05 Biologia Celular y Molecular 18211KB Jul 10 2015 10:00:09

Transcripción

Overview
The Department of Cellular and Molecular Biology
is scaffolded by a multidisciplinary scientific
project focused on the role that the cell, and
the way it functions at the molecular level, plays
as core element of Biology. The Department
understands as Cell Biology not only the study of
the cell as isolated entity but also its integration
into tissues and into the development of organs
and organisms. To that aim it involves research
groups interested in a variety of model systems,
including microbes, be they prokaryotic or
eukaryotic, invertebrates and vertebrates. These
groups exploit a range of methodologies, such
as genetics, physiology, molecular biology and
biochemistry, biophysics, optical microscopy and
omics. In addition, it includes groups decidedly
exploring ‘bottom-up’ synthetic approaches to
reconstruct minimal cytomimetic systems by
means of the controlled assembly of proteins or
nucleic acids in defined structures, thus allowing
their integration into lipid vesicles and other
cytomimetic compartments. These objectives
have clear implications for Nanotechnology and
Biotechnology.
Miguel Ángel Peñalva
Department Head
05 _ DPTO BIOLOGIA CELULAR Y MOLECULAR _ 15-06-24.indd 100
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05
Biología Celular
y Molecular
Cellular & Molecular Biology
102
Miguel Ángel Peñalva Soto · Eduardo Antonio Espeso Fernández
Biología Molecular y Celular de Aspergillus | Aspergillus Molecular and Cellular Biology
104
Germán Rivas Caballero · Carlos Alfonso Botello, Mercedes Jiménez Sarmiento y Silvia Zorrilla López
Bioquímica de Sistemas de la División Bacteriana | Systems Biochemistry of Bacterial Division
106
Rafael Giraldo Suárez · M. Elena Fernández-Tresguerres Rodríguez-Vigil y Juan Francisco Giménez Abián
Ensamblajes Macromoleculares Microbianos Sintéticos | Synthetic Microbial Macromolecular Assemblies
108
Jorge Bernardo Schvartzman Blinder · Dora Beatriz Krimer Smunis y Pablo Hernández Valenzuela
Biología Molecular de los Cromosomas | Molecular Biology of the Chromosomes
110
Miguel Angel Vidal Caballero
El Sistema Polycomb de Regulación Epigenética | Epigenetic Control by the Polycomb Group of Genes
112
Patricia Boya
Funciones de la Autofagia en la Fisiopatología de los Organismos | Roles of Autophagy in Health and Disease
114
Jesús del Mazo Martínez
Biología Molecular de la Gametogénesis | Molecular Biology of Gametogenesis
116
Rosa María Lozano Puerto · Blanca Pérez-Maceda
Reconocimiento Célula-Biomaterial | Cell-Biomaterial Recognition
118
Susana Moreno Díaz de la Espina
Matriz Nuclear y Regulación de la Organización y Funcionalidad Nuclear
Nuclear Matrix and Regulation of the Nuclear Organization and Function
120
José Luis Barbero Esteban · Lucas Sánchez Rodríguez
Dinámica Cromosómica en Meiosis | Chromosomal Dynamics in Meiosis
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Biología Celular y Molecular | Cellular & Molecular Biology
Miguel Ángel Peñalva Soto
Eduardo Antonio Espeso Fdez.
Profesor de Investigación
[email protected]
Científico Titular
[email protected]
PhD, 1982
Universidad Autónoma de Madrid
Postdoctoral
Antibióticos SA (Madrid)
Institut de Genetique et Microbiologie,
Universidad de Paris (Orsay, Paris)
Científico Titular, 1987
Jefe de Grupo, 1987
Profesor de Investigación, 2001
CIB, CSIC
Visiting Scientist, 2005-2006
MRC Laboratory of Molecular Biology
(Cambridge, UK)
Elegido miembro, 2000
EMBO
PhD, 1989
Universidad Complutense de Madrid
Postdoctoral, 1997-1999
Imperial College London
EMBO-Postdoctoral Fellow
Contratado, 2001-2004
Ramón y Cajal
Jefe de Grupo, 2004
CIB, CSIC
Secretario, 2004-2008
Grupo Especializado de Hongos Filamentosos
y Levaduras (SEM)
Otros miembros | Other lab members:
Herbert N. Arst (Ad honorem)
Elena Reoyo Hernández
Areti Pantazopoulou
Mario Pinar Sala
Manuel Sánchez López-Berges
Maria Villarino Pérez
Victor García Tagua
Laura Mellado Maroñas
Daniel Lucena Agell
Patricia Hernández Ortiz
Maria-Tsampika Manoli
Miguel Hernández González
http://www.cib.csic.es/es/grupo.php?idgrupo=8
Biología Molecular y Celular
de Aspergillus
Aspergillus nidulans es un modelo genético apropiado para estudiar exocytosis polarizada y transporte a larga
distancia por microtúbulos y actina. Su tráfico intracellular se asemeja al de metazoos, pero el hongo es haploide,
genéticamente manipulable y conveniente para microscopía.
M
ediante la combinación de abordajes genéticos y bioquímicos
con microscopía multidimensional in vivo, estudiamos la organización y la dinámica del Golgi y del sistema endovacuolar,
centrándonos en GTPasas RAB y ARF, sus reguladores y sus efectores.
El Golgi de Aspergillus está formado por cisternas dispersas que pueden resolverse por microscopía óptica. Pretendemos comprender los
mecanismos de maduración de cisternas del Golgi y específicamente
la biogénesis de carriers post-Golgi en el TGN, así como las diferentes
rutas por las que membrana y cargo salen del ER. Nuestro trabajo tiene
importantes implicaciones tanto en medicina como en agricultura (la
patogenicidad de los hongos hacia humanos y plantas dependen estrictamente de la exocitosis y los hongos son sensibles a ciertas drogas
antitumorales) y también en el campo de la biotecnología, dado que una
parte substancial del portafolio de enzimas industriales se fabrica con
especies de Aspergillus como factorías celulares.
Muchas rutas biosintéticas y catabólicas estan sujetas a regulación
transcripcional. Estudiamos las señales, los receptores, la transducción
de la señal y los mecanismos que modifican tanto las actividades como
la localización celular de factores de transcripción. En los eucariotas
el transporte de los factores transcripcionales al interior nuclear es un
punto clave en la regulación de su actividad. Usando como modelo
diferentes factores nucleares queremos entender los mecanismos de
señalización y transporte entre citoplasma y núcleo en un organismo
con organización celular cenocítica (multinucleado). En especial nos
centramos en aquellos que median en la respuesta al estrés por cationes
y la alcalinidad como son los factores con dedos de zinc SltA y CrzA.
El estudio de estos reguladores pemite abordar la señalización mediada
por calcio/calcineurina, analizar la proteólisis como mecanismo de activación postraduccional y el papel de la tolerancia al estrés en procesos
de virulencia fúngica.
Figura 1 | Figure 1
Portada del número de Julio de la revista Autophagy, por el artículo de Pinar et al.
que demuestra que las membranas de la ruta de autofagia en hongos derivan de
estructuras asociadas con el ER que se asemejan a los omegasomas de metazoos.
Cover of the July 2013 issue of the journal Autophagy, for the article by Pinar et al. showing
that fungal autophagic membranes derive from ER-associated srtuctures resembling
metazoan omegasomes.
Financiación | Funding
• BIO2012-30695 (MINECO)
• S2010/BMD-2414 (Comunidad de Madrid)
• IPT-2011-0752-900000 (MINECO)
• BFU2012-33142 (MINECO)
• RD12/0018/0007 (ISCIII-FEDER)
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Aspergillus Molecular
and Cellular Biology
Aspergillus nidulans is a genetic model well suited
for studying polarised exocytosis and long-distance
transport mediated by actin and microtubules.
Intracellular traffic resembles that of metazoan cells,
yet the organism is haploid, genetically amenable
and microscopy-friendly.
B
y combining genetic and biochemical approaches with in vivo
multidimensional microscopy, we are studying the organization and
dynamics of the Golgi and endovacuolar systems, focusing on RAB
and ARF GTPases, their regulators and their effectors. The Aspergillus
Golgi is formed by non-stacked early and late Golgi cisternae that can
be resolved by optical microscopy. We are studying the mechanisms of
cisternal maturation in the Golgi, and specifically the mechanisms that
determine the biogenesis of post-Golgi carriers in the TGN, as well as the
different pathways for the exit of membrane and cargo from the endoplamic reticulum. Our work has important implications for both medicine and
agriculture (fungal pathogenicity to plants and humans is strictly dependent
on exocytosis and fungal cells are sensitive to certain anti-tumour drugs)
and major ones for biotechnology, as a substantial share of the industrial
enzyme catalogue is produced with Aspergillus species as cell factories.
Most biosynthetic and catalytic pathways are transcriptionally regulated.
We study signals, receptors, signaling transduction and the mechanisms
behind the activation and cellular localisation of transcription factors. In
eukaryotes, nuclear transport is a key regulatory step in the regulation of a
transcription factor activity. Using as models diverse nuclear factors we try
to understand the mechanisms involved in signaling and traffick between
cytoplasm and nucleus in a coenocytic (multi nuclear) organism. Specifically
we focus on the zinc-finger transcription factors SltA and CrzA that mediate
in the responses to cation and alkaline pH stresses. Studying these regulators allow us to investigate the calcium-calcineurin mediated signaling,
proteolysis as a mechanism of posttranslational activation and the role of
stress tolerance in fungal virulence.
Publicaciones Seleccionadas
Selected Publications
• Pinar, M, A Pantazopoulou & MA Peñalva [2013] Live-cell imaging of Aspergillus
nidulans autophagy: RAB1 dependence, Golgi independence and ER involvement.
Autophagy 9: 1-20. (Journal Cover).
• Pinar, M, Pantazopoulou, A, Arst, HN, Jr, and Peñalva, MA [2013] Acute inactivation
of the Aspergillus nidulans Golgi membrane fusion machinery: correlation
of apical extension arrest and tip swelling with cisternal disorganization. Mol.
Microbiol. 89: 228-248. (Editorial Minireview).
• Etxebeste O, Villarino M, Markina-Iñarrairaegui A, Araújo-Bazán L, Espeso EA. [2013]
Cytoplasmic dynamics of the general nuclear import machinery in apically growing
syncytial cells. PLoS One 8(12):e85076.
• Shantappa S, Dhingra S, Hernández-Ortiz P, Espeso EA, Calvo AM. [2013] Role of
the zinc finger transcription factor SltA in morphogenesis and sterigmatocystin
biosynthesis in the fungus Aspergillus nidulans. PLoS One. 8(7):e68492.
• Hernández-Ortiz P, Espeso EA. [2013] Phospho-regulation and nucleocytoplasmic
trafficking of CrzA in response to calcium and alkaline-pH stress in Aspergillus
nidulans. Mol Microbiol. 89(3):532-51.
Figura 2 | Figure 2
Señalización del factor CrzA y análisis fenotípico de cepas nulas CrzA y SltA. A) CrzA
muestra diferentes estados de fosforilación y la adición de calcio o la alcalinización del
medio altera el patrón de fosforilación. RC=resting cells. B) La ausencia de CrzA causa
sensibilidad al calcio mientras que una cepa nula sltA es sensible a una gran variedad
de cationes, y ambas a pH alcalino.
