor de transcripción enriquecidos en el promotor proximal de genes coexpresados y las interacciones proteína-proteína entre los GEDs. Identificamos 1850 GEDs que se agruparon en 11 módulos de coexpresión (3 regulados negativamente, 2 regulados positivamente con una activación inmediata, 3 regulados positivamente con una activación intermedia y 3 regulados positivamente con una activación tardía). El análisis de ontología génica reportó: (1) un enriquecimiento de los reguladores negativos de la señalización mTOR en los primeros módulos regulados negativamente, (2) un aumento en factores de transcripción en los módulos de activación inmediata, (3) un aumento en los componentes de la biogénesis del ribosoma en módulos de activación intermedia y (4) un aumento en genes asociados a división de células progenitoras y de ciclo celular en módulos de activación tardía. En base a nuestros análisis bioinformáticos decidimos estudiar el rol de la vía mTOR durante las primeras horas luego de la transección. Análisis por Western Blot e Inmunofluorescencia contra p-S6, la forma activa de un componente intracelular de la vía mTOR, mostraron una activación rápida a las 3 hpt y principalmente en las células de la zona ependimaria del canal central cercanas al sitio de la lesión y los cuerpos neuronales a lo largo del sistema nervioso. La inhibición de esta vía de señalización utilizando rapamicina bloquea la proliferación de células Sox2+ y la recuperación funcional después de la LME. Estos resultados sugieren un papel clave para la vía mTOR en la rápida activación de las células Sox2+ para una adecuada recuperación después de la LME en renacuajos. De esta manera, podemos concluir que identificamos cambios tempranos en el transcriptoma de la médula espinal en respuesta al daño a la médula espinal, los cuales pueden ser asociados a varios procesos biológicos y vías de señalización que se despliegan en ondas transcripcionales secuenciales después de la LME. Finalmente, análisis bioinformáticos y pruebas funcionales de la vía mTOR sugieren que esta vía de señalización sería clave durante las primeras horas de la regeneración de la médula espinal.
Análisis del rol de la cutícula en la defensa de la vid ante el hongo necrotrófico Botrytis cinerea
(2022) Meyer Regueiro, Carlos José; Arce Johnson, Jorge Patricio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
La cutícula es la estructura más externa de todos los tejidos aéreo de los organismos vegetales, por esta razón se encuentra en contacto inmediato con el medio circundante, interactuando con las distintas señales ambientales. Particularmente, es esta estructura la primera barrera que deben sobrepasar los patógenos fúngicos para colonizar el tejido aéreo vegetal. Por esta razón, su rol en la interacción planta-patógeno ha tomado relevancia en los últimos años. Se han propuesto tres mecanismos hipotéticos que podrían explicar las funciones de la cutícula en la interacción planta hongo: (1) Barrera física que impide la penetración del patógeno, (2) fuente de compuestos que afectan el desarrollo del hongo y (3) fuente de efectores percibidos tempranamente por la planta. Dentro del género Vitis, híbridos V. vinifera x V. labrusca presentan mayor grado de resistencia a este patógeno que su contraparte V. vinifera. Basados en la comparación de los componentes de la cutícula de ambas especies se determinó que en los cultivares derivados de V. labrusca existe una mayor acumulación de ácido ursólico, ácido olenólico y heintriacotano, moléculas que otorgan resistencia al hongo al ser asperjadas sobre bayas susceptibles. Este proyecto plantea estudiar la interacción entre B. cinerea y V. vinifera (híbridos V. vinifera x V. Labrusca) para contribuir a dilucidar cuál es el mecanismo de resistencia mediado por las ceras de la cutícula, a través de la caracterización de aspectos fisiológicos del ciclo infectivo del hongo en bayas de vid para dilucidar el componente principal de la resistencia a B. cinerea.
Análisis in vitro de los diferentes modos de unión a ADN de los factores de transcripción MarA y Rob
(2021) Geoffroy Jarpa, Consuelo Ignacia; Melo Ledermann, Francisco Javier; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
El proceso de reconocimiento molecular entre proteínas y ADN es fundamental para la vida. MarA y Rob son 2 factores de transcripción de Escherichia coli pertenecientes a la familia AraC/XylS, cuyos miembros presentan una alta similitud de secuencia y se encuentran relacionados a la regulación de genes involucrados en resistencia a antibióticos, tolerancia estrés oxidativo y resistencia a disolventes orgánicos y metales pesados [1]. La estructura de ambas proteínas incluye un dominio de reconocimiento a ADN organizado en un motivo HTH bipartito, con dos hélices clave en el reconocimiento de secuencias (Hélices 3 y 6). Adicionalmente Rob presenta un dominio regulatorio en el extremo C-terminal, cuya función aún no es bien conocida. Estudios cristalográficos previos, sugieren que ambos factores de transcripción reconocen y se unen a sus secuencias promotoras de forma distinta. Mientras que MarA interactúa con dos secuencias nucleotídicas clave denominadas cajas A y B de la región promotora y une ambas hélices al surco mayor del ADN deformándolo, Rob reconoce ambas cajas, pero tan solo se une a una de ellas sin alterar la estructura nucleica. En este estudio se abordan diferentes interrogantes y se combinan e integran datos experimentales, estadísticos y computacionales lo que permite comprender los mecanismos de reconocimiento y las diferencias planteadas. El factor de transcripción purificado se agregó in vitro a los distintos promotores degenerados y las secuencias unidas y no unidas se separaron. La estrategia general fue crear una biblioteca de sitios de unión potenciales, a partir de las secuencias unidas. Ambos extremos de las secuencias de la biblioteca tienen sitios de unión de partidores de modo que pudieron amplificarse mediante PCR y ser secuenciados mediante secuenciación masiva. Por otro lado los promotores degenerados abarcaron tanto el promotor mar como el promotor micF completo y se fueron cubriendo regiones de 4 nucleótidos. Esto permitió tener una mirada global de los factores que juegan un rol importante en el reconocimiento específico proteína-ADN. Los resultados claves de este estudio son: en primer lugar que la presencia o ausencia del dominio regulatorio, jugaría un rol en la especificidad del reconocimiento proteína-ADN. En segundo lugar, la región espaciadora no aportaría especificidad a la unión, pero sí jugaría un papel clave en cuanto a la estabilidad de la unión. Y finalmente se concluye que Rob presenta dos modos de unión alternativos en donde presenta contacto directo con el surco mayor del ADN a través de la hélice 3 y la hélice 6 o bien interactúa principalmente sólo con caja A a través de hélice 3.
