Glicobiología Celular y genética Aplicada de Levaduras

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Resumen

En el laboratorio utilizamos levaduras como modelo experimental para estudiar enfermedades congénitas de glicosilación humanas (CDG) y procesos relacionados con la glicosilación de proteínas y el control de calidad del plegamiento de glicoproteínas en la vía secretoria de las células.

Por otro lado realizamos ingeniería de levaduras para ser usadas como plataformas para procesos biotecnológicos en industria farmacológica, alimentaria y energética acoplada a la biorremediación.

Líneas de investigación

Se conocen actualmente más de 60 enfermedades hereditarias humanas CDG debidas a defectos en la N-glicosilación de proteínas, una de las modificaciones post-traduccionales más frecuentes del retículo endoplásmico (RE). Los pacientes presentan fallas multisistémicas que aparecen a diversas edades que incluyen bajo tono muscular, retardo motor y cognitivo e incluso muerte pocos días luego del nacimiento. Dentro de las enfermedades CDG, las de CDG Tipo I son causadas por defectos durante la reacción de N-glicosilación en el retículo endoplásmico provocando hipoglicosilación de proteínas (no se ocupan todos los sitios de N-glicosilación que normalmente se ocupan en las proteínas), mientras que en las CDG Tipo II el defecto está localizado en el procesamiento posterior de los glicanos ya unidos a las proteínas.

Las CDG Tipo I ocurren por defectos en la biosíntesis del glicano que se transfiere a las proteínas, que no es reconocido adecuadamente por la oligosacariltransferasa (OST, la enzima que cataliza su transferencia). Una baja eficiencia de N-glicosilación resulta en fallas en el plegamiento de las glicoproteínas y en el control de calidad del plegamiento de proteínas en el RE, dando lugar a la multitud de síntomas de las CDG. Sin embargo, no ha sido realizado hasta el momento un estudio detallado del efecto causado por la ausencia de cada residuo en el glicano en la eficiencia de su transferencia a las proteínas por la OST in vivo.

En el laboratorio reproducimos en la levadura Schizosaccharomyces pombe las modificaciones genéticas que se observan en CDG Tipo I (ausencia de uno o más genes alg involucrados en la biosíntesis de Dol-PP-glicanos), lo que nos permite cuantificar con precisión la hipoglicosilación que dichas modificaciones producen en glicoproteínas in vivo y obtener una “prueba de principio” para el tratamiento de dichas enfermedades por terapia génica.

Las CDG de Tipo II ocurren por defectos en la remodelación del glicano ya transferido a las proteínas. La Glucosidasa I (GI) es una proteína de membrana responsable del primer paso del procesamiento de los N-glicanos y permite la entrada de las proteínas al Control de Calidad del Plegamiento en el RE. Pacientes con mutaciones en la GI presentan CDG Tipo IIb. Sin embargo, no se conocen las causas de las patologías observadas ya que las mismas se podrían deber a una ausencia o disminución de la función catalítica o a un posible rol estructural de dicha enzima en la formación de un complejo de membrana.

En el laboratorio reprodujimos en la levadura S. pombe las modificaciones genéticas que se observan en las CDG Tipo IIb debidas a defectos en la Glucosidasa I y analizamos las bases moleculares de dicha enfermedad.

Glicobiología Celular y genética Aplicada de Levaduras
Glicobiología Celular y genética Aplicada de Levaduras

La industria alimenticia resulta en la generación de grandes cantidades de desechos, cuyo descarte produce la emisión de gases que producen efecto invernadero y la contaminación napas de agua.

Dado que los desechos del procesamiento de alimentos (FPW, por food processing wastes) están compuestos principalmente de polímeros de carbohidratos, éstos pueden ser usados como fuente de nutrientes para microorganismos que producen biocombustibles, haciendo que los procesos de biorremedación sean incluso rentables.

El suero rico en lactosa que se genera como subproducto de la industria láctea representa un problema ambiental importante debido a los grandes volúmenes procesados y a su alto contenido en materia orgánica. Se han utilizado varias estrategias utilizando levaduras fermentadoras de lactosa salvajes como Kluyveromyces sp y cepas Saccharomyces cerevisiae recombinantes expresando β-lactasa para hidrolizar lactosa a glucosa y galactosa, monosacáridos que son luego fermentados y destilados para producir etanol de grado combustible.