Signalling of CrzA factor and phenotypic analyses of null crzA and sltA strains. A) CrzA
displays different phosphorylation states. Addition of calcium or medium alkalinisation
alter the phospho-pattern. RC=resting cells. B) Absence of CrzA activity results in calcium
sensitivity. A null sltA strain is sensitive to a large variety of cations, both null strains are
sensitive to alkalinity.
• Zhang, J, R Qiu, HN Arst, Jr, MA Penalva, and X Xiang [2014] HookA is a novel
dynein-early endosome linker critical for cargo movement in vivo. Journal of Cell
Biology 204:1009-1026. (Editorial comment as Journal Focus).
• Pantazopoulou, A, M Pinar, X Xiang & MA Peñalva [2014] Maturation of late Golgi
cisternae into RabERAB11 exocytic post-Golgi carriers visualized in vivo. Mol Biol
Cell 25: 2428-2443 (edited by Benjamin Glick)
• Arst, HN, Jr, Hernández-González, M, Peñalva, MA, and Pantazopoulou, A. [2014]
GBF/Gea mutant with a single substitution sustains fungal growth in the absence of
BIG/Sec7. FEBS Lett 588, 4799-4786.
• Peñalva MA, Lucena-Agell D, Arst HN Jr. [2014] Liaison alcaline: Pals entice
non-endosomal ESCRTs to the plasma membrane for pH signaling. Curr Opin
Microbiol. 22C:49-59.
• Bertuzzi M, Schrettl M, Alcazar-Fuoli L, Cairns TC, Muñoz A, Walker LA, Herbst S,
Safari M, Cheverton AM, Chen D, Liu H, Saijo S, Fedorova ND, Armstrong-James D,
Munro CA, Read ND, Filler SG, Espeso EA, Nierman WC, Haas H, Bignell EM. [2014]
The pH-responsive PacC transcription factor of Aspergillus fumigatus governs
epithelial entry and tissue invasion during pulmonary aspergillosis. PLoS Pathog.
10(10):e1004413.
• Liu W, Mellado L, Espeso EA, Sealy-Lewis HM. [2014] In Aspergillus nidulans the
suppressors suaA and suaC code for release factors eRF1 and eRF3 and suaD
codes for a glutamine tRNA. G3 (Bethesda). 4(6):1047-57.
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Germán Rivas Caballero
Investigador Científico
[email protected]
PhD, 1989
NIH, Bethesda, USA
Biozentrum, Univ. Basilea, CH
Investigador, 1994
Jefe de Grupo,1996
Investigador Científico, 2006
CIB, CSIC
Investigadores del equipo | Staff scientists:
Carlos Alfonso Botello
Mercedes Jiménez Sarmiento
Silvia Zorrilla López
Victor Hernández Rocamora
Elisa Jiménez Cabré
Begoña Monterroso Marco
Concepción García Montañés
Ana Raso Alonso
Marta Sobrinos Sanguino
Noelia Ropero
Alicia Rodríguez
http://www.cib.csic.es/es/grupo.grivas
Bioquímica de Sistemas de
la División Bacteriana
Nuestro objetivo es entender cómo los elementos de la maquinaria de la
división bacteriana (el divisoma) funcionan como un sistema integrado de
interacciones moleculares para ejercer su función esencial. Desarrollamos
y aplicamos novedosos abordajes de reconstitución bioquímica para
construir, con un conjunto mínimo de proteínas, ensamblajes funcionales
de división en ausencia de células.
1
Organización y reconstrucción bioquímica de componentes del anillo
FtsZ en sistemas de membrana: La
división bacteriana está mediada por un conjunto de proteínas que interaccionan en el sitio
de división, ensamblando un anillo dinámico
que dispara la citoquinesis y forma parte del
divisoma. En Escherichia coli, la proteína FtsZ,
principal elemento del anillo septal, se ancla a la
membrana interna por la acción de las proteínas
ZipA y FtsA, formando el primer ensamblaje
molecular del divisoma, el proto-anillo. El posicionamiento del anillo en el punto medio está
regulado por dos sistemas de control (el complejo MinCDE y la oclusión del nucleoide - SlmA)
que inhiben su formación en lugares equivocados. Estudiamos las actividades e interacciones
de FtsZ en reconstrucciones mínimas del protoanillo estructuradas en sistemas de membrana, como nanodiscos, microesferas, bicapas,
vesículas y microgotas (Fig. 1). Investigamos la
acción de MinCDE y SlmA sobre las propiedades de divisomas mínimos.
2 Reactividad macromolecular y organización en entornos aglomerados y confinados citomiméticos: El ensamblaje del
divisoma in vivo tiene lugar en entornos
caracterizados por la presencia de altas
concentraciones de macromoléculas, que
pueden estructurarse como redes dinámicas solubles o asociadas a la membrana.
Aplicamos y diseñamos reconstrucciones
sintéticas de estos microentornos para investigar el impacto de la exclusión de volumen y
la unión a membranas sobre las propiedades
y el comportamiento de divisomas mínimos.
3 Bioquímica física de interacciones macromoleculares: Investigamos las propiedades
de asociación de FtsZ con otros elementos
del divisoma mediante ultracentrifugación
analítica, dispersión de luz y espectroscopías
de fluorescencia (Fig. 2). En paralelo, estudiamos las interacciones de FtsZ con elementos del divisoma asociados a membrana
mediante ensayos bioquímicos y biofísicos.
• HEALTH-F3-2009-223432. (Comunidad Europea)
• RGP0050-2010. (Human Frontier Science
Program)
• BIO2011-28941-C03. (MINECO)
Publicaciones
Seleccionadas
• Ahijado-Guzmán R, Alfonso C, Reija B, Salvarelli E,
Mingorance J, Zorrilla S, Monterroso B, Rivas G [2013]
Control by potassium of the size-distribution of
Escherichia coli FtsZ polymers is independent of
GTPase activity. J. Biol. Chem. 288:27358-27365.
• Cabré EJ, Sánchez-Gorostiaga A, Carrara P, Ropero
N, Casanova M, Palacios P, Stano P, Jiménez M,
Rivas G, Vicente M [2013] Bacterial division proteins
FtsZ and ZipA induce vesicle shrinkage and cell
membrane invagination. J. Biol. Chem. 288:2662526634.
• Hernández-Rocamora VM, García-Montañés C, Reija
B, Monterroso B, Margolin W, Alfonso C, Zorrilla S,
Rivas G [2013] MinC shortens FtsZ protofilaments by
preferentially interacting with GDP-bound subunits.
J. Biol. Chem. 288:24625-24635.
• Jiménez M, Cabré EJ, Raso A, Martos A, Rivas
G [2013] Giant vesicles: a powerful tool to
reconstruct bacterial division assemblies in cell-like
compartments. Environ. Microbiol. 15:3158-3168.
• Mellouli S, Monterroso B, Vutukuri HR, te Brinke E,
Chokkalingam V, Rivas G, Huck WTS [2013] Selforganization of the bacterial cell-division protein FtsZ
in confined environments. Soft Matter 9:1049310500.
• Monterroso B, Alfonso C, Zorrilla S, Rivas G [2013]
Combined light scattering, ultracentrifugation and
fluorescence correlation spectroscopy studies on the
associations and assembly of the Escherichia coli
cell division FtsZ protein. Methods 59:349-362.
• Rivas G, Alfonso C, Jiménez M, Monterroso B, Zorrilla
S [2013] Macromolecular interactions of bacterial cell
division FtsZ protein: From quantitative biochemistry
and crowding to reconstructing minimal divisomes in
the test tube. Biophys. Rev. 5:63-77.
• Ahijado-Guzmán R, Prasad J, Rosman C, Henkel
A, Tome L, Schneider D, Rivas G, Sönnichsen C
[2014] Plasmonic nanosensors for simultaneous
quantification of multiple protein-protein binding
affinities. Nano Lett. 14:5528-5532.
• Alvira S, Cuéllar J, Röhl A, Yamamoto S, Itoh H,
Alfonso C, Rivas G, Buchner J, Valpuesta JM [2014]
Structural characterization of the substrate-transfer
mechanism in Hsp70/Hsp90 folding machinery
mediated by Hop. Nat Commun. 5:5484. doi:
10.1038/ncomms6484.
• Rivas G, Vogel SK, Schwille P [2014] Reconstitution
of cytoskeletal protein assemblies for large-scale
membrane transformation. Curr. Opin. Chem.
Biol. 22C:18-26.
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Figura 1 | Figure 1
Reconstitución de elementos del protoanillo en vesículas. Método de emulsión (A)
para encapsular y polimerizar FtsZ dentro de GUVs permeables (B). (C) Contracción
de GUVs debido a la interacción de polímeros de FtsZ y ZipA asociada a la membrana
(0, 5, 10 min). (D) Bloqueo de la contracción al añadir un péptido de FtsZ que inhibe la
interacción FtsZ-ZipA (Cabré et al. 2013; Rivas et al. 2014).
Reconstitution of proto-ring elements in vesicles. Water-in-oil droplet transfer method (A)
used to encapsulate and polymerize FtsZ inside permeable GUVs (B). (C) Shrinking of GUVs
through the interaction of FtsZ with membrane-associated ZipA (0, 5 and 10’). (D) Blocking
shrinkage by the addition of an FtsZ-derived peptide that inhibits FtsZ-ZipA interaction.
(Cabré et al. 2013; Rivas et al. 2014).
Figura 2 | Figure 2
Análisis biofísico de los diferentes comportamientos de los oligómeros de GDPFtsZ (gris) y los polímeros de GTP-FtsZ (negro) a partir de medidas de velocidad de
sedimentación (A), dependencia con la concentración de la dispersión de luz estática
(B), dispersión de luz dinámica (C) y espectroscopía de correlación de fluorescencia
(D). (Monterroso et al. 2013).
Biophysical analysis of the different behavior of GDP-FtsZ oligomers (grey) and GTPFtsZ polymers (black) from measurements of sedimentation velocity (A), concentration
dependence static light scattering (B), dynamic light scattering (C) and fluorescence
correlation spectroscopy (D). (Monterroso et al. 2013).
Systems Biochemistry
of Bacterial Division
Our research aims at understanding how the elements of the bacterial division machinery (the divisome) work
together as an integrated system of molecular interactions to fulfill its essential function. To address these
questions we develop and apply novel biochemical reconstitution approaches to build, with a minimum set of
elements, functional division assemblies in the absence of cells.
1
Biochemical organization and reconstruction of FtsZ ring components in
minimal membrane systems: Bacterial
division is mediated by a set of proteins
that interact at the division site to assemble a dynamic ring, a structure that drives
cytokinesis, forming part of the divisome. In
Escherichia coli, the FtsZ protein, main element of the septal ring, is anchored to the inner
membrane by the action of the proteins ZipA
and FtsA, forming the first molecular assembly
of the divisome, the proto-ring. The positioning
of the ring at midcell is regulated by two control systems (MinCDE complex and nucleoid
occlusion - SlmA) that inhibit its formation at
wrong places. We study the activities and
interactions of FtsZ in minimal reconstructions
of the proto-ring structured in membrane systems as nanodics, microbeads, bilayers, vesicles and microdroplets (Fig. 1). We investigate
the concerted action of MinCDE and SlmA on
the properties of minimal divisomes.