Analysis of the metabolic features of plant extremophile species from the Atacama desert
(2022) Dussarrat, Thomas; Gutiérrez Ilabaca, Rodrigo Antonio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Agronomía e Ingeniería Forestal
Los sitios extremos situados en los márgenes de al menos un gradiente abiótico permiten la supervivencia de muy pocas especies. Estas especies denominadas extremófilas (literalmente que aman los extremos) albergan una reserva única de adaptaciones genéticas y bioquímicas que siempre han atraído la curiosidad humana. Estudios anteriores han demostrado un alto grado de especificidad para la adaptación de las especies de plantas a biomas hostiles, lo que explica que las transferencias exitosas de esas adaptaciones a los cultivos sigan siendo escasas. Sin embargo, también pueden existir estrategias adaptativas genéricas o más generales. En este contexto, me propongo utilizar un enfoque integral desde el ecosistema hasta los metabolitos para investigar las adaptaciones bioquímicas de las especies vegetales extremófilas del desierto de Atacama, el desierto no polar más seco del planeta. Las plantas se recogieron en su entorno natural, que abarca un gradiente de altitud de 2500 a 4500m. Se combinaron múltiples enfoques metabolómicos con el aprendizaje automático o “machine learning” para develar una serie de herramientas genéricas para la resistencia de las plantas a las duras condiciones del Atacama. Posteriormente, los análisis de enriquecimiento de reacciones y vías metabólicas identificaron los legados genéticos subyacentes a las estrategias bioquímicas convergentes seleccionadas evolutivamente. Por último, se exploró el rol de las interacciones positivas con el cactus Maihueniopsis camachoi en la adaptación de varias especies a las extremas condiciones ambientales. Los resultados permitieron comprender mejor los procesos de facilitación y descubrir un novedoso conjunto de metabolitos capaces de predecir el estado de la interacción. Finalmente, este estudio aporta información importante para comprender los mecanismos de adaptación que subyacen a la resistencia de las plantas a los climas extremos, y nuestro enfoque multiespecífico presagia estudios y descubrimientos prometedores en agronomía y ecología.
Antecedentes de la invasión de la especie exótica Lycalopex griseus (Zorro Gris o Chilla) en Isla Grande de Tierra del Fuego, Chile
(2021) Zurita Redón, Carlos Nicolás Felipe; Jaksic Andrade, Fabián; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
Se realiza una recopilación bibliográfica de los datos sobre la invasión de Lycalopex griseus (Zorro Gris) en la Isla Grande de Tierra del Fuego con el objetivo de describir y analizar los antecedentes publicados sobre la introducción, invasión y efectos de Lycalopex griseus en dicho lugar. Se sabe que este cánido fue introducido en la Isla en 1951 de manera voluntaria para ejercer un control biológico sobre las poblaciones de Conejo Europeo (Oryctolagus cuniculus) que, a esa fecha, se estimaban sobre 30 millones de individuos. Este lagomorfo vio disminuida sus abundancias poblacionales a raíz de la introducción de la enfermedad viral mixomatosis que provocaba su muerte, en tanto que el Zorro Gris comenzó a aumentar sus abundancias sin haber ejercido eficazmente su rol putativo de controlador biológico. Para esto, se hace una revisión con ayuda de Google Académico y algunos criterios de búsqueda para encontrar literatura al respecto. Se evidencia que esta es escasa, y aporta datos antiguos que requieren actualización. Entre los datos recopilados, destacan antecedentes sobre su nicho trófico, donde se muestra que este cánido incorpora ítems dietarios diversos, como vegetales y micromamíferos; además, datos sobre sus poblaciones que muestran los sectores de la isla donde con mayor probabilidad de avistamiento de Zorros Grises. En conclusión, se hacen necesarios nuevos esfuerzos de muestreo para actualizar la información y resolver otras incógnitas que han sido planteadas en la literatura por años, como la eficacia y eficiencia de los zorros como controladores biológicos de conejos.
Associations between habitat conditions, sociality, and brain organization in octodontid rodents.
(2014) Sobrero Inverardi, Raúl Eduardo; Ebensperger Pesce, Luis Alberto; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
Nuestro conocimiento sobre la evolución del comportamiento social en roedores octodóntidos es aún fragmentario. La información disponible indica que las especies filogenéticamente basales son solitarias, mientras que las más derivadas tienden a ser sociales. Sin embargo, la información sobre la estructura social disponible para varias especies es anecdótica, lo cual dificulta el establecimiento de conclusiones robustas sobre la evolución del comportamiento social en este clado. Este es el primer estudio que cuantifica la actividad, uso del espacio, y comportamiento social del degú costino (Octodon lunatus), una especie derivada de octodóntido. Durante noviembre y diciembre de 2010 y 2011 se utilizaron métodos de captura-recaptura y telemetría para cuantificar el patrón diario de actividad superficial, ámbitos de hogar, solapamientos entre ámbitos de hogar, y uso compartido de parches de descanso y nidificación en una población costera localizada en el centro-norte de Chile.La actividad de O. lunatus, medida como desplazamientos individuales entre localizaciones consecutivas, mostró una tendencia estadísticamente no significativa a ser mayor en horas de la noche. Durante el día los animales usaron 1 a 3 sitios de descanso y anidamiento asociados con una alta cobertura arbustiva, donde Pouteria splendens (lúcumo) fue la especie dominante. Machos y hembras compartieron estos sitios de descanso en múltiples ocasiones. El solapamiento entre los ámbitos de hogar tendió a ser mayor en animales que además compartieron sitios de descanso comparado con animales que no compartieron estos sitios. En base al uso compartido de refugios se identificó 1 grupo social en 2010 y 4 grupos en 2011. La composición de estos grupos fue de 1 a 3 hembras adultas y de 1 a 2 machos adultos (2 a 4 adultos en total). Globalmente, los resultados indicaron que O. lunatus muestra algún grado de sociabilidad, observación que apoya una tendencia en la cual el comportamiento social es más frecuente en especies filogenéticamente derivadas de octodóntidos.
