Biología Celular del Núcleo

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Línea 1. Papel de la acetilación del factor de supervivencia de las neuronas motoras (SMN) en el ensamblaje molecular del cuerpo nuclear de Cajal (“Cajal body”, CB): importancia en la atrofia muscular espinal (SMA). El cuerpo nuclear de Cajal (CB, Fig. 1) es la central nuclear que dirige el ensamblaje final y el control de calidad de las snRNPs y snoRNPs (“small nuclear a nucleolar ribonucleoproteins”) implicadas en el “splicing” de pre-mRNAs y en la maduración de los pre-rRNAs. La mutación en el gen que codifica una de sus proteínas esenciales, la SMN (“survival motor neuron”), es responsable de la atrofía muscular espinal (SMA), que causa degeneración de las motoneuronas y es la principal causa de mortalidad de base genética en la infancia. Además de la SMN y las snRNPs y snoRNPs, otro componente esencial del CB es la proteína nucleadora coilina. El objetivo fundamental de esta línea es analizar los mecanismos que regulan el ensamblaje molecular de los CB y su importancia en la SMA. Recientemente hemos demostrado que la proteína SMN es un substrato de SUMO1 y que su conjugación con SUMO es otro factor regulador de la formación de los CBs. En la actualidad estamos estudiando el impacto de otra modificación post-traduccional de la SMN, la acetilación, sobre el ensamblaje de las snRNPs y snoRNPs y la formación de CBs. Nuestros experimentos preliminares indican que SMN se acetila por la acetiltranferasa CBP y el análisis con espectrometría de masas demuestra que la acetilación modifica las interacciones de la SMN con sus proteínas diana, lo que afecta a la localización celular de la proteína y a su capacidad de nuclear CBs.

Línea 2. Importancia de la disfunción de los compartimentos nucleares de las motoneuronas espinales en la fisiopatología celular y molecular de la atrofía muscular espinal (SMA) en el modelo murino SMNd7. Como se ha comentado anteriormente, la mutación o deleción del gen SMN1 en la SMA produce un severo déficit de la proteína funcional SMN, que conduce a la degeneración y muerte de las neuronas espinales. En la fisiopatología de la SMA concurren tres mecanismos esenciales a nivel de las motoneuronas espinales: la disfunción del splicing de los pre-mRNAs, las alteraciones del transporte axonal y la disfunción de la sinapsis neuromuscular. Todas ellos contribuyen a la neurodegeneración y, consecuentemente, a la atrofia y parálisis muscular. Nuestra investigación se centra en profundizar en los mecanismos nucleares afectados por la enfermedad, que dan lugar a una alteración del metabolismo nuclear de los RNAs en las motoneuronas (Fig. 2). En la SMA se ha reportado un déficit en el ensamblaje de snRNPs destinadas al espliceosoma, la maquinaria molecular que gobierna el splicing de los pre-mRNAs. El cuerpo nuclear de Cajal (CB) es una central nuclear que gobierna el ensamblaje y el tráfico nuclear de snRNPs y snoRNPs al espliceosoma y nucléolo, respectivamente.

En este contexto, consideramos que la pérdida de CBs y de sus interacciones con el nucléolo, requeridas para el transporte de snoRNPs implicados en el procesamiento nucleolar de rRNAs, son responsables de la severa perturbarción del splicing y de la biogénesis de ribosomas en las motoneuronas de la SMA. Para investigar estos mecanismos nucleares utilizamos el ratón transgénico SMNd7 como modelo de SMA tipo I, la más severa que produce la degeneración de la motoneuronas y muerte de los animales entre los días postnatales 13 y 16.

 Se ha ampliado el estudio a las fibras musculares esqueléticas como  potenciales dianas de la afectación primaria de la SMA.

Línea 3. Respuesta neuronal al daño en el DNA: importancia en la neurodegeneración. Hay una evidencia creciente en la literatura de que defectos en la reparación del DNA y la consiguiente acumulación de lesiones en el DNA, juegan un papel importante en la fisiopatología molecular de múltiples procesos neurodegenerativos. Nuestro objetivo es analizar el procesamiento nuclear del daño en el DNA en neuronas normales, ganglionares y de la corteza cerebral, irradiadas con rayos X (4 Gy) para inducir roturas de la doble cadena del DNA. En este modelo hemos observado que la mayor parte de las roturas del DNA neuronal se reparan en las primeras 24h, pero existen “focos persistentes” de DNA no reparado que permanecen durante meses en un compartimento nuclear específico. Hemos caracterizado la organización estructural, molecular y espacial de este compartimento nuclear, así como su represión transcripcional (Fig. 3). Además estamos caracterizando con técnicas de ChIP-seq las secuencias de DNA enriquecidas en los “focos persistentes” de neuronas corticales. Hemos identificado 17 secuencias asociadas a genes esenciales para la homeostasis neuronal cuya disfunción está relacionada con cuadros de la neuropatología humana. Esta línea abre un nuevo horizonte que debe permitir identificar genes neuronales muy vulnerables al daño en el DNA o difícilmente reparables cuya acumulación de lesiones puede estar implicada en cuadros neurodegenerativos.

Además se está abordando en un modelo murino de Sindrome de Down la incidencia del daño en el DNA asociada a la alteración genética en este síndrome.

Figura 1. Organización de los cuerpos nucleares de Cajal (CB, “Cajal Bodies”) en neuronas ganglionares inmunomarcadas para la coilina (verde), un marcador específico de los CBs, y contrastadas con ioduro de propidio (rojo) para visualizar la distribución de RNA en el nucleolo y citoplasma.

Figura 2. Motoneurona espinal de un modelo murino de atrofia muscular espinal (SMA) que muestra la alteración en el procesamiento nuclear de RNAs con retención nuclear de mRNAs poliadenilados que concentran la proteína de unión al RNA Sam62

 

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