2 Macromolecular reactivity and organization in crowded and confined cell-like
environments: The assembly of the divisome in vivo takes place in environments
characterized by the presence of high concentrations of macromolecules, which may
be structured as soluble and membraneassociated dynamic networks. We apply
and design synthetic reconstructions of
these microenvironments to investigate the
impact of excluded volume and surface
binding effects on the properties and behavior of minimal divisomes.
3 Physical biochemistry of macromolecular interactions: We investigate the association properties of FtsZ with itself and with
other divisome elements using analytical
ultracentrifugation, light scattering and fluorescence spectroscopies (Fig. 2). In parallel, we study the interactions of FtsZ with
membrane-associated division elements by
biochemical and biophysical assays.
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Rafael Giraldo Suárez
[email protected]
PhD, 1991
División de Estudios Estructurales,
Laboratorio de Biología Molecular del MRC
(Cambridge, UK)
Investigador Contratado MEC, 1995-1999
Científico Titular, 2000-2008
Investigador Científico, 2008-2009
CIB, CSIC
Miembro, 2010
Academia Europea
M. Elena Fernández-Tresguerres Rodríguez-Vigil
Juan Francisco Giménez Abián
María Moreno del Álamo
Cristina Fernández Fernández
Fátima Gasset Rosa
Laura Molina García
Aída Revilla García
Ana María Serrano López
Maria Cruz Sánchez Martínez
Ensamblajes Macromoleculares
Microbianos Sintéticos
Mediante aproximaciones de Biología Sintética, desarrollamos módulos derivados de RepA, una proteína de
replicación propia de plásmidos bacterianos, que permiten controlar el ensamblaje amiloide en condiciones
cuasifisiológicas y construir en microorganismos una proteinopatía amiloide modelo genérica. Esperamos
así poder deconstruir e intervenir las rutas y mecanismos de citotoxicidad compartidos entre las amiloidosis
bacterianas y humanas.
N
uestro grupo desveló (1998-2008) el mecanismo que activa, en
bacterias Gram-negativas, la replicación de plásmidos por proteínas de la familia RepA. Descubrimos que una conformación
funcionalmente activa se selecciona por la unión de RepA a secuencias
de DNA, que actúan como efectores alostéricos, y por la chaperona
DnaK (Hsp70). Recientemente (2007-2012), encontramos que la unión
al DNA también promueve in vitro el ensamblaje como fibras amiloides
de un dominio “winged-helix” (WH1) en RepA, al igual que sucede con
las proteínas causantes de las encefalopatías espongiformes y de la
enfermedad de Parkinson. Como prueba de concepto, la amiloidogénesis es inhibida por una molécula que interfiere con la unión de RepAWH1 al DNA.
Durante los dos últimos años (2012-2014), hemos estudiado cómo se
comporta RepA-WH1 in vivo. Cuando se expresa en E. coli, fuera de su
contexto funcional natural y fusionada a una proteína marcadora fluorescente, RepA-WH1 causa una proteinopatía amiloide sintética. Aunque
Patentes | Patents
• Rafael Giraldo y María Moreno del Álamo. 25 septiembre 2013. Anticuerpo
monoclonal B3h7 anti-oligómeros amiloides RepA-WH1, hibridoma que lo
produce y aplicaciones. OEPM / P201331391
• CSD2009-00088 (MINECO)
• BIO2012-30852 (MINECO)
no es un agente infeccioso, por lo que se considera un “prionoide”,
RepA-WH1 es capaz de moldear su conformación amiloide sobre moléculas de la misma proteína, tanto in vitro como in vivo. Hemos caracterizado, mediante microfluídica, su propagación vertical de célula madre
a células hijas. Los linajes bacterianos transmiten epigenéticamente dos
estirpes amiloides alternativas de RepA-WH1: múltiples partículas globulares de toxicidad aguda o un único agregado elongado, que reduce
en menor medida la proliferación celular. La chaperona DnaK modula la
interconversión entre ambas estirpes de RepA-WH1.
RepA-WH1 parece mimetizar fidedignamente en bacterias la patogenicidad que amiloides con relevancia clínica ejercen sobre las mitocondrias,
orgánulos que descienden de α-proteobacterias de vida libre adquiridas
como endosimbiontes. El prionoide bacteriano sintético RepA-WH1 es
un modelo mínimo y bioseguro para desentrañar los mecanismos y vías
comunes a las proteinopatías amiloides.
• Lane AB, Giménez-Abián JF, Clarke DJ [2013] A novel chromatin tether domain
controls topoisomerase IIa dynamics and mitotic chromosome formation. J Cell
Biol 203:471-486.
• Gasset-Rosa F, Coquel AS, Moreno-del Álamo M, Chen P, Song X, Serrano AM,
Fernández-Tresguerres ME, Moreno-Díaz de la Espina S, Lindner AB, Giraldo R
[2014] Direct assessment in bacteria of prionoid propagation and phenotype
selection by Hsp70 chaperone. Mol Microbiol 91:1070-1087.
• Molina-García L, Giraldo R [2014] Aggregation interplay between variants of the
RepA-WH1 prionoid in Escherichia coli. J Bacteriol 196:2536-2542.
106
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By means of Synthetic Biology approaches, we are developing modules derived from RepA, a DNA replication
protein in bacterial plasmids, which allow control on amyloid assembly under quasi-physiological conditions and the
construction in microorganisms of a generic amyloid proteinopathy. We thus aim later to deconstruct, and enable
intervention on, the pathways and mechanisms of cytotoxicity shared by human and bacterial amyloidosis.
O
ur group had pioneered (1998-2008)
knowledge on the mechanisms enabling initiation of plasmid DNA replication, in Gram-negative bacteria, by proteins
of the RepA family. We had discovered that
a functionally active RepA conformation is
selected by specific DNA sequences, acting
as allosteric effectors, and by DnaK, a chaperone of the Hsp70 family. More recently (20072012), we found that binding to DNA also promotes in vitro the assembly into amyloid fibres
of a winged-helix domain (WH1) in RepA, as
described for proteins involved in spongiform
encephalopathies and Parkinson’s disease. As
a proof of concept, RepA-WH1 amyloidogenesis can be inhibited by a molecule interfering
with binding to DNA.
In the last two years (2012-2014), we have
focussed our research on how RepA-WH1
behaves in vivo. When it is expressed in
E. coli, uncoupled from its natural functional
context as a fusion to a fluorescent protein
reporter, RepA-WH1 causes a synthetic amyloid proteinopathy. Although RepA-WH1 is not
infectious, therefore behaving as a ‘prionoid’,
it templates the amyloid conformation by
cross-seeding, both in vitro and in vivo. We
have surveyed through microfluidics the vertical transmission of RepA-WH1 amyloidosis
from mother to daughter bacterial cells. We
have discovered that bacterial lineages epigenetically propagate two alternative amyloid
strains of RepA-WH1: either multiple globular
particles with acute cytotoxicity, or a single
elongated aggregate, mildly detrimental to cell
proliferation. DnaK chaperone modulates the
conformational switch between both strains
of RepA-WH1.
RepA-WH1 seems to parallel in bacteria
the pathogenicity of clinically relevant protein amyloids on mitochondria, organelles
descending from free-living α-proteobacteria
that subsequently underwent symbiosis. The
bacterial synthetic prionoid RepA-WH1 might
be a suitable, minimal and bio-safe model
system for untangling key pathways common
to amyloid proteinopathies.
Synthetic Microbial Macromolecular
Assemblies
Figura 1 | Figure 1
La amiloidogénesis de RepA-WH1 in vitro (dcha.) implica la disociación, mediada por efector (DNA), de dímeros en monómeros metaestables que se ensamblan jerárquicamente en
filamentos y fibras amiloides entrelazados. Estructuras resueltas en colaboración con A. Romero (2003) y O. Llorca (2015). En E. coli los agregados amiloides (izda., sectores rojos) son
citotóxicos y verticalmente transmisibles.
RepA-WH1 amyloidogenesis in vitro (right) implies effector (DNA)-mediated dissociation of dimers into metastable monomers that assemble hierarchically into intertwined amyloid filaments and variably
twisted fibres. Structures solved in collaboration with the groups of A. Romero (2003) and O. Llorca (2015). In E. coli, amyloid aggregates (left, red sectors) are cytotoxic and vertically inheritable.
107
24/6/15 12:53
Jorge Bernardo Schvartzman Blinder
[email protected]
PhD, 1979
Universidad Politécnica de Madrid, España
Brookhaven National Laboratory (New York,
USA)
Fullbright Fellow, 1987-1989
Albert Einstein College of Medicine
(New York, USA)
Jefe de Grupo, 1980
CIB, CSIC
Dora Beatriz Krimer Smunis
Pablo Hernández Valenzuela
Jorge Cebrián Castillo
Vanessa Fernández Calleja
Alicia Castán García
José Manuel Belmonte Rodríguez
Celia Bolomburu
Idoia García Hernando
Leticia García Martínez
María-Luisa Martínez-Robles
Biología Molecular de los Cromosomas
Nos interesa la interrelación y coordinación de los procesos biológicos en los que está involucrado el DNA:
replicación, transcripción, reparación y recombinación, cómo están regulados y cómo modifican o son afectados
por factores genéticos, epigenéticos y ambientales como la topología del DNA, la organización de la cromatina y el
estrés nutricional.
A
) Utilizamos la electroforesis bidimensional en geles de agarosa
para demostrar que la movilidad electroforética de moléculas
de igual masa varía dependiendo de si están superenrolladas,
encadenadas o anudadas. Esto nos ha permitido identificar las condiciones óptimas para distinguir cada familia de topoisómeros. También
analizamos el comportamiento de minicromosomas circulares y lineares
de Saccharomyces cerevisiae en células sincronizadas en presencia y
ausencia de la topoisomerasa 2 (topo 2). Los resultados indican que la
topo 2 no es necesaria para la replicación y segregación de cromosomas
artificiales lineales de levaduras de pequeño tamaño (YACs). b) Hemos
estudiado la replicación del DNA durante la diferenciación terminal en
células eritroleucémicas murinas (MEL). Utilizamos la incorporación de
BrdU, la citometría de flujo, el peinado del DNA y la tinción por inmunofluorescencia indirecta para demostrar que la velocidad de progreso
de las horquillas replicativas se ralentiza y la distancia entre orígenes
disminuye a medida que las células dejan de proliferar y se acumulan
en G1. Proponemos que este comportamiento es general causado por
la heterocromatinización, confirmada por la acumulación progresiva de
la HP1∞ que caracteriza la diferenciación celular terminal. c) Una de las
causas más importantes de inestabilidad genómica es la parada de las
horquillas replicativas del DNA. Estudiamos los mecanismos celulares
que previenen la parada de horquillas y aquellos que operan sobre las
horquillas detenidas para prevenir la inestabilidad que su reactivación
puede ocasionar. Nos interesan especialmente el bloqueo de las horquillas ocasionado por la colisión entre las maquinarias replicativa y transcripcional y por el estrés topológico del DNA, en cuya liberación las DNA
topoisomerasas juegan un papel central. Deficiencias en estos mecanismos son la base molecular de varias enfermedades, caracterizadas por
una alta inestabilidad genética y predisposición al cáncer.
• Schvartzman JB, Martínez-Robles ML, Hernández P, Krimer DB [2013] The benefit
of DNA supercoiling during replication. Biochemical Society Transactions 41:
646-651.