Astrocytes from the retrotrapezoid nucleus drives chemoreceptor neuron hyper-responsiveness to hypercapnia in heart failure: role of oxidative stress and glutamate spill-over
(2024) Díaz Jara, Esteban; Río Troncoso, Rodrigo Andre del; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
La insuficiencia cardiaca con fracción de eyección preservada (ICFEP) es una enfermedad crónica caracterizada por una alta prevalencia de desórdenes respiratorios e irregularidades en el patrón ventilatorio, las cuales están estrechamente asociados con la potenciación del quimiorreflejo central. El principal núcleo quimiorreceptor central es el núcleo retrotrapezoide (RTN), ubicado en la superficie del tronco encefálico, que contiene neuronas que frente a un estímulo hipercápnico propagan potenciales de acción excitatorios hacia los centros respiratorios, modulando el patrón respiratorio. En modelos preclínicos de ICFEP, la eliminación selectiva de las neuronas quimiorreceptoras del RTN normaliza la quimiorrefleja central y elimina la irregularidad en el patrón respiratorio. Sin embargo, los mecanismos celulares que potencian la función del RTN durante la ICFEP no se han estudiado previamente. En los últimos años, se ha demostrado que, además de las neuronas quimiorreceptoras, los astrocitos ubicados en el RTN desempeñan un papel clave en la regulación de la quimiorrecepción en condiciones normales. Sin embargo, se desconoce el rol de estas células en el control de la quimiorecepción central durante la ICFEP. Por lo tanto, propuse como hipótesis que "El estrés oxidativo aumenta el impulso del quimioreflejo central en la ICFEP al reducir la captación de glutamato mediada por los astrocitos en el núcleo retrotrapezoide". Los objetivos principales de esta tesis doctoral fueron: i) Determinar los niveles de estrés oxidativo y glutamato en el RTN y estudiar la contribución del estrés oxidativo en las respuestas exageradas del quimiorreflejo central en ratas con ICFEP; ii) Determinar las alteraciones en la morfología de los astrocitos y la localización y expresión del transportador de glutamato-1 (GLT-1) en el RTN de ratas con ICFEP; iii) Determinar la actividad neuronal en secciones del tronco encefálico que contienen el RTN de ratas con ICFEP; y iv) Determinar si la sobre-expresión de GLT-1 en los astrocitos del RTN de ratas con ICFEP restaura la respuesta normal de las neuronas quimiorreceptoras a la hipercapnia. La ICFEP fue inducida en ratas Sprague Dawley machos adultos (~250 g) mediante una fístula arteriovenosa. Se utilizó pletismografía de cuerpo entero para evaluar tanto la respuesta ventilatoria a la hipercapnia (FiCO2 7%), como el patrón respiratorio en reposo. Los niveles del anión superóxido y de superóxido dismutasa 2 en el RTN se determinaron por tinción con dihidroetidio (DHE) y Western Blot, respectivamente. La morfología de los astrocitos y los niveles de GLT-1 en el RTN se determinaron mediante inmunofluorescencia y RNAscope, respectivamente. La localización celular de SOD2 y de GLT-1 se realizó mediante análisis bioinformáticos. Los niveles de glutamato extracelular en el RTN se midieron en animales anestesiados, y posteriormente mediante Cromatografía líquida de alta eficacia (HPLC). Para evaluar la actividad de las neuronas quimiorreceptoras RTN, se realizaron inyecciones estereotáxicas de un adenovirus que permitió la expresión de un sensor de calcio citoplasmático (GCaMP6s) en las neuronas. Posteriormente se analizaron los cambios de fluorescencia en las secciones del tronco encefálico que contenían el RTN mediante microscopía confocal. Finalmente, la sobreexpresión de GLT-1 en astrocitos RTN fue realizada por la inyección estereotáxica de un adenovirus que permitió la expresión del transportador de glutamato-1 bajo el promotor específico de astrocitos, la proteína ácida fibrilar glial (GFAP). Los animales con ICFEP presentaron un aumento en los niveles del anión superóxido en el RTN, los cuales están estrechamente relacionados con la potenciación del quimiorreflejo central en animales ICFEP. El aumento de los niveles de superóxido en el RTN se asoció con la disminución en los niveles de expresión de SOD2, tanto a nivel de mRNA y proteína, en los animales con ICFEP. En paralelo, animales con una disminución parcial de SOD2 presentan un aumento en los niveles de superóxido en el RTN los cuales se correlacionan con la potenciación del quimiorreflejo central, similar a lo observado en animales con ICFEP. Análisis de co-localización y bioinformáticos demostraron que SOD2 se expresa preferentemente en los astrocitos del RTN en lugar de en las neuronas quimiorreceptoras. Las ratas con ICFEP presentan un aumento en los niveles de glutamato extracelular en el RTN tanto en condiciones basales como durante el estímulo hipercápnico comparado con animales Sham. Tanto las ratas con ICFEP como en animales con una disminución parcial de SOD2 presentan una disminución en la morfología de los astrocitos del RTN. Interesantemente se observó que los animales con ICFEP presentan una disminución en la tinción de NMB, el marcador de neuronas quimiorreceptoras del RTN. Análisis de co-localización y bioinformáticos demostraron que GLT-1 se expresa preferentemente en los astrocitos del RTN y no en las neuronas quimiorreceptoras, y que en los animales con ICFEP, existe una disminución en los niveles de GLT-1 en el RTN. Las neuronas quimiorreceptoras del RTN de animales con ICFEP presentan un aumento de actividad tanto en condiciones basales como al ser expuestas a un medio ácido. Finalmente, la sobre-expresión de GLT-1 en los astrocitos del RTN de animales con ICFEP normaliza la actividad de las neuronas quimiorreceptoras del RTN. Además, la sobreexpresión de GLT-1 normaliza los niveles extracelulares de glutamato en el RTN, el quimiorreflejo central y el patrón respiratorio en animales con ICFEP. Estos resultados sugieren que el aumento del estrés oxidativo y la disfunción de los astrocitos en el RTN juegan un rol clave en la potenciación del quimiorreflejo y en la progresión de la ICFEP, principalmente a través la recaptación del glutamato extracelular.