Sin embargo, la fermentación debe iniciarse con suero muy concentrado para obtener etanol al final del proceso, y la alta presión osmótica inicial sumada al aumento creciente de la concentración de etanol en el medio de fermentación resulta dañina tanto para el crecimiento celular como para la eficiencia del proceso fermentativo en sí mismo.

Proponemos obtener una levadura segura y de interés biotecnológico para la biorremediación de deshechos de la industria láctea con perspectivas de producción de biocombustibles cuya producción no compita con la producción de alimentos.

Galería

Integrantes:

Enrique Corapi

ecorapi@gmail.com
Post-doc
Research GateInstagramCiencia Creativa

Tommy Idrovo Hidalgo

tommyidrovo@gmail.com
Becario Doctoral
Peril PúblicoTwitter

Samantha D′Amico

samidamico96@gmail.com
Estudiante de Licenciatura en Ciencias Biológicas /Becaria ALAPA del iB3 (Dir. Noguera/D’Alessio)
Perfil Público

Lic. Tomas Zubak

tomaszubak@hotmail.com
Lic. en Biotecnología | Tesinista de Ingeniería Industrial
Perfil Público

Fiorella Iannello Vitale

fioreiannello@hotmail.com
Pasante/Tesinista Ingenieria Industrial
Perfil Público

Leandro Miquet

bedel@fbmc.fcen.uba.ar
Pasante

Publicaciones Representativas:

  • UDP-GlC: glycoprotein glucosyltransferase-glucosidase II, the ying-yang of the ER quality control
    C D’Alessio, JJ Caramelo, AJ Parodi
    Seminars in cell & developmental biology 21 (5), 491-499
  • Genetic Evidence for the Heterodimeric Structure of Glucosidase II THE EFFECT OF DISRUPTING THE SUBUNIT-ENCODING GENES ON GLYCOPROTEIN FOLDING
    C D’Alessio, F Fernández, ES Trombetta, AJ Parodi
    Journal of Biological Chemistry 274 (36), 25899-25905
  • The UDP-Glc: glycoprotein glucosyltransferase is essential for Schizosaccharomyces pombe viability under conditions of extreme endoplasmic reticulum stress
    S Fanchiotti, F Fernández, C D’Alessio, AJ Parodi
    The Journal of cell biology 143 (3), 625-635
  • A misfolded protein conformation is not a sufficient condition for in vivo glucosylation by the UDP‐Glc: glycoprotein glucosyltransferase
    F Fernández, C D’Alessio, S Fanchiotti, AJ Parodi
    The EMBO Journal 17 (20), 5877-5886
  • Glucosidase II β Subunit Modulates N-Glycan Trimming in Fission Yeasts and Mammals
    ID Stigliano, JJ Caramelo, CA Labriola, AJ Parodi, C D’Alessio
    Molecular biology of the cell 20 (17), 3974-3984
  • Glucosidase II and N-glycan mannose content regulate the half-lives of monoglucosylated species in vivo
    ID Stigliano, SG Alculumbre, CA Labriola, AJ Parodi, C D’Alessio
    Molecular biology of the cell 22 (11), 1810-1823
  • N-glycan trimming by glucosidase II is essential for Arabidopsis development
    P Soussillane, C D’Alessio, T Paccalet, AC Fitchette, AJ Parodi, …
    Glycoconjugate journal 26 (5), 597-607
  • The UDP-glucose: glycoprotein glucosyltransferase (UGGT), a key enzyme in ER quality control, plays a significant role in plant growth as well as biotic and abiotic stress in …
    F Blanco-Herrera, AA Moreno, R Tapia, F Reyes, M Araya, C D’Alessio, …
    BMC plant biology 15 (1), 127
  • Nucleoside diphosphatase and glycosyltransferase activities can localize to different subcellular compartments in Schizosaccharomyces pombe
    C D’Alessio, ES Trombetta, AJ Parodi
    Journal of Biological Chemistry 278 (25), 22379-22387
  • Structure of the lectin mannose 6-phosphate receptor homology (MRH) domain of glucosidase II, an enzyme that regulates glycoprotein folding quality control in the endoplasmic …
    LJ Olson, R Orsi, SG Alculumbre, FC Peterson, ID Stigliano, AJ Parodi, …
    Journal of Biological Chemistry 288 (23), 16460-16475
  • Glucosidase II and MRH-domain containing proteins in the secretory pathway
    C D’Alessio, N M Dahms
    Current Protein and Peptide Science 16 (1), 31-48
  • Protein fibrillation lag times during kinetic inhibition
    RS Pagano, ML Medus, GE Gómez, PM Couto, MS Labanda, L Landolfo, …
    Biophysical journal 107 (3), 711-720
  • Absence of nucleoside diphosphatase activities in the yeast secretory pathway does not abolish nucleotide sugar-dependent protein glycosylation
    C D’Alessio, JJ Caramelo, AJ Parodi
    Journal of Biological Chemistry 280 (49), 40417-40427
  • Crystal structure and functional analyses of the lectin domain of glucosidase II: Insights into oligomannose recognition
    LJ Olson, R Orsi, FC Peterson, AJ Parodi, JJP Kim, C D’Alessio, …
    Biochemistry 54 (26), 4097-4111
  • Zonda is a novel early component of the autophagy pathway in Drosophila
    M Melani, A Valko, NM Romero, MO Aguilera, JM Acevedo, Z Bhujabal, …
    Molecular biology of the cell 28 (22), 3070-3081
  • UDP-glucose: Glycoprotein glucosyltransferase 1, 2 (UGGT1, 2)
    AJ Parodi, JJ Caramelo, C D’Alessio
    Handbook of Glycosyltransferases and Related Genes, 15-30
  • Identification of a Wee1–Like Kinase Gene Essential for Procyclic Trypanosoma brucei Survival
    NY Boynak, F Rojas, C D’Alessio, SCV Larrea, V Rodriguez, …
    PloS one 8 (11), e79364
  • Abrogation of glucosidase I–mediated glycoprotein deglucosylation results in a sick phenotype in fission yeasts: Model for the human MOGS-CDG disorder
    GL Gallo, A Valko, SI Aramburu, E Etchegaray, C Völker, AJ Parodi, …
    Journal of Biological Chemistry 293 (52), 19957-19973
  • The conundrum of UDP-Glc entrance into the yeast ER lumen
    LM Bredeston, C Marino-Buslje, VS Mattera, LI Buzzi, AJ Parodi, …
    Glycobiology 27 (1), 64-79
  • Micellar lipoproteins as the possible storage and translocation form of intracellular diacylglycerol
    J Florin-Christensen, C D’Alessio, C Arighi, J Caramelo, …
    Biochemical and biophysical research communications 243 (3), 669-673 3 1998
  • Structure of the lectin MRH domain of Glucosidase II, an enzyme that regulates glycoprotein folding quality control in the endoplasmic reticulum
    LJ Olson, R Orsi, SG Alculumbre, FC Peterson, ID Stigliano, A Parodi, …
    Journal of Biological Chemistry, jbc. M113. 450239
  • UDP-Glucose: Glycoprotein Glucosyltransferase in ER Glycoprotein Quality Control
    C D’Alessio, AJ Parodi
    Glycoscience: Biology and Medicine, 913-919
  • Role of UDP-Glucose/Glycoprotein Glucosyltransferase in ER Glycoprotein Quality Control
    C D’Alessio, AJ Parodi
    Glycoscience: Biology and Medicine, 1-7
  • Crystal Structure of Glucosidase II’s Mannose 6-Phosphate Receptor Homology (MRH) Lectin Domain
    NM Dahms, FC Peterson, C D’Alessio, JJP Kim, LJ Olson
    GLYCOBIOLOGY 23 (11), 1369-1369
  • Structural and functional characterization of Glucosidase II N-glycan binding domain
    NM Dahms, LJ Olson, SG Alculumbre, ID Stigliano, FC Peterson, …
    The FASEB Journal 26 (1_supplement), 796.1-796.1
  • Glucosidase Ii Beta Subunit Modulates N-