• Schvartzman JB, Martínez-Robles ML, Hernández P, Krimer DB [2013] Plasmid DNA
topology assayed by two-dimensional agarose gel electrophoresis. In Methods
Mol Biol 1054: 121-132, DNA Electrophoresis: Methods and Protocols (Svetlana
Makovets, ed.) Springer Science Business Media, New York.
• Fernández-Nestosa MJ, Monturus ME, Sánchez Z, Torres F, Fernández A, Fraga
M, Hernández P, Schvartzman JB, Krimer DB [2013] DNA methylation-mediated
silencing of PU.1 in leukemia cells resistant to cell differentiation. SpringerPlus 2,
392 DOI:10.1186/2193-1801-2-392.
Figura 2 | Figure 2
Moléculas de DNA aisladas de células MEL DS19 durante la diferenciación extendidas
por peinado molecular. La detección inmunocitoquímica de tramos marcados
secuencialmente con IdU (en rojo) seguido de CldU (en verde) permite identificar los
sitios de iniciación de la replicación y la distancia entre orígenes así como calcular la
velocidad de progreso de las horquillas.
Selected DNA molecules isolated from MEL DS19 cells along differentiation stretched by
DNA combing. The immunocytological detection of sequentially labelled tracks with IdU
(red) followed by CldU (green) allows the identification of replication origins and inter-origin
distances as well as the calculation of the rate of replication fork progression.
• Cebrián J, Monturus ME, Martínez-Robles ML, Hernández P, Krimer DB, Schvartzman
JB [2014] Topoisomerase 2 Is Dispensable for the Replication and Segregation
of Small Yeast Artificial Chromosomes (YACs). PLoS ONE 9(8): e104995.
DOI:10.1371/journal.pone.0104995.
• Cebrián J, Kadomatsu-Hermosa MJ, Castán A, Martínez V, Parra C, FernándezNestosa MJ, Schaerer C, Martínez-Robles ML, Hernández P, Krimer DB, Stasiak A,
Schvartzman JB [2014] Electrophoretic Mobility of Supercoiled, Catenated and
Knotted DNA Molecules. Nucleic Acids Res DOI: 10.1093/nar/gku1255.
• Cebrián J, Castán A, Martínez V, Parra C, Kadomatsu-Hermosa MJ, FernándezNestosa MJ, Schaerer C, Hernández P, Krimer DB, Schvartzman JB [2015] Direct
evidence for the formation of precatenanes during DNA replication. Journal of
Biol Chem DOI: 10.1074/jbc.M115.642272.
108
24/6/15 12:53
We are interested in the relationships and coordination between biological processes where DNA is involved:
replication, transcription, repair and recombination, how are they regulated and how they alter or are affected
by genetic, epigenetic and environmental factors such as DNA topology, chromatin organization and nutritional
stress.
A
) We used two-dimensional (2D) agarose gel electrophoresis to
show that for molecules of the same mass the electrophoretic
mobility of supercoiled, catenated and knotted DNAs differ as
the electrophoretic conditions change. This allowed us to identify
the optimal conditions to distinguish each family of topoisomers. We
analyzed also the behavior of circular and linear minichromosomes of
Saccharomyces cerevisiae in synchronized cells in the presence and
absence of topoisomerase 2 (topo 2). The results obtained indicated
that topo 2 is dispensable for the replication and segregation of small
linear yeast artificial chromosomes (YACs). b) We investigated DNA
replication during terminal cell differentiation in murine erythroleukemia
(MEL) cells. We used BrdU labeling, cell flow cytometry, genome-wide
DNA combing and indirect immunofluorescent staining to show that the
rate of replication fork movement slowdown and the inter-origin distance
becomes shorter as cells stop proliferating and accumulate in G1. We
propose this is a general feature caused by the heterochromatinization,
confirmed by the progressive accumulation of HP1∞ that characterizes
terminal cell differentiation. c) DNA replication fork arrest is one of the
most important causes of genomic instability. We study the cellular
mechanisms that prevent fork arrest and those operating at the arrested
forks to prevent the instability that their reactivation may cause. We are
especially interested in the induction of fork arrest produced upon collision between DNA replication and RNA transcription machineries and
by the accumulation of topological DNA stress, in whose release DNA
topoisomerases play a central role. Deficiencies in these mechanisms
are the molecular basis of several diseases characterized by a high
genetic instability and cancer predisposition.
Molecular Biology of the Chromosomes
• BFU2011-22489 (MINECO)
Figura 1 | Figure 1
Análisis de la topología del DNA. A) La electroforesis bidimensional en geles de agarosa con distintas concentraciones de cloroquina permite distinguir todos los topoisómeros de
moléculas circulares covalentemente cerradas (CCCs). Así se puede identificar el topoisómero más abundante y calcular la densidad de superenrollamiento. B) El recubrimiento del
DNA con la proteína RecA permite visualizar moléculas encadenadas por microscopía electrónica.
Analysis of DNA topology. A) Two-dimensional (2D) agars gel electrophoresis in the presence of different concentrations of chloroquine allows the identification of all the topoisomers of covalentlyclosed circles (CCCs). This technique can be used to recognize the most abundant topoisomer to calculate supercoiling density. B) Covering DNA molecules with the bacterial protein RecA allows
the identification of catenanes by electron microscopy.
109
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Miguel Angel Vidal Caballero
[email protected]
PhD, 1985
National Institute for Medical Research
(MRC, UK)
Jefe de Grupo, 1991
CIB, CSIC
Mónica Bravo Madrigal
Katarzyna Starowicz
Fabio Nicolini
https://www.cib.csic.es/es/grupo.php?idgrupo=14
El Sistema Polycomb
de Regulación
Epigenética
El grupo de genes Polycomb (PcG) codifica
reguladores epigenéticos que forman complejos con
actividad modificadora de cromatina. Bien conocidos
como reguladores transcripcionales durante el
desarrollo embrionario, participan críticamente en
diferenciación y homeostasis celulares, actuando
sobre progenitores. Nuestro trabajo se centra en los
complejos que monoubiquitinan la histona H2A.
L
a monoubiquitinación de la histona H2A (lisina 119) correlaciona
con estados de transcripcionalmente reprimidos y, fundamentalmente, depende de RING1A y RING1B, E3 protein ligasas
del sistema Polycomb. Estas proteín ligasas son parte esencial de los
complejos PRC1, uno de los dos tipos de ensamblajes moleculares del
sistema Polycomb. RING1A y RING1B, así como RYBP, una subunidad
común a todos los complejos no canónicos PRC1, fueron identificados
en el laboratorio. En la actualidad, usamos modelos murinos de pérdida
de función y otros que expresan formas modificadas de subunidades
PRC1 para el estudio funcional y bioquímico de subunidades PRC1.
El compartimento hematopoyético y células pluripotentes (neural,
ES) son nuestros modelos de trabajo. Uns observación general es la
apreciación de que las subunidades PRC1 promueven proliferación/
supervivencia celulares. Así, la inactivación combinada de los homólogos Ring1A y Ring1B resultan en paradas proliferativas casi inmediatas,
debida al aumento de niveles de reguladores negativos de proliferación
que detienen el ciclo celular antes de la fase S. Además, estas células
muestran alteraciones en replicación y evidencia de inestabilidad genómica. RING1A y RING1B pueden actuar sobre el proceso replicativo en
sí, o sobre las vías de reparación disparadas por el estress replicativo. Dado
el efecto dominante que el bloqueo del ciclo celular tiene sobre cualquier
otro tipo de análisis de las células mutantes sería importante desacoplar
esta actividades de las asociadas con regulación transcripcional.
Para esclarecer los mecanismos de acción de RING1A y RING1B utilizamos aproximaciones proteómicas dirigidas a la identificación de proteínas asociadas. Con este fin usamos una línea de ratones que expresa
una forma modificada de RING1B que permite su aislamiento eficaz,
previo al análisis por cromatografía líquida y espectrometría de masas.
El trabajo está enfocado a líneas hematopoyéticas.
Figura 1 | Figure 1
Asociación de RING1B con la maquinaria de replicación. Sitios de interacción de
RING1B con la abrazadera de replicación PCNA, detectada en un ensayo de ligación
en proximidad (PLA) como focos coloreados en rojo. DNA nuclear (teñido con DAPI,
A) y replicando (marcado mediante incorporación de EdU, un análogo de timidina, en
verde, B). Barra, 10 μm.
Asociation of RING1B with the replication machinery. Proximity ligation assay (PLA) detects
RING1B association to the replicative slide clamp PCNA, visualized as red foci. Total DNA
(DAPI, A) and replicating DNA (B, EdU). Scale bar, 10 μm.
110
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The Polycomb group (PcG) of genes encode epigenetic regulators assembled in complexes displaying
chromatin modifying activities. Well known developmental regulators, they participate in cell differentiation
and tissue homeostasis with an emphasis in progenitor cells. We focus on core subunits of complexes that
monoubiquitylate histone H2A.
R
ING1A and RING1B, the evolutionary conserved Polycomb E3
ligases, are responsible for most of histone H2A (lysine 119)
monoubiquitylation, a modification that correlates with transcriptional repression. RING1A and RING1B are part of the core of PRC1
complexes, one of the two major categories of Polycomb assembles.
We identified RING1A and RING1B and also RYBP, a subunit unique to
non-canonical PRC1 complexes. We use loss-of-function mouse models
as well as mouse strains that express tagged variants for functional and
biochemical analysis regarding transcriptional and non-transcriptional
activities.
Currently, we investigate roles of RING1 and RYBP proteins in hematopoyetic and neural homeostasis and in ES cells pluripotency. A general observation arising from these studie is the positive role that PRC1
subunits have on cell proliferation/survival. Thus, compound inactivation
of Ring1A and Ring1B paralogs leads to acute proliferation arrest that
involves a variety of proliferation inhibitors that prevent entry in S-phase.
A more detailed analysis of these cells, however, allowed the identification
of RING1A and RING1B activities during replication and genome stability.
Work to ascertain whether it is a role in assisting replication or in fixing replicative stress is underway. Understanding these activities would also help
to overcome the dominant, obscuring effects that impaired cell cycle progression has on the analysis of transcriptional programs in mutant cells.
We have set up a proteomic approach aimed at identifying RING1A/
RING1B partners that could illuminate mechanisms in transcriptional and
non-transcriptional functions. It uses a mouse model carrying a knockedin modifification of the Ring1B locus that expresses a tagged-Ring1B
protein. The model, one as physiological as it can get, also permits the
access to PRC1 complexes in primary cells or in ex-vivo expanded primary cells that are not often available as established tissue culture cells
lines. Ongoing works focuses on hematopoietic cell lineages.
Epigenetic Control by the Polycomb
Group of Genes
• BFU2010-18146 (MINECO)
• Oncocycle S2010/BMD2470 (CAM)
• FP7-People-2011-ITN
• SAF2013-47997-P (MINECO)
• Morimoto-Suzki N, Hirabayashi Y, Tyssowski K, Shinga J,Vidal M, Koseki H, Gotoh
Y [2014] The polycomb component Ring1B regulates the timed termination
of subcerebral projection neuron production during neocortical development.
Development 141:4343-53.
• Vidal M [2014] Polycomb complexes: chromatin regulators required for cell diversity
and tissue homeostasis. pp95-139. C. Bonifer and P.N. Cockerill (eds.).