Aumento de proliferación y neurogénesis en la médula espinal de Xenopus laevis en respuesta a la sobre expresión de Lin28
(2022) Herrera Rojas, Mauricio Alejandro; Larraín Correa, Juan Agustín; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
En humanos un daño a la médula espinal se considera irreversible, sin embargo, existen animales con alta capacidad regenerativa tales como el pez cebra, el ajolote y la rana Xenopus laevis los cuales son capaces de regenerar la médula espinal después de un daño, recuperando las conexiones y movilidad perdida producto de la lesión. Para el estudio de la regeneración de la médula espinal, Xenopus laevis presenta ventajas que lo hacen un modelo único de estudio. En etapas pre-metamórficas es un animal con la capacidad de regenerar la médula, mientras que durante y después de la metamorfosis, este animal pierde esas capacidades, por lo que se transforma en un animal no regenerativo. Estudios de nuestro laboratorio utilizando a Xenopus laevissugieren que, para que ocurra regeneración de la médula espinal en estadios regenerativos, es necesario la activación de progenitores neurales identificados como células Sox2+. Al analizar los niveles de expresión de Sox2, se ha visto que estos disminuyen a medida que la rana avanza el desarrollo (metamorfosis). Por lo tanto, se determinó que la disminución de Sox2, podría ser una causa del porqué la rana pierde las capacidades regenerativas en estadios pre-metamórficos. La pregunta que surge en cuestión es ¿existe algún factor que pueda regular a los progenitores neurales Sox2+ y promover la neurogénesis para la regeneración de la médula espinal? Cimadamore en el 2013 demostró que la sobre expresión exógena de la proteína de unión a RNA Lin28 era suficiente para rescatar a los progenitores neuronales de un defecto proliferativo en los estadios más tempranos de la neurogénesis, asociados a la pérdida de Sox2. En el mismo año, el grupo de Shyh-Chang demostró que se mejoraba la regeneración acelerando el recrecimiento de cartílagos, huesos y tejido mesenquimal después de la amputación de los dígitos distales o la perforación de las orejas en los animales. Por último, una expresión constitutiva de Lin28 en células P19, causó un bloqueo completo de glicogénesis acompañado de un incremento en la neurogénesis. Estos antecedentes nos hacen pensar Lin28 podría ser un factor preponderante para inducir la regeneración en la médula espinal mediante la regulación de los progenitores neurales Sox2+. En base a esto, nosotros presentamos la siguiente hipótesis: La sobre expresión de Lin28 produce un aumento de proliferación celular y de la neurogénesis en la médula espinal de Xenopus laevis. Nuestros resultados muestran que hay un aumento significativo de la proliferación de progenitores Sox2 en la médula espinal de la rana producto del daño y que a través de los métodos clásicos de estudio de la neurogénesis con la utilización de un marcador de neurona madura NeuN, se observó que existe neurogénesis en respuesta al daño en estadios regenerativos de Xenopus laevis, por lo tanto, la neurogénesis podría ser un posible mecanismo por el cual la rana puede regenerar la médula espinal después de una daño. Además, los ensayos de sobre expresión de Lin28a en estadios regenerativos demostraron que esta proteína de unión a RNA, regularía la proliferación celular aumentando la actividad de las células progenitoras e induciría la diferenciación celular hacia un fenotipo neuronal generando un aumento en la neurogénesis en la médula espinal en ausencia de daño. Por lo tanto, nosotros creemos Lin28a sería un buen candidato de estudio para la regeneración de la médula espinal de Xenopus laevis a través del aumento de la neurogénesis.
B3 transcription factors regulate iron distribution in A. thaliana embryos
(2021) Grant Grant, Susana Margarita; Roschzttardtz Choucroun, Hannetz France; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
El hierro es un macronutriente esencial para todos los seres vivos. En humanos, la deficiencia de hierro en la dieta es la principal causa de anemia en el mundo. La Organización Mundial de la Salud a propuesto la biofortificación de cultivos como una alternativa para aumenta el contenido de hierro en los alimentos. Uno de los cultivos más consumidos en la dieta humana son las semillas. Sin embargo, poco se conoce sobre la acumulación del hierro en semillas. En Arabidopsis thaliana durante la maduración del embrión el hierro se acumula en las vacuolas de la capa celular que rodea la provasculatura. En A. thaliana y otras plantas modelo se han identificado tres factores de transcripción B3, FUS3 (FUSCA3), LEC2 (LEAFY COTYLEDON2) y ABI3 (ABSCISIC ACID INSENSITIVE 3), que cumplen una función crítica en la acumulación de compuestos de almacenaje como proteínas y lípidos en la semilla durante la maduración. La función de los factores de transcripción B3 en la maduración y la acumulación de compuestos de almacenaje ha sido bien estudiaba, sin embargo, la función de estos factores de transcripción B3 en la acumulación de micronutrientes como el hierro no ha sido estudiada. En este trabajo se estudió el rol de los factores de transcripción B3 en la homeostasis de hierro en semillas de A. thaliana, utilizando mutantes para los factores de transcripción B3 y técnicas histológicas y de biología molecular. En este trabajo se determinó que los factores de transcripción B3 participan en la regulación de la distribución de hierro en semillas de A. thaliana, pero no así el contenido total de hierro en semilla. Los resultados de este trabajo mostraron que los genes asociados a la homeostasis de hierro cambiaron su expresión en las semillas mutantes para los factores de transcripción B3. Este cambio en la expresión coincide con el fenotipo heterocrónico de las semillas mutantes en los genes de los factores de transcripción B3. Finalmente, a través de una Red de Regulación Génica se encontró un nuevo rol para la vía de respuesta a etileno asociado a la distribución de hierro en semillas. Estos resultados entregan algunas respuestas sobre la regulación de la homeostasis de hierro en semillas, a pesar de que aún quedan muchas preguntas sin respuesta, como, por ejemplo: ¿Cómo el etileno regularía la distribución de hierro en semillas? y ¿Qué factores de transcripción regulan directamente a los genes asociados a la homeostasis de hierro?
Biogeografía histórica reciente de los vertebrados del "Hotspot" de Chile mediterráneo: dinámicas de distribución y nicho climático de linajes intraespecíficos, desde el último máximo glacial hasta el presente
(2015) Gutiérrez Tapia, Pablo Andrés; Palma Vásquez, Ramón Eduardo; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
Biodiversity losses under the species level (i.e. cryptic diversity) may have been severely undersestimated in future global climate change scenarios. Therefore, it’s important to characterize diversity units at this level, and also understand its ecological responses to climatic forcings. We have chosen an endemic rodent from a highly endangered area as a model to look for cryptic distributional responses below the species level: Phyllotis darwini in the central Chile biodiversity hotspot. This area harbors a high amount of endemic species, and it’s known to have experienced vegetational displacements between two mountain systems during and after the Last Glacial Maximum. We’ve implemented an approach which integrates phylogeographic information into species distribution models. Our major findings are that the species is compossed of two major phylogroups: one of them has a broad distribution mainly accros valley but also in mountain ranges, meanwhile the other displays a disjunct distribution across both mountain ranges and always above a 1500 m altitude limit. Lineage distribution model under LGM climatic conditions sugget that both lineages were codistributed in the southern portion of P. darwini’s current geographic range, and mainly at the valley and coast. We’ve concluded that present distribution of lineages in P. darwini is the consequence of this cryptic distributional response to climate change after LGM, with a postglacial colonization with strict altitudinal segregation of both phylogroups.