Transcriptional and Epigenetic Mechanisms Regulating Normal and Aberrant Blood Cell
Development, Epigenetics and Human Health, Springer-Verlag Berlin Heidelberg.
• Kondo T, Isono K, Kondo K, Endo TA, Itohara S, Vidal M, Koseki H [2014] Polycomb
potentiates Meis2 activation in midbrain by mediating interaction of the promoter
with a tissue-specific enhancer. Dev Cell 28:94-101.
Figura 2 | Figure 2
Mitosis aberrante en células mutantes que carecen de RING1A y RING1B. La tinción
de DNA con DAPI muestra un puente cromosomal probablemente consecuencia de
replicación incompleta. Barra, 10 μm.
Aberrant mitosis of RING1A and RING1B-deficient cells. DAPI-stained mitosis showing
chromosomal bridges indicating incomplete DNA replication. Scale bar, 10 μm.
• Martínez-Gómez AI, Villegas S, Aguado-Llera C, Bacarizo J Cámara-Artigas A, Vidal
M Neira JL [2014] The isolated N terminus of Ring1B is a well-folded, monomeric
fragment with native-like structure. Protein Eng Des Sel 27:1-11.
• Frangini, A. Sjöberg, M., Román-Trufero, M., Dharmalingam, G., Haberle,V., Bartke,
T.,Lenhard, B., Malumbres, M., Vidal M, Dillon N [2013] The Aurora B Kinase
and the Polycomb Protein Ring1B Combine to Regulate Active Promoters in
Quiescent Lymphocytes. Mol Cell 51:647–661.
• Yokobayashi S, Liang CY, Kohler H, Nestorov P, Liu Z, Vidal M, van Lohuizen M,
Roloff TC, Peters AH [2013] PRC1 coordinates timing of sexual differentiation of
female primordial germ cells. Nature 495: 236-240.
• van Arensbergen J, García-Hurtado J, Maestro MA, CorreaTapia M, Rutter G, Vidal
M, Ferrer J [2013] Ring1B bookmarks genes in pancreatic embryonic progenitors
for repression in adult beta cells. Genes Dev. 27:52-63.
111
24/6/15 12:53
Patricia Boya
Cientifica titular
[email protected]
PhD, 2000
Universidad de Navarra
CNRS (París, Francia)
Universisty of Cambridge (UK)
Contrato, 2005-2009
Ramón y Cajal
Científica Titular, 2009
CIB, CSIC
Lorena Esteban Martínez
Raquel Gómez Sintes
Lucía García Ledo
Esther Seco Martín
Ana Serrano Puebla
Sergio Rivas Muñoz
Elena Sierra Filardi
Funciones de la Autofagia en la
Fisiopatología de los Organismos
En nuestro laboratorio utilizamos modelos celulares y animales para comprender el papel de la autofagia en
la fisiología y la patología de los organismos. Este es un proceso de degradación intracelular que permite la
eliminación y el reciclaje de componentes celulares. Es una importante respuesta frente al ayuno nutricional,
participa en la degradación de orgánulos celulares y permite la supervivencia en situaciones de estrés.
E
l interés de nuestro laboratorio se centra en entender por que el
proceso de la autofagia es esencial para mantener la homeostasis
de las células y qué patologías subyacen a alteraciones de este
mecanismo de degradación intracelular.
La importancia del proceso de autofagia queda patente por la letalidad
embrionaria de animales deficientes en algunos de los genes Atg. En nuestro grupo estudiamos la relación de la autofagia con procesos esenciales
para las células como la proliferación, diferenciación y la muerte celular.
Hemos demostrado que este proceso es importante para la diferenciación
neuronal ya que animales deficientes de autofagia no generan neuronas
maduras y poseen defectos en neuritogenesis. Por otro lado hemos
demostrado que la inducción temprana de la autofagia durante procesos
neurodegenerativos supone una respuesta citoprotectora. Daño axonal
producido in vivo en animales deficientes de autofagia aumenta los niveles
de muerte celular y por el contrario la inducción farmacológica de este
proceso retrasa el proceso de neurodegeneración. Estamos así mismo
interesados en la relación de la autofagia con procesos de envejecimiento
del sistema nervioso y hemos demostrado una disminución de la actividad
de autofagia que podría en parte estar compensado por otros mecanismos
de degradación lisosomal como la autofagia mediada por chaperonas.
Además y estrecha colaboración con empresas españolas estamos buscando nuevos productos que sean capaces de modular estos procesos.
Hemos puesto a punto varios métodos de cribado para la determinación
de nuevos compuestos que induzcan o bloqueen el proceso de autofagia y
que puedan luego ser aplicados a la terapia para enfermedades humanas.
Figura 1 | Figure 1
Distribución de la población total del células ganglionares de la retina de ratón
montada en plano y teñidas para el factor de transcripción Brn3a (A y B), y
representación del mapa de isodensidades de número de células ganglionares (C y D).
Retinal ganglion cell distribution in mouse retinal flatmounts stained for the transcription factor
Brna (A and B). Isodensity map of retinal ganglion cell numbers (C and D).
112
24/6/15 12:53
In our group we use cellular and animal models to
understand the role of autophagy in the physiology
and pathology of organisms. Autophagy is an
intracellular degradative process that allows the
elimination and recycling of cellular constituents.
This process is induced in many stress situations
acting as a cytoprotective response.
W
e want to understand why the process of autophagy is essential
to maintain cellular homeostasis and how deregulations in this
mechanism can influence several pathological situations.
Animals deficient for several autophagy regulators, the Atg genes,
die during embryonic development revealing the importance of this
process to maintain cellular homeostasis. In our group we study the
relationship of autophagy with essential processes of proliferation,
differentiation and cell death. We have recently demonstrated that
autophagy is essential for neuronal differentiation since autophagydeficient animals generate reduced numbers of neurons in vitro and
have defects in neuritogenesis. We have also shown that autophagy
is an early cytoprotective response during several neurodegenerative
conditions. Axonal damage in autophagy-deficient animals increases
cell death and conversely, pharmacological upregulation of this process
increases neuronal survival. In addtion we are interested in the role of
autophagy during the aging process in the nervous system and have
recently found a decrease in the activity of macroautophagy that seems
to be partially compensated by un upregulation of other lysosomal
pathways as chaperone mediated autophagy.
We also collaborate with several companies in the search of new
autophagy regulators. We have developed several screening methods
to find new autophagy inducers and inhibitors that could we used as
new therapies for the treatment of human diseases.
• Esteban-Martínez L, Boya P. [2015] Autophagic flux determination in vivo
and ex vivo. Methods. Jan 30. pii: S1046-2023(15)00014-6. doi: 10.1016/j.
ymeth.2015.01.008.
• Rodríguez-Muela N, Hernández-Pinto AM, Serrano-Puebla A, García-Ledo L, Latorre
SH, de la Rosa EJ, Boya P [2014] Lysosomal membrane permeabilization and
autophagy blockade contribute to photoreceptor cell death in a mouse model of
retinitis pigmentosa. Cell Death Differ. 2014 Dec 12. doi: 10.1038/cdd.2014.203.
• Gabandé-Rodríguez E, Boya P, Labrador V, Dotti CG, Ledesma MD [2014] High
sphingomyelin levels induce lysosomal damage and autophagy dysfunction in
Niemann Pick disease type A. Cell Death Differ 2014, Jan 31 (doi: 10.1038/
cdd.2014.4).
• Boya P, Diaz-Meco MT, Rubinsztein D, Sass M. [2014] Autophagy researchers.
Autophagy. Mar;10(3):393-6. doi: 10.4161/auto.27581.
• Wang F, Bexiga MG, Anguissola S, Boya P, Simpson JC, Salvati A, Dawson KA.
[2013] Time resolved study of cell death mechanisms induced by amine-modified
polystyrene nanoparticles. Nanoscale. 2013 Nov 21;5(22):10868-76. doi: 10.1039/
c3nr03249c.
• Boya P, Codogno P. [2013] Cell biology: Recycling in sight. Nature. 2013 Sep
5;501(7465):40-2. doi: 10.1038/501040.
• Boya P, Reggiori F, Codogno P. [2013] Emerging regulation and functions of
autophagy. Nat Cell Biol. 2013 Jul;15(7):713-20. doi: 10.1038/ncb2788.
• Oeste CL, Seco E, Patton WF, Boya P, Pérez-Sala D [2012] Histochem Cell Biol.
2013 May;139(5):659-70. doi: 10.1007/s00418-012-1057-6.
• Rodríguez-Muela N, Koga H, García-Ledo L, de la Villa P, de la Rosa EJ, Cuervo
AM, Boya P. [2013] Balance between autophagic pathways preserves retinal
homeostasis. Aging Cell. 2013 Jun;12(3):478-88. doi: 10.1111/acel.12072.
Roles of
Autophagy
in Health
and Disease
• Marta Mauro-Lizcano, Lorena Esteban-Martínez, Esther Seco, Ana Serrano-Puebla,
Lucia Garcia-Ledo, Claudia Figueiredo-Pereira, Helena L A Vieira and Patricia Boya
[2014] New method to assess mitophagy flux by flow cytometry. Autophagy, in
press. http://dx.doi.org/10.1080/15548627.2015.1034403.
• i-link0701 (CSIC 2014-2015)
• SAF2012-36079 (MINECO 2013-2016)
• INNPACTO IPT-010000-2010-48 (MICINN 2010-2013)
• CONSOLIDER CDS2010-00045 (MICINN 2011-2016)
• DSM 2013-2014
• Provital 2013-2016
Figura 2 | Figure 2
Corte de una retina de ratón que
expresa constitutivamente el
marcador de autofagosomas LC3
unido a la proteína fluorescente GFP
(tinción en verde). En rojo se han
marcado las mitocondrias que se han
teñido utilizando el anticupero para la
proteína mitocondrial TOMM20, y en
azul se observan los núcleos teñidos
con el marcador para DNA DAPI.
Section of a retina from the
GFP-LC3 mouse, an animal model
that constitutively expresses the
autophagosomal marker LC3 coupled
to the fluorescent protein GFP in green.
Mitochondria stained with TOMM20 are
labelled in red and nuclei are revealed
with the DNA marker DAPI in blue.
113
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Jesús del Mazo Martínez
[email protected]
PhD, 1978
Research Associated, 1987-1989
California Institute of Technology , CALTECH,
Pasadena L.A. (California, USA)
Profesor Honorífico, 2006
Universidad de Valparaíso (Chile)
Jefe de Grupo, 1984
CIB, CSIC
Jesús García López
Miguel Angel Brieño Enríquez
Cristina Templado Meseguer
Darío Fernández Zoppino
Eduardo Larriba Tornel
Julio Buñay Noboa
Eleni Papadopoulou
Biología
Molecular de la
Gametogénesis
Nuestro interés se ha centrado en los últimos años
en la biogénesis y función de diferentes RNAs
reguladores, no-codificantes, de pequeño tamaño
(tales como miRNAs, piRNAs , endo-siRNAs,
snoRNAs) en el desarrollo y la diferenciación de la
línea germinal y la reproducción en mamíferos y su
papel en la desregulación genética y epigenética
mediada por algunos reprotóxicos ambientales.
L
os RNAs pequeños no-codificantes (sncRNAs) son considerados
como importantes reguladores postranscripcionales en el desarrollo de las células germinales. Además de microRNAs (miRNAs)
endo-siRNAs y PIWI–RNAs (piRNAs), otros sncRNAs: pequeños RNA
nucleolares (snoRNAs), o derivados de tRNAs o rRNAs parecen desempeñar importantes funciones reguladoras en la gametogénesis y la
fertilización. Combinando secuenciación masima (NGS), bioinformática
y biología celular y molecular estamos caracterizando el panorama de
expresión de sncRNAs en la diferenciación desde células germinales
primordiales (PGC) hasta gametos y sus implicaciones en la fertilización
y el desarrollo de preimplantación temprano. Por ejemplo, mientras
algunos snoRNAs y miRNAs se expresan abundantemente en PGCs
son reemplazados por piRNAs en espermatozoides y por endo-siRNAs
en ovocitos y cigotos. Es interesante comprobar como las secuencia de
variantes de miRNA son mas abundantes en la espermatogéneis que
sus correspondientes formas canónicas.
Otras alternativas de funcionales de miRNAs como los mecanismos de
edición de sncRNAs también se están analizando en nuestro sistema.
Asi, la sustitución mediante ADAR de Adenosina por Inosina (reconocida como guanosina por la maquinaria celular [A-to-I]) en precursores
de miRNAs, afecta el procesamiento de miRNAs. Descubrimos que la
edición activa y la degradación de moléculas de precursor de RNAs
editados ocurre durante el período de perifertilization.
También estamos aplicando estos estudios de regulación génica a la
valoración del efecto de reprotóxicos. Múltiples estudios han demostrado la asociación entre exposición a sustancias tóxicas ambientales, tales
como los llamados disruptores endocrinos, y disfunciones del desarrollo
en las células germinales. Estamos estudiando cómo la exposición prenatal, incluso a bajos niveles de exposición, a estos compuestos puede
inducir cambios epigenéticos en la expresión de miRNAs en PGCs en
las siguientes generaciones no expuestas.
Figura 1 | Figure 1
Apoptosis en células germinales primordiales (PGCs) de ratones machos expuestos
durante su vida fetal a vinclozolina (un fungicida utilizado en la agricultura, con efectos
antiandrogénicos). Co-detección en microscopía confocal de apoptosis por TUNEL y
marcaje específico con SSEA-1 para células PGC (13,5 días postcoitum). En la parte
superior de la figura: Testis junto con el MesoNefros.
Apoptosis in primordial germ cells (PGCs) of male mice exposed during fetal life to vinclozolin
(a widely used fungicide in agriculture, with antiandrogenic effects). Examples of co-detection
by confocal microscopy analysis of apoptosis by TUNEL and SSEA-1 positive PGCs cells
(from 13.5 days post coitum embryos). Testis showed at the top of the figure along with the
MesoNephros.
114
24/6/15 12:53
In recent years, our interest has been focused in
the biogenesis and function of various small noncoding regulatory RNAs (such as miRNAs, piRNAs,
endo-siRNAs, snoRNAs) in the development and
differentiation of the germline and reproduction in
mammals and their role in genetic and epigenetic
deregulation mediated by some environmental
reprotoxicants.
T
he small non-coding RNAs (sncRNAs) are considered as postranscriptional key regulators of germ cell development. In addition to microRNAs (miRNAs) endo-siRNAs and PIWI-interacting
RNAs (piRNAs), other sncRNAs generated from small nucleolar RNAs
(snoRNAs), -tRNAs or rRNAs-derevatives may also play important regulatory roles in gametogenesis and fertilization. Combining next generation sequencing (NGS), bioinformatics and cell and molecular biology
approaches we are characterizing the regulatory landscape of small
non-coding RNAs during germ cell differentiation from primordial germ
cells (PGCs) to gameta and the consequences of the expression of the
different classes of these small RNAS in fertilization and early preimplantation development. Both, microRNAs and snoRNA-derived small RNAs
are abundantly expressed in PGCs but transiently replaced by piRNAs
in spermatozoa and endo-siRNAs in oocytes and zygotes. Interestingly,
miRNA sequence variants also shows an increment of non-canonical
microRNA forms along male germ cell differentiation.
• García-López J., Alonso L., Cárdenas D.B., Artaza-Alvarez H, Hourcade J.de D.,
Martinez S., Brieño-Enríquez M. A., and del Mazo J. [2015] Diversity and functional
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alteradores endocrinos en la expresión génica durante el desarrollo. Revista de
Salud Ambiental, 13: 67-69.
Molecular Biology
of Gametogenesis
• García-López, J., Hourcade, JdD, and del Mazo, J [2013] Reprogramming of
microRNAs by adenosine-to-inosine editing and the selective elimination of edited
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Acids Research 41: 5483–5493.
• J. del Mazo M.A. Brieño-Enríquez, J. García-López, L.A. López-Fernádez and M. De
Felici. [2013] Endocrine disruptors, gene deregulation and male germ cell tumors.
International Journal of Developmental Biology 57: 225 - 239.
Other functional alternatives in the miRNAs such as RNA editing mechanisms are also being analysed in our system. Adenosine-to Inosine
(A-to-I) editing represents a post-transcriptional modification of doublestranded RNA, including miRNA precursors. Inosine is recognized as
guanosine (G) by the cell machinery, which affects the subsequent
processing of edited molecules. We discovered that both active editing
and the degradation of edited precursor RNA molecules occur during the
perifertilization period.
We are also applying these basic gene regulatory aspects to the effect of
reprotoxicants. Multiple studies demonstrated the association between
exposure to environmental toxicants -such as the so-called endocrine
disruptors- and developmental dysfunctions in germ cells. We are studying how prenatal exposure to this compounds could induce induces epigenetic changes in the expression of miRNAs in PGCs in the following
non-exposed generations, even at low level of exposure.
Figura 2 | Figure 2
• 11-MRES-PNRPE-9-CVS-072-Nº210064934 (Ministère de l’Ecologie,
du Developpment Durable, des Transports et du Logement.
República Francesa)
• 201020E016 (PIE)
• BFU2013-42164-R (MINECO)
Se ha demostrado que RNAs derivados de pequeños RNAs nucleolars (snoRNAs)
pueden actuar como silenciadores de genes. SNORD21 mostró actividad del tipo
miRNA. Se muestra la predicción de estructura de SNORD21 como ejemplo de snoRNA
detectados en las células germinales y cigotos y la potencial region de interaccion entre
caja C/D (posible guía para metilación del rRNA) del snoRNAs y el rRNA.
It has been demonstrated that several small RNAs derived from snoRNAs can act as gene
silencers. Predicted secondary structures of the SNORD21 as an example of small nucleolar
RNAs (snoRNA) detected in germ cells and zygotes. SNORD21 showed miRNA activity.
Potential base pairing interactions between C/D Box snoRNAs and rRNA are showed. The
D Box motif serves as a guide for rRNA methylation.
115
24/6/15 12:53
Rosa María Lozano Puerto
Científica Titular
[email protected]
PhD, 1990
University of California Berkeley (USA)
Investigador Contratado, 1993-2001
MEC, CIB
Jefe de Grupo, 2008
CIB, CSIC
Investigadora del equipo | Staff scientist:
Blanca Teresa Pérez-Maceda
María Encarnación López Fernández
Natalia Soledad Fagali
http://www.cib.csic.es/grupo.php?idgrupo=67
Reconocimiento Célula-Biomaterial
Se investiga la respuesta celular y molecular de la célula al interaccionar con materiales metálicos y cerámicos de
aplicación en reparación ósea. Entre los metálicos se analizan aleaciones de Cobalto-Cromo y de biodegradables
de base Magnesio y, entre los cerámicos, las hidroxiapatitas. Se estudian los efectos de las partículas metálicas del
desgaste-corrosión del material implantado. En cerámicos, se diseñan superficies con distintas proteínas.
L
as aleaciones Cobalto-Cromo con alto contenido en carbono
(CoCrHC) se proponen como material alternativo para prótesis
de cadera. Las bajas tasas de desgaste–corrosión que presentan
éstas aleaciones contrastan con las del par polietileno/metal, ampliamente utilizado en clínica y que se caracteriza por generar gran cantidad de
partículas en el lugar del implante, que se han relacionado con procesos
de osteolisis y pérdida final de la prótesis lo que ha motivado la búsqueda
de otros materiales. Es por esta razón por la que se propone el estudio de
las aleaciones de CoCrHC y del efecto de las partículas que se generan
como consecuencia del proceso de tribocorrosión de este material. Los
efectos producidos en la célula por los productos derivados del desgastecorrosión de las aleaciones CoCrHC, partículas e iones, se evalúan en las
líneas celulares representativas del entorno de la prótesis osteoarticular.
El Mg y sus aleaciones son materiales interesantes debido a las propiedades que presentan: son ligeros, su módulo elástico y densidad
son semejantes a los del hueso, son reabsorbibles, sus productos de
corrosión no son tóxicos y son fácilmente excretados en la orina. Sin
embargo, la principal limitación reside en que la velocidad de degradación de éstos es mayor que la velocidad necesaria para la regeneración
del tejido. Se pretende, mediante la aplicación de tratamientos, controlar
la velocidad de degradación y diseñar materiales de base Mg cuya
reabsorción esté sincronizada con la regeneración del tejido óseo a
reparar. Se estudia además, el efecto de las partículas de Mg sobre la
respuesta celular.
Se diseñan nuevas superficies biomiméticas sobre materiales cerámicos
como son las hidroxiapatitas sustituidas con silicio mediante la funcionalización con distintas proteínas, como son ciertos factores de crecimiento que favorecen la vascularización del tejido estimulando la actividad
biológica de otros péptidos implicados en el crecimiento del tejido óseo.
Figura 1 | Figure 1
Microscopía multidimensional en tiempo real in vivo de macrófagos J774 en presencia de partículas de magnesio. Imágenes del cultivo de macrófagos expuesto a las partículas de
Mg (1 mg/ml; negro) durante distintos tiempos (0 y 24 horas). A las 24 horas, los macrófagos se dividen y algunos mueren al interaccionar con las partículas que se van degradando
durante el cultivo. (Referencia Alvarez F. y colab. en Microscopy: advances in scientific research and education).
In vivo time-lapse multidimensional microscopy of macrophages J774 in presence of magnesium particles. Images of macrophages´ culture exposed to Mg particles (1 mg/ml; black images) at
different times (0 and 24 hours). At 24 h., some macrophages duplicate and those located close to particles displayed morphological changes that developed in cell death. Mg particles degrade and
become clear. (Reference Alvarez F. et al. in Microscopy: advances in scientifc research and education).
116
24/6/15 12:53
Research is focus in the analysis of the molecular and cell response upon interaction with metallic and ceramic
materials for application in bone tissue repair. Metallic materials as cobalt-chromium alloys with high carbon
content and some biodegradable magnesium-base, and ceramics as hydroxyapatites are selected. The effect on the
cell of metallic debris, particles and ions, are under study. In ceramics, new surfaces are designed with proteins.