BZIP transcription factors and transcriptional regulatory networks in the neurospora circadian system
(2014) Montenegro Montero, Alejandro Esteban; Larrondo Castro, Luis Fernando; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
Circadian clocks are endogenous cellular timekeepers that confer daily rhythms to a large number of biological processes. These clocks are present in various organisms across different evolutionary lineages, in which they regulate close to 24-hours rhythms in gene expression, physiology and behavior, enabling individuals to anticipate predictable environmental variations. The ascomycete Neurospora crassa has played a key role in the unveiling of the molecular and genetic basis of these time-telling machineries. In Neurospora, as in other eukaryotes, the integration of a series of cellular and molecular processes gives rise to a robust cell-based pacemaker, capable of coordinating rhythmic control of several aspects of their biology. Although a detailed molecular description of the core oscillator or pacemaker is now possible in model eukaryotes, there is limited information on the mechanisms that allow it to regulate rhythmic processes. Such “output pathways”, the circuits through which the pacemaker endows different processes with rhythmicity, are the least characterized aspect of circadian systems. In Neurospora, a hierarchical arrangement of transcriptional regulators has been proposed as the main mechanism through which the clock regulates rhythmic gene expression.The different actors involved in such time relay, connecting the oscillator with overt rhythms, are however largely unknown. In addition, despite decades as a research model organism, little is known about transcriptional regulatory networks in this fungus and the vast majority of transcription factors in Neurospora remain uncharacterized. In an effort to improve current knowledge of output pathways, the most neglected aspect of circadian biology, in a clock model system and study transcriptional regulatory networks in a model eukaryote, we set out to characterize the bZIP family of transcriptional regulators in Neurospora, in the context of its circadian system. We report a complete revision of the list of sequence-specific DNA-binding proteins in this fungus, which resulted in the identification of several novel ones, including many bZIP proteins. As the few transcription factors that have been associated with output pathways in Neurospora have been shown to exhibit clock input, we evaluated whether the expression of bZIP encoding genes in this organism is under control of the circadian clock. By using a luciferase-based, high-throughput screening system, we identified several bZIP encoding genes whose expression is regulated by the circadian pacemaker. A major limitation in the study of transcriptional regulatory networks in Neurospora, such as those underlying clock regulated transcription, stems from the fact that little is known about the sequence preference of its transcription factors. With the goal of identifying and characterizing transcriptional regulatory networks in which the putative Neurospora transcription factors participate, we employed double-stranded DNA microarrays known as protein-binding microarrays, to determine the sequence preference of Neurospora transcription factors.Such an approach allows for rapid, high-throughput and unbiased characterization of the sequence specificity of DNA-binding proteins. This resulted in the determination of the sequence preference of over half of Neurospora predicted transcription factors, information that together with the various molecular tools available in Neurospora, led to the identification of a rhythmically expressed bZIP transcription factor, ADA-1, as a regulator of output pathways in Neurospora, controlling various output genes. In addition, this information allowed for the evaluation of the role of another bZIP transcription factor, ASL-1, in such pathways. Notably, this is the first report aimed at studying DNA-binding specificities on a global scale in the fungal kingdom outside of the yeast clade, representing a powerful resource for the study of transcriptional regulatory networks in filamentous fungi, the largest group within the fungal kingdom. Indeed, through the use of these data we identified, for the first time, a transcription factor that is required for growth under osmotic stress in Neurospora. Lastly, we report on the identification of a novel process involved in output pathways in Neurospora, namely cell fusion pathways, and we herein show it to be necessary for proper rhythms in a number of genes, including bZIP encoding genes. As a whole, the work reported in this Thesis, represents a major advancement in the study of bZIP proteins and transcriptional regulatory networks in Neurospora.
C-ABL estabiliza los niveles de HDAC2 por fosforilación en tirosina reprimiendo la expresión de genes neuronales en la enfermedad de Alzheimer.
(2014) González Zúñiga, Marcelo Andrés; Álvarez Rojas, Alejandra; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
La Enfermedad de Alzheimer (EA) es un desorden neurodegenerativo caracterizado por un deterioro cognitivo progresivo. El sello distintivo de los cerebros afectados con la enfermedad de Alzheimer es la presencia de agregados proteicos insolubles. En este sentido, la hipótesis de la cascada del amiloide plantea que la acumulación y agregación del péptido A\03B2 desencadena un conjunto de mecanismos que conducen a la disfunción y la apoptosis de las neuronas. Entre los mecanismos descritos, uno que ha despertado gran interés es la disminución en la expresión de genes neuronales producto del incremento en los niveles de HDAC2. Esta enzima cataliza la deacetilación de las histonas, lo que provoca que la cromatina adquiera una conformación cerrada que es transcripcionalmente inactiva. Actualmente, la evidencia indica que HDAC2 esta involucrada en el deterioro cognitivo y en la disfunción sináptica que caracteriza a la EA. A pesar de que se ha descrito extensamente que el incremento en los niveles de HDAC2 tiene un papel negativo en el desarrollo de la EA, los mecanismos moleculares involucrados en este incremento no están completamente dilucidados. Interesantemente, se ha demostrado en modelos in vitro que la tirosina quinasa c-Abl esta implicada en la represión de genes por un mecanismo epigenético, el cual sería dependiente de la actividad de las HDACs. En neuronas, la tirosina quinasa c-Abl es un actor clave en los procesos neurodegenerativos. En efecto, resultados de nuestro laboratorio han demostrado que la c-Abl es activada y participa en la muerte neuronal, la disfunción y la pérdida sináptica en modelos de la EA.