T
otal hip replacement by metallic biomaterials with loss of function
has become an important concern in human health. The most
widespread clinical substitution for hip substitution is given by
the polyethylene/metal joint replacement. However, excessive wear of
polyethylene causes the production of particles that is believed to be the
major cause of the progressive osteolysis and subsequent loosening of
prosthesis. This problem has strongly driven the use of Metal on Metal
(MoM) combinations as a replacement in joint prosthesis, specifically,
made of CoCr alloys, due to their substantially low corrosion and wear
rates. But unfortunately, there are still wear particles and ions that are
released in the body with these implants. The effect of the wear debris
and ions derived from the tribocorrosion process of the MoM in the cell
response are under analysis in studies with those cell lines that better
represent the osteoarticular prostheses cell microenvironment.
osteoconductivity. The density, elastic modulus and compressive strength
properties of Mg are more similar to bone. Mg is a necessary element for
the incorporation of calcium to bone and to stimulate the growth of new
tissue, is non-toxic and degrades in body fluids, making suitable for orthopedic applications. In spite of the desirable properties, Mg-based materials have very high corrosion rate that need to be controlled. Research
pretends with different approaches synchronize the degradation kinetic of
Mg-based materials and bone tissue repair and analyze the effect of Mg
particles on cell response.
Cell-Biomaterial Recognition
New ceramic materials hydroxyapatite-based are under study upon functionalization with proteins, as are several growth factors that promotes
tissue vascularization and increase the biological activity of other peptides
involved in bone tissue growth.
Magnesium (Mg) and its alloys are biodegradable materials suitable
for bone repair application due to its biodegrability, reabsorbability and
• Lozano RM*, Pérez-Maceda BT, Carboneras M, Onofre-Bustamante E, GarcíaAlonso MC, Escudero ML [2013] Response of MC3T3-E1 osteoblasts, L929
fibroblasts and J774 macrophages to fluoride surface-modified AZ31 magnesium
alloy. Journal of Biomedical Materials Research: Part A. 101: 2753-2762.
*Corresponding author.
• Alvarez F, Lozano Puerto R, Pérez-Maceda B, Grillo C, Schilardi P, Fernández
Lorenzo M [2013] Efecto de micropartículas de Mg con y sin tratamiento con
KF en células osteoblásticas y macrofagos. The Journal of the Argentine
Chemical Society. 100: 48-52.
• Billi F, Iglesias C, Onofre E, Lozano RM, Pérez-Maceda B, Rubio JC, Escudero ML,
García-Alonso MC [2013] Characterization of oxidized TiAlV after fretting-corrosion
tests using near-field microscopy. British Journal of Surgery. Abstract. 100
(Suppl. 1): 13.
• Bodelón O, Iglesias-Urraca C, Díaz I, Lozano RM, Pérez-Maceda BT, Clemente C,
Alobera MA, García-Alonso MC, Rubio Suárez JC, Escudero ML. [2014] Analysis
of metallic traces from biodegradation of AZ31 magnesium alloy in rat organs.
British Journal of Surgery. Abstract. 101 (Suppl. 1): 6.
• Iglesias-Urraca C, Bodelón O, Díaz I, Lozano RM, Pérez-Maceda B-T, Clemente C,
Alobera MA, García-Alonso MC, Rubio Suárez JC, Escudero ML. [2014] Clinicalradiological and histological correlation of AZ31 alloy used as a prosthetic implant.
British Journal of Surgery. Abstract. 101 (Suppl. 1): 6.
• Alvarez F, Lozano Puerto RM, Pérez-Maceda BT, Grillo CA, Fernández Lorenzo MA
[2014] Effect of Mg particles on MC3T3-E1 and J774 cellular cycle. Influence of
fluoride treatment. European Cells and Materials. Vol 28 (Suppl 3): 65.
• Alvarez F, Lozano Puerto RM, Pérez-Maceda BT, Grillo CA, Fernández Lorenzo MA
[2014] Multidimensional microscopy: A suitable technique to follow in vivo the
interaction between biodegradable biomaterials and cells. In “Microscopy:
advances in scientific research and education” Microscopy book nº
6 Vol.1. Editor: A. Méndez-Vilas. Editorial: Formatex Research Center (Badajoz,
España): 523-529.
• MAT2011-29152-C02-02 (MINECO)
• CAM S2009/MAT1472 (CAM) Grupo asociado
117
24/6/15 12:53
Susana Moreno Díaz de la Espina
Investigadora Científica
[email protected]
PhD, 1975
Universidad Complutense Madrid
DKFZ (Heidelberg, Alemania)
Visiting Scientist, 1987
NCI/NIH. Frederick (MD, USA)
Jefa de Grupo, 1981
Jefa de Laboratorio, 1997
Investigadora Científica, 2002
CIB, CSIC
Malgorzata Ciska
Ana Ugidos Valladares
Mercedes Carnota Romero
Matriz Nuclear y Regulación de la
Organización y Funcionalidad Nuclear
Nuestro objetivo es el análisis de la lámina nuclear de plantas. Hemos determinado los análogos funcionales
de las laminas de metazoos, las proteínas NMCP y caracterizado sus dos homólogos NMCP1 y NMCP2 en la
monocotiledónea Allium cepa y su interacción con las proteínas SUN que son las únicas proteínas asociadas a
laminas conservadas en plantas y forman parte de los complejos que unen el núcleoesqueleto y citoesqueleto en
metazoos y plantas.
L
a lámina nuclear está muy conservada en eucariotas, aunque sólo
bien caracterizada en metazoos; sus principales componentes,
las laminas, no están conservados en otros eucariotas. En nuestro laboratorio investigamos las proteínas que componen la lámina en
plantas que carecen de genes de laminas. Hemos analizado varias proteínas candidatas a realizar funciones de laminas en plantas. El análisis
bioinformático de las proteínas NMCP, unas de las principales candidatas, reveló que se trata de una familia muy conservada que comparte
muchas características con las laminas de metazoos como son los dos
tipos básicos, la estructura tripartita con un largo segmento central coiled coil con capacidad de dimerización y varias secuencias específicas
conservadas (Fig 1; Ciska et al., JXB 2013), que unido a su capacidad
de dimerizar y formar filamentos, localización en la lámina, asociación a
proteínas SUN, expresión regulada durante el desarrollo e implicación en
algunas de las funciones de las laminas como la regulación del tamaño
Figura 1 | Figure 1
Estructura de NMCPs y laminas. Ambas presentan una distribución similar de coiled
coils (cajas naranja), regiones conservadas (barras verdes), sitios para cdk1 (barras
rojas), NLS (cajas verdes) y un segmento de aa ácidos (caja roja). Las NMCPs carecen
de plegamiento Ig (elipse negra) y la caja CAAX de laminas pero tienen el extremo
C-terminal conservado. Regiones que dirigen las NMCP a la EN (*).
y forma nuclear, organización de la heterocromatina y asociación del
núcleoesqueleto al citoesqueleto, nos han permitido establecer que
constituyen los análogos funcionales de las laminas en plantas (Ciska
and Moreno Díaz de la Espina, PSB 2013). La producción de anticuerpos contra dominios conservados de las proteínas nos ha permitido
determinar las características de las proteínas NMCP1 y NMCP2 endógenas en Allium cepa, su localización nuclear y presencia en el núcleoesqueleto. Estamos caracterizando también en este sistema las proteínas
que interaccionan con ellas, principalmente las SUNs. Todos estos datos
junto con otros de la literatura nos han llevado a establecer por primera
vez un modelo de organización de la lámina en plantas (Fig 2; Ciska and
Moreno Díaz de la Espina, FPS 2014). El grupo trabaja integrado en el
International Plant Nucleus Consortium (http://bms.brookes.ac.uk/ipnc).
• BFU2010-15900 (MINECO)
• PIE 201020E019 (CSIC)
Structural analogies of NMCPs and lamins. Both display a similar distribution of coiled coils
(orange boxes), conserved regions (green bars), cdk1 phosphorylation sites (red bars), a NLS
(green boxes) and a stretch of acidic aminoacids (red boxes). NMCPs lack the Ig fold (black
ellipse) and the CAAX box of lamins, but have a conserved C-terminus. Regions mediating NE
localization of NMCPs (*).
118
24/6/15 12:54
The plant lamina and its main interacting partners. The NMCP-based lamina binds to NPCs through Nup136 and NUA, and associates to nucleocytoplasmic linkers by binding of NMCPs to SUNs
and plant specific KASH proteins (WIP). These complexes connect the lamina with the actin cytoskeleton and the γ-TuC complexes but also anchor proteins to the ONM (RanGAP). Not elucidated
interactions (?).
Nuclear Matrix
and Regulation
of the Nuclear
Organization and
Function
Our aim is the analysis of the plant nuclear lamina.
We have determined the functional analogs of
metazoan lamins in plants, the NMCP protein
family and analyzed the two homologs MMCP1 and
NMCP2 in the monocot Allium cepa, as well as their
interactions with SUN proteins that are the only
lamin-binding proteins conserved in plants and form
the protein complexes that link the nucleoskeleton
and cytoskeleton in metazoan and plants.
• Ciska M, Moreno Diaz de la Espina S [2014] The intriguing plant nuclear lamina.
Front Plant Sci. 5, 166. DOI: 10.3389/fpls.2014.00166.
• Gasset-Rosa F, Coquel AS, Moreno-del Álamo M, Chen P, Song X, Serrano AM,
Fernández-Tresguerres ME, Moreno-Díaz de la Espina S, Lindner AB, Giraldo R
T
he nuclear lamina is highly conserved in eukaryotes, but only
well characterized in metazoa. The main components of the
metazoan lamina are the lamins that are not conserved in other
eukaryotes. We investigate the proteins that form the lamina in plants
that lack genes for lamins. We have analyzed several protein candidates
to play lamin functions in plants. The bioinformatic analysis of NMCP
proteins, the main candidates to play lamin functions in plants, revealed
that this is a highly conserved family of proteins that share multiple
characteristics with metazoan lamins as are the two basic types, the
tripartite structure with a long central coiled coil domain with dimerization ability, and several conserved specific domains (Fig 1; Ciska et al.,
JXB 2013), which along with their ability to dimerize and form filaments,
localization in the lamina, binding to SUN proteins, developmentally
regulated expression and involvement in some of the nuclear functions
regulated by lamins such as nuclear shape and size determination,
heterochromatin organization and association of the nucleoskeleton to
cytoskeleton allowed us to establish that they constitute the functional
analogs of metazoan lamins in plants (Ciska and Moreno Díaz de la
Espina, PSB 2013). Antibodies produced against conserved regions of
NMCP1 and NMCP2 allowed us the characterization of the endogenous
proteins in this system and the determination of their nuclear localization and presence in the nucleoskeleton. We are also characterizing the
proteins interacting with NMCPs in this system, mainly the SUNs. The
above results along with others in the literature allowed us to establish
for the first time a model for the organization of the plant nuclear lamina
(Fig 2; Ciska and Moreno Díaz de la Espina, FPS 2014). The groups
belongs to the International Plant Nucleus Consortium (http://bms.
brookes.ac.uk/ipnc)
Figura 2 | Figure 2
La lámina vegetal y sus principales interacciones. La lámina de proteínas NMCP se une a los PNC a traves de Nup136 y NUA, y se asocia a los complejos que conectan núcleo y
citoplasma por unión de las NMCPs a SUNs y proteínas KASH específicas (WIP). Estos complejos conectan la lámina con el citoesqueleto de actina y los complejos γ-TuC pero
también anclan proteínas a la MNE (RanGAP). Interacciones no aclaradas (?).
[2014] Direct assessment in bacteria of prionoid propagation and phenotype
selection by Hsp70 chaperone. Mol Microbiol 91: 1070-1087.