Calcifying phytoplankton in natural laboratories for understanding ocean acidification
(2021) Díaz Rosas, Francisco Javier; Dassow, Peter von; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
Los cocolitofóridos son organismos fitoplanctónicos unicelulares caracterizados por una cobertura de placas de calcita, los cocolitos, que son producidos dentro de la célula. Estos calcificadores, como uno de los principales grupos funcionales planctónicos, juegan un rol importante en el ciclo del carbono inorgánico y posiblemente como lastre hundiendo carbono orgánico hacia el océano profundo. La mayoría de los esfuerzos para entender las respuestas de los cocolitofóridos hacia la acidificación del océano (AO) –o el aumento del CO2 atmosférico reduce el pH y estado de saturación (Ω) de CaCO3 del océano– ha sido a través de experimentos de laboratorio, principalmente usando un pequeño set de cepas de la especie más cosmopolita y fácilmente cultivable Emiliania huxleyi. Esta especie resulta particularmente interesante ya que es joven (~ 291.000 años) y se ha adaptado a un amplio rango de ambientes marinos. Sin embargo, este no es el único cocolitofórido y aun dentro de esta especie hay mucha diversidad fenotípica y genética y respuestas diversas hacia la AO en el laboratorio. A pesar de los esfuerzos realizados aun no es claro como los efectos fisiológicos bajo condiciones controladas se trasladan a respuestas de campo a nivel de comunidad. Esta tesis buscó contribuir a entender este asunto estudiando la distribución, composición y nicho realizado de ensambles de cocolitofóridos y morfotipos de E. huxleyi en ambientes con niveles contrastantes de pCO2/pH/Ωcalcita del Pacífico Sureste, y evaluar las respuestas de diferentes morfotipos de E. huxleyi a niveles de pCO2/pH ajustados en el laboratorio. Para esto, se muestrearon los cocolitofóridos en una sección costera-oceánica, aguas mesotróficas, sistemas de surgencia, y fiordos-canales de Patagonia. De un total de 40 especies, E. huxleyi fue la más prevalente (30-100 % abundancia relativa). Dentro de este taxón, varios morfotipos han sido descritos como estables en cultivo y diferenciados genéticamente (e.g., los morfotipos A y R). El morfotipo A moderadamente-calcificado dominó las poblaciones de E. huxleyi siendo sólo superado por el morfotipo R altamente-calcificado en sistemas de surgencia con alto pCO2/bajo pH. Este cambio abrupto en composición de las poblaciones de E. huxleyi sugirió que estos ambientes costeros mantienen reservorios genéticos para su adaptación a la AO. Por consiguiente, se probó la hipótesis que aquellas formas están adaptados para resistir condiciones de alto pCO2/bajo pH. Inesperadamente, los morfotipos del Pacífico Sureste no fueron más sensibles que las cepas altamente-calcificadas desde aguas contiguas con alto pCO2/bajo pH (disminuyeron las tasas de crecimiento y razón PIC/POC). Por otro lado, análisis de nicho realizado mostraron que el morfotipo A posee un nicho más amplio y tolerante a cambios ambientales (i.e., generalista) que el nicho del morfotipo R, especializado en aguas con alto pCO2/bajo pH. La falta de evidencia de adaptación local a condiciones de alto pCO2/bajo pH en E. huxleyi, podría ser explicado por una estrecha respuesta unimodal hacia Ωcalcita revelado por el análisis de nicho que no fue testeado experimentalmente. Alternativamente, el morfotipo R altamente-calcificado podría ser seleccionado por una condición particular del Pacífico Sureste no identificada que se correlaciona con temperatura, salinidad y Ωcalcita de su nicho realizado. En suma, a pesar de poseer rápidas tasas de reemplazo y grandes tamaños poblacionales, organismos planctónicos oceánicos no necesariamente exhiben adaptaciones a la surgencia de aguas con alto CO2, y este ubicuo cocolitofórido podría estar cerca del límite de su capacidad para adaptar a la AO en curso.
Cancer, an ecological manifesto of metazoan life : the multi-scale ecology of complex cancer ecosystems.
(2020) Castillo, Simón P.; Marquet, P. A. (Pablo A.); Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
Mas allá de ser una enfermedad exclusiva de los genes, el cáncer exhibe una estrecha relación con el ambiente biofísico, lo que lo constituye como un fenómeno ecológico. Esta tesis se enfoca en el estudio del cáncer bajo aproximaciones teóricas, analíticas, y experimentales bajo una mirada ecológica; aplicada desde la emergencia del cáncer (oncogénesis) hasta la migración de propágulos metastáticos entre órganos. En el primer capítulo, trabajamos en una conceptualización de la oncogénesis como un cambio en el fenotipo celular en respuesta al envejecimiento del organismo. Proponemos que en respuesta a los cambios en el ambiente celular que ocurren durante el envejecimiento no se mantiene el contexto bajo el cual se mantiene la multicelularidad traduciéndose en un cambio fenotípico celular que se aproxima a condiciones atávicas ‘unicelulares’ de disgregación estructural y funcional. Discutimos acerca de las nociones de individualidad, co-determinación individuo-ambiente y la enacción. El envejecimiento participa en la determinación de los rasgos de historia de vida celulares; y por lo tanto, las interacciones entre distintos tipos celulares. En el segundo capítulo abordamos la complejidad de interacciones competitivas entre estrategias celulares, cancerosas y no-cancerosas, y el ambiente físico. Desarrollamos un modelo analítico a partir de observaciones de competencia en un modelo in vitro (línea HEY-GFP de cáncer de ovario y línea MET5A de mesotelio de ovario) en condiciones de cultivo asociadas al envejecimiento del tejido ovárico (Matrigel con concentración variable de colágeno I). Nuestros modelos proponen que mecanismos competitivos jerárquicos influenciados por el envejecimiento modularían las ventajas competitivas de las células no-cancerosas; permitiendo que en tales ambientes la estrategia cancerosa logre invadir el ecosistema residente. En el tercer capítulo, abordamos la dimensión espacial el fenómeno a partir del estudio de la estructura espacial de los ecosistemas de cáncer mamario (ER+DCIS) bajo terapia endocrina neoadyuvante anti-proliferativa (ensayo clínico fase III POETIC, UK). Utilizando algoritmos supervisados de machine learning identificamos de forma automatizada células individuales en muestras de tumor con tinción inmunohistoquímica Ki67 (marcador de proliferación). Identificamos zonas de mayor concentración celular (hotspots) y proyectamos las células en tales hotspots como nodos de una red espacialmente explícita. La detección y cuantificación de la comunidad espacialmente estructurada y fragmentada de células cancerosas y del sistema inmune junto con la expresión de Ki67, permite predecir con mayor poder la respuesta patológica a terapia anti-proliferativa. Además de operar como articulador de patrones espaciales, la diversidad de historias de vida celular, en interacción con las condiciones locales del ambiente celular, modulan la probabilidad de que células tumorales puedan invadir otros órganos. En el último capítulo, basados en registros recopilados de literatura, cuantificamosla invasibilidad y la variabilidad en invasividad de canceres metastásicos y analizamos el patrón emergente de tal variabilidad. A través del análisis de la metástasis como una red entre órganos fuente y receptores, un gradiente de invasividad e invasibilidad subyace el patrón macroscópico que resulta ser modular, anidado y libre de escala. Discutimos algunos mecanismos relacionados al gradiente de invasibilidad y la invasividad dando cuenta de la estructura global de la red. El trabajo desarrollado en esta tesis evidencia que el pensamiento ecológico y su aplicabilidad está más allá del paradigma ecológico tradicional, y que, por lo tanto, una visión multiescala del cáncer inspirado por relaciones entrelazadas en la naturaleza, podría dar luces de los mecanismos que subyacen la evolución del cáncer en el contexto del programa de organización multicelular, con las implicancias ecológicas, evolutivas y clínicas que ello contiene.Mas allá de ser una enfermedad exclusiva de los genes, el cáncer exhibe una estrecha relación con el ambiente biofísico, lo que lo constituye como un fenómeno ecológico. Esta tesis se enfoca en el estudio del cáncer bajo aproximaciones teóricas, analíticas, y experimentales bajo una mirada ecológica; aplicada desde la emergencia del cáncer (oncogénesis) hasta la migración de propágulos metastáticos entre órganos. En el primer capítulo, trabajamos en una conceptualización de la oncogénesis como un cambio en el fenotipo celular en respuesta al envejecimiento del organismo. Proponemos que en respuesta a los cambios en el ambiente celular que ocurren durante el envejecimiento no se mantiene el contexto bajo el cual se mantiene la multicelularidad traduciéndose en un cambio fenotípico celular que se aproxima a condiciones atávicas ‘unicelulares’ de disgregación estructural y funcional. Discutimos acerca de las nociones de individualidad, co-determinación individuo-ambiente y la enacción. El envejecimiento participa en la determinación de los rasgos de historia de vida celulares; y por lo tanto, las interacciones entre distintos tipos celulares. En el segundo capítulo abordamos la complejidad de interacciones competitivas entre estrategias celulares, cancerosas y no-cancerosas, y el ambiente físico. Desarrollamos un modelo analítico a partir de observaciones de competencia en un modelo in vitro (línea HEY-GFP de cáncer de ovario y línea MET5A de mesotelio de ovario) en condiciones de cultivo asociadas al envejecimiento del tejido ovárico (Matrigel con concentración variable de colágeno I). Nuestros modelos proponen que mecanismos competitivos jerárquicos influenciados por el envejecimiento modularían las ventajas competitivas de las células no-cancerosas; permitiendo que en tales ambientes la estrategia cancerosa logre invadir el ecosistema residente. En el tercer capítulo, abordamos la dimensión espacial el fenómeno a partir del estudio de la estructura espacial de los ecosistemas de cáncer mamario (ER+DCIS) bajo terapia endocrina neoadyuvante anti-proliferativa (ensayo clínico fase III POETIC, UK). Utilizando algoritmos supervisados de machine learning identificamos de forma automatizada células individuales en muestras de tumor con tinción inmunohistoquímica Ki67 (marcador de proliferación). Identificamos zonas de mayor concentración celular (hotspots) y proyectamos las células en tales hotspots como nodos de una red espacialmente explícita. La detección y cuantificación de la comunidad espacialmente estructurada y fragmentada de células cancerosas y del sistema inmune junto con la expresión de Ki67, permite predecir con mayor poder la respuesta patológica a terapia anti-proliferativa. Además de operar como articulador de patrones espaciales, la diversidad de historias de vida celular, en interacción con las condiciones locales del ambiente celular, modulan la probabilidad de que células tumorales puedan invadir otros órganos. En el último capítulo, basados en registros recopilados de literatura, cuantificamosla invasibilidad y la variabilidad en invasividad de canceres metastásicos y analizamos el patrón emergente de tal variabilidad. A través del análisis de la metástasis como una red entre órganos fuente y receptores, un gradiente de invasividad e invasibilidad subyace el patrón macroscópico que resulta ser modular, anidado y libre de escala. Discutimos algunos mecanismos relacionados al gradiente de invasibilidad y la invasividad dando cuenta de la estructura global de la red. El trabajo desarrollado en esta tesis evidencia que el pensamiento ecológico y su aplicabilidad está más allá del paradigma ecológico tradicional, y que, por lo tanto, una visión multiescala del cáncer inspirado por relaciones entrelazadas en la naturaleza, podría dar luces de los mecanismos que subyacen la evolución del cáncer en el contexto del programa de organización multicelular, con las implicancias ecológicas, evolutivas y clínicas que ello contiene.Mas allá de ser una enfermedad exclusiva de los genes, el cáncer exhibe una estrecha relación con el ambiente biofísico, lo que lo constituye como un fenómeno ecológico. Esta tesis se enfoca en el estudio del cáncer bajo aproximaciones teóricas, analíticas, y experimentales bajo una mirada ecológica; aplicada desde la emergencia del cáncer (oncogénesis) hasta la migración de propágulos metastáticos entre órganos. En el primer capítulo, trabajamos en una conceptualización de la oncogénesis como un cambio en el fenotipo celular en respuesta al envejecimiento del organismo. Proponemos que en respuesta a los cambios en el ambiente celular que ocurren durante el envejecimiento no se mantiene el contexto bajo el cual se mantiene la multicelularidad traduciéndose en un cambio fenotípico celular que se aproxima a condiciones atávicas ‘unicelulares’ de disgregación estructural y funcional. Discutimos acerca de las nociones de individualidad, co-determinación individuo-ambiente y la enacción. El envejecimiento participa en la determinación de los rasgos de historia de vida celulares; y por lo tanto, las interacciones entre distintos tipos celulares. En el segundo capítulo abordamos la complejidad de interacciones competitivas entre estrategias celulares, cancerosas y no-cancerosas, y el ambiente físico. Desarrollamos un modelo analítico a partir de observaciones de competencia en un modelo in vitro (línea HEY-GFP de cáncer de ovario y línea MET5A de mesotelio de ovario) en condiciones de cultivo asociadas al envejecimiento del tejido ovárico (Matrigel con concentración variable de colágeno I). Nuestros modelos proponen que mecanismos competitivos jerárquicos influenciados por el envejecimiento modularían las ventajas competitivas de las células no-cancerosas; permitiendo que en tales ambientes la estrategia cancerosa logre invadir el ecosistema residente. En el tercer capítulo, abordamos la dimensión espacial el fenómeno a partir del estudio de la estructura espacial de los ecosistemas de cáncer mamario (ER+DCIS) bajo terapia endocrina neoadyuvante anti-proliferativa (ensayo clínico fase III POETIC, UK). Utilizando algoritmos supervisados de machine learning identificamos de forma automatizada células individuales en muestras de tumor con tinción inmunohistoquímica Ki67 (marcador de proliferación). Identificamos zonas de mayor concentración celular (hotspots) y proyectamos las células en tales hotspots como nodos de una red espacialmente explícita. La detección y cuantificación de la comunidad espacialmente estructurada y fragmentada de células cancerosas y del sistema inmune junto con la expresión de Ki67, permite predecir con mayor poder la respuesta patológica a terapia anti-proliferativa. Además de operar como articulador de patrones espaciales, la diversidad de historias de vida celular, en interacción con las condiciones locales del ambiente celular, modulan la probabilidad de que células tumorales puedan invadir otros órganos. En el último capítulo, basados en registros recopilados de literatura, cuantificamosla invasibilidad y la variabilidad en invasividad de canceres metastásicos y analizamos el patrón emergente de tal variabilidad. A través del análisis de la metástasis como una red entre órganos fuente y receptores, un gradiente de invasividad e invasibilidad subyace el patrón macroscópico que resulta ser modular, anidado y libre de escala. Discutimos algunos mecanismos relacionados al gradiente de invasibilidad y la invasividad dando cuenta de la estructura global de la red. El trabajo desarrollado en esta tesis evidencia que el pensamiento ecológico y su aplicabilidad está más allá del paradigma ecológico tradicional, y que, por lo tanto, una visión multiescala del cáncer inspirado por relaciones entrelazadas en la naturaleza, podría dar luces de los mecanismos que subyacen la evolución del cáncer en el contexto del programa de organización multicelular, con las implicancias ecológicas, evolutivas y clínicas que ello contiene.