• Ciska M, Moreno Díaz de la Espina S [2013] NMCP/LINC proteins. Putative lamin
analogs in plants? Plant Signaling & Behavior 8: 12e26669.
• Ciska M, Masuda K, Moreno Díaz de la Espina S [2013] Lamin-like analogues in
plants: the characterization of NMCP1 in Allium cepa. J Exp Bot 64: 1553-1564.
119
24/6/15 12:54
José Luis Barbero
Esteban
[email protected]
PhD, 1981
Lucas Sánchez
Rodriguez
Associate Research, 1984
NYU Medical Center. Pathology Department.
Dr. Angel Pellicer laboratory (New York, USA)
[email protected]
PhD, 1976
Investigador Asociado, 1979-1981
Zoological Institute University of Zurich
Researcher, 1983-1996
Pharmacia/Antibioticos Pharma
Jefe de Grupo, 1981-1984
European Molecular Biology Laboratory
(Heidelberg, Alemania)
Group Leader, 1996-2006
Pharmacia/Department of Immunology
and Oncology. CNB.
Investigador Científico,1989
CIB, CSIC
CIB, CSIC
Dinámica Cromosómica
en Meiosis
El complejo de cohesinas y el control de la dinámica
de dicho complejo en la cromatina son esenciales
para la correcta segregación cromosómica. Errores
en estos mecanismos conducen a la muerte celular,
patologías como el síndrome de Down, la formación
de tumores, la infertilidad y otras cohesinopatías.
E
n colaboración con los grupos de AM Pendás (Centro de
Investigación del Cancer, Salamanca) y de JA Suja (Universidad
Autónoma de Madrid) se han estudiadado diferentes proteínas
denominadas “cohesin-regulators” que controlan la dinámica del complejo
de cohesinas, no solo durante la segregación cromosómica, sino también
en procesos de control de la expresión génica en los que las cohesinas
actúan modelando la estructura de ciertas regiones de los cromosomas.
Esencialmente hemos estudiado la topoisomerasa alfa-2, las acetiltransferasas ESCO1 y ESCO2 y la histona quinasa haspin en mamíferos. Por otra
parte, nuestra investigación se ha centrado en estudiar en colaboración
con diferentes laboratorios, las patologías producidas como consecuencia
de la falta de función de la cohesina específica de meiosis STAG3, identificada y caracterizada por primera vez en 2001 en mi laboratorio. El estudio
en ratones deficientes en STAG3 demostró la necesidad de su función para
la fertilidad (referencia 7). El descubrimiento de mutaciones en humanos
de la STAG3 que conducen a la patología denominada como “Premature
ovarian failure” y su posible implicación en cáncer de ovario se ha publicado en la prestigiosa New England J. Med. con la participación de nuestro
laboratorio (referencia 6). L. Sánchez está trabajando sobre la evolución de
los mecanismos de determinación sexual.
Maria Fernanda Ruiz Lorenzo
Chromosomal Dynamics
in Meiosis
Are there link between human syndromes with
physical and mental problems, a tumor growing out
of control and the incapability to contribute to next
generation? This question can be answered if we
look at the biological functions of a protein complex,
named cohesin.
I
n collaboration with the groups of AM Pendás ( Cancer Research
Center, Salamanca) and of JA Suja (Autonoma University of Madrid)
we have study the function of different proteins called “cohesinregulators” that control the dynamics of the cohesin complex, not only
during the chromosomal segregation, but also in processes of control
of the gene expression in which the cohesins act shaping the structure
of certain regions of the chromosomes, such as the topoisomerase α
II, the acetyltransferases ESCO1 and ESCO2 and of the histone-kinase
haspin in mammals. On the other hand, our recent research has centered on studying, in collaboration with different laboratories, the pathologies produced as consequence of the lack of function of the meiosis
specific cohesin STAG3, which was identified and characterized by the
first time in 2001 in my laboratory. The study in deficient mice in STAG3
demonstrated the need of his function for the fertility (reference 7). The
discovery of mutations in human STAG3, which drive to the pathology
named as “ Premature ovarian failure “ and his possible implication
in cancer of ovary has been published in the prestigious journal New
England J. Med. with the participation of our laboratory (reference 6). L.
Sánchez is working on the evolution of sex-determining mechanisms.
• Barbero JL [2013] Cohesin Complexes: Modulators of Chromatin Organization
Control Gene Expression in Immune System. In: Advances in Medicine and
Biology Vol. 58.pp. 167-176. Editor: Leon V. Berhardt. Nova Science Publisher,
Inc. New York. USA. ISBN: 978-1-62257-803-0.
• Calvente A, Viera A, Parra MT, de la Fuente R, Suja JA, Page J, Santos JL, García de la
Vega C., Barbero JL, Rufas JS [2013] Dynamics of cohesin subunits in grasshopper
meiotic divisions. Chromosoma 122: 77-91.(DOI 10.1007/s00412-012-0393-6).
• Barbero JL [2013] Genetic basis of cohesinopathies. The Application of
Clinical Genetics 6:15-23.
• Rocío Gómez, Alberto Viera, Inés Berenguer, Elena Llano, Alberto M. Pendás, José
Luis Barbero, Akihiko Kikuchi and José A. Suja [2014] Cohesin removal precedes
topisomerase II α-dependent decatenation at centromeres in male mammalian
meiosis II. Chromosoma. 123:129-146. DOI 10. 1007/s00412-013-0434-9.
Figura 1 | Figure 1
Implicación del complejo de cohesinas y sus reguladores en las patologías humanas
denominadas cohesinopatías.
Cohesin and cohesin regulators in human cohesinopathies.
• Bases Moleculares de la Aneuploidía en Cáncer: Control de la Segregación
y Estabilidad Cromosómica. AP 98712012 (2012-2014) FUNDACIÓN DE
INVESTIGACIÓN MÉDICA MUTUA MADRILEÑA.
120
• Barbero, JL [2014] Molecular Genetics of Cohesinopathies. In: eLS. John
Wiley&Sons Ltd, Chichester. doi: 10.1002/9780470015902.a0025309.
• Caburet S., Arboleda VA, Llano E., Overbeek PA, Barbero JL, Oka K., Harrison W.,
Vaiman D., Ben-Neriah Z., Garcia-Tuñon I., Fellous M., Pendás AM, Veitia RA and
Vilain E [2014] Mutant Cohesin in Premature Ovarian Failure. New England J.
Med. 370:943-949.
• Llano E., Gómez-H L.,García-Tuñon I., Sánchez Martín M., Caburet S., Barbero JL,
Schimenti JC, Veitia RA and Pendás AM [2014] STAG3 is a strong candidate gene
for male infertility. Human Mol. Genet. 23:3421-3431.
• Ruiz, M.F., Sarno, F., Zorrilla, S., Rivas, G. and Sánchez, L. (2013) Biochemical and
functional analysis of Drosophila-Sciara chimeric Sex-lethal proteins. PLoS ONE
8(6): e65171.
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and elimination of chromosomes. Sexual Development 8: 83-103.
24/6/15 12:54
PhD, 2005
MRC-Laboratory of Molecular Biology
(Cambridge, UK)
Investigadora Ramón y Cajal, 2012
CIB, CSIC
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in a phage partition system. Proc Natl Acad Sci USA 109 (20):7711-6.
http://www.cib.csic.es/en/grupo.php?idgrupo=43
• RYC-2011-07900 (Ministerio de Ciencia e Innovación)
• BFU2013-47014-P (MINECO, cofinanciado con fondos FEDER)
Tubulinas y FtsZ:
Modulación del
Ensamblaje de Proteínas
Bases moleculares de la segregación de factores de
virulencia por sistemas de partición tipo III.
E
l éxito de los factores de virulencia radica en su habilidad para
mantenerse en las bacterias. Los sistemas de partición ayudan al
posicionamiento de estos elementos durante la división. Hemos
identificado un sistema tipo III en el fago c-st de C. Botulinum (codifica
para el botox-C), donce el complejo nucleoproteico tubCR permite
anclar el fago a la proteína motora TubZ para su movilización. Además
descubrimos la existencia de un regulador conservado, TubY. Ahora nos
centramos en entender cómo funciona el sistema.
Francisco Javier Ruiz Dueñas
Investigador Ramón y Cajal
[email protected]
PhD, 1999
Centro di Ricerca di Risonanze Magnetiche,
CERM (Florencia, Italia)
Investigador I3P, 2003-2005
Investigador contratado, 2006-2009
Investigador Ramón y Cajal, 2010
CIB, CSIC
http://www.cib.csic.es/lignina/lignina_en.html
• RYC-2009-04798
• KBBE-2010-4-265397 (EC FP7)
• BIO2011-26694 (MICINN)
• KBBE-2013-7-613549 (EC FP7)
• CSP15-1609 (U.S. Department of
Energy Joint Genome Institute,
DOE-JGI)
Biotecnología para la
Biomasa Lignocelulósica
Búsqueda e ingeniería de nuevas peroxidasas
fúngicas de alto potencial redox.
N
uestra actividad científica se centra en la obtención de nuevas
peroxidasas con propiedades catalíticas de interés que se
puedan emplear en procesos industriales de oxidación, en sustitución de reactivos químicos agresivos. Para ello se ha diseñado una
estrategia que consiste en la búsqueda de genes de nuevas enzimas de
tipo peroxidasa en secuencias de genomas fúngicos, y en el posterior
diseño a medida de sus propiedades catalíticas y estabilidad mediante
el empleo de técnicas de ingeniería de proteínas.
• Oliva MA, Andreu JM [2014] Tubulin and FtsZ superfamily of protein assembly
machines. (review) In: eLS, Encyclopedia of Life Sciences (e-Book chapter;
John Wiley & Sons, Ltd. Chichester) doi: 10.1002/9780470015902.a0025586.
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and constructs bearing eukaryotic tubulin sequences. Methods in Cell Biology
115, 269-281.
Tubulins & FtsZ:
Targeting Proteins
Self-Assembly
Molecular basis of virulence factors segregation by
type III partition systems.
T
he extraordinary success of virulence elements relies on their
stable maintenance in bacteria. Partition systems are positioning
systems that evenly distribute those DNAs during division. We
identified a type III partition system in Clostridium botulinum phage c-st
(encodes Botox-C), where the centromere-like tubC is recognized by
TubR and anchored to tubulin-like TubZ to mobilise the phage. We also
discovered a conserved regulator, TubY. Now we focus on the understanding of how this system works.
Programa Ramón y Cajal | Ramón y Cajal Program
María A. Oliva Blanco
Investigadora Ramón y Cajal
[email protected]
• Barrasa JM, Blanco MN, Esteve-Raventós F, Altés A, Checa J, Martínez AT, RuizDueñas FJ [2014] Wood and humus decay strategies by white-rot basidiomycetes
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Biotechnology for
Lignocellulosic Biomass
Screening and engineering of new high redoxpotential fungal peroxidases.
O
ur research activity aims to obtain novel peroxidases with catalytic properties of interest that can be used in industrial oxidation processes, substituting harsh chemical reagents. To attain
this objective, a strategy has been designed consisting of searching
for genes encoding new type-peroxidase enzymes in fungal genome
sequences, and subsequent tailored designing of their catalytic properties and stability by using protein engineering techniques.
121
24/6/15 12:54

05 Biologia Celular y Molecular 18211KB Jul 10 2015 10:00:09

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