Caracterización biomecánica del proceso de NETosis en suspensión
(2022) Morales Camilo, Nicole; Barrera Rojas, Nelson Patricio; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
Las NETs son fibras de cromatina descondensada que forman una red compuesta mayoritariamente por ADN e histonas y proteínas antimicrobiales, consecuencia del mecanismo de muerte celular programada llamada NETosis, para la generación de una barrera física que previene la diseminación de patógenos. La NETosis es un proceso dinámico que implica transformaciones significativas en el citoesqueleto y el núcleo celular, y con ello, cambios significativos en las propiedades mecánicas celulares; sin embargo, la caracterización de este proceso en un contexto cercano al fisiológico no ha sido abordado. Este trabajo busca estudiar la biomecánica del proceso de NETosis en suspensión utilizando una aproximación interdisciplinaria. Para medir los cambios morforeológicos del proceso de NETosis en flujo se adaptó la metodología de RT-DC y determinó el módulo de Young (elasticidad) de los neutrófilos estimulados. El RT-DC corroboró que la NETosis inducida por PMA es independiente al proceso de adhesión, en condiciones de flujo. Así también, el análisis de los gráficos área versus deformación obtenidos por el RT-DC, permitió la clasificación y caracterización de subpoblaciones celulares, y comprobar la generación de NETs en suspensión. Finalmente, la caracterización morforeológica de estos neutrófilos muestran un aumento significativo en su tamaño celular (>30 µm2) y cambios de elasticidad con una fase inicial “rápida” de aumento en la rigidez y luego una fase “lenta” de disminución de la rigidez. Este estudio proporcionó evidencia necesaria para relacionar las características biomecánicas de la NETosis con el mecanismo molecular y la temporalidad descrita para este proceso, en un contexto cercano al fisiológico.
Caracterización de la regulación transcripcional y función del gen SDH2-3 de Arabidopsis thaliana.
(2013) Restovic Carvajal, Franko; Jordana, Xavier; Pontificia Universidad Católica de Chile. Facultad de Ciencias Biológicas
Our group has undertaken the study of mitochondrial function in plants focusing on complex II (succinate dehydrogenase, SDH) of Arabidopsis thaliana. This complex plays a pivotal role in the tricarboxylic acid (TCA) cycle and the electron transport chain, two fundamental processes in the energetic plant metabolism. We have described the existence of three nuclear genes coding for iron-sulfur proteins (SDH2), named SDH2-1, SDH2-2 and SDH2-3. Two of them, SDH2-1 and SDH2-2, are almost identical (96%) and share the same exon-intron structure. SDH2-3 on the other hand, has a different exonintron structure and has approximately 70% identity to the other two. Additionally, unlike SDH2-1 and SDH2-2 that are expressed in adult plants, SDH2-3 expression is confined to seed maturation and it decreases during germination, while SDH2-1 and SDH2-2 transcripts are low in seeds and they begin to accumulate after germination and during vegetative growth. We have described seed-specific cis-elements necessary for promoter activity (three ABA-responsive elements or ABRE and one RY element) and determined in vitro binding of seed-specific transcription factors to them (bZIP10, bZIP25 and bZIP53 binding to ABREs; ABI3 and FUS3 binding to RY). Moreover, we have determined that ABI3 and FUS3 are necessary for promoter activity in planta, as mutant lines of these factors showed decreased SDH2-3 levels in seeds. On the other hand, we have determined that SDH2-3 is important for seed germination, indicating a specific role during this developmental stage. The main focus of this thesis work is to study the seed-specific expression and the function of SDH2-3. It is worth noting that no reports of mitochondrial proteins bearing this singular expression pattern have been published. Therefore, we will determine essential regions of the SDH2-3 promoter and additional putative cis-elements controlling transcriptional regulation, transcription factors involved, and the function of this protein during seed maturation and postgerminative growth. Regarding the SDH2-3 promoter, during this thesis we were able to determine a minimal region necessary and sufficient for promoter activity, between -114 and +49 from the transcription start site. Moreover, the 5´UTR region (+1 to +49) is essential for SDH2-3 promoter activity, as determined by loss-of-function experiments. In addition, transient expression assays showed that ABI3 is able to activate SDH2- 3 transcription in vivo alone or in combination with bZIP factors bZIP10, bZIP25 or bZIP53. However, single bZIP factors were unable to activate the promoter, and only transfection with bZIP10 and bZIP53 was able to induce expression. Moreover, SDH2-3 transcript levels are significantly reduced in bzip53 mutant dry seeds. These results indicate the SDH2-3 promoter is activated by bZIP transcription factors and corroborate the importance of ABI3. On the other hand, we determined that SDH2-3 influences seed development and maturation, as lack of this protein resulted in decreased seed weight. Interestingly, protein content also showed a reduction in sdh2-3 mutants while lipid content did not show any biologically significant variation. This is an interesting feature since seed metabolism is directed during maturation towards the formation of seed proteins and lipids. Thus, the decrease in protein content would explain the lower total weight. Although it has been suggested that mitochondria plays a minor role during seed maturation, these results suggest that its role should be reconsidered, as it may carry out important metabolic tasks during this stage. Mitochondrial role during postgerminative growth is well characterized. Here we show that sdh2-3 mutants have impaired hypocotyl growth in the dark. Moreover, TTFA treatment (complex II inhibitor) abolishes hypocotyl growth and seedling establishment. All these results suggest an essential role for complex II during postgerminative growth and establishment. Wild seeds in nature generally germinate underground, in conditions where they lack direct sunlight. A seed with a non-functional SDH2-3 would be in disadvantage over wild-type seeds, which would elongate their hypocotyls further until they reach light in order to promote photoautotrophic growth. SDH2-3 gives an important advantage to the plant in energy-consuming processes such as germination and early stages towards seedling establishment. This work shows the importance that this nonessential gene can have in critical stages of plant development. The existence of a SDH2-3-like gene in the moss Physcomitrella patens has drawn our attention because SDH2-3 has been described as a seed-specific expressed gene in angiosperms, and mosses do not have seeds. We confirmed the SDH2-3-like gene is expressed and increases under osmotic stress, in contrast to saline stress, desiccation and high ABA content. Moreover, we determined that Physcomitrella SDH2-3 promoter lacks significant activity in Arabidopsis, either in seeds or vegetative tissue. These results indicate that the transcriptional regulation of this gene in Physcomitrella evolved in an independent way as compared to Arabidopsis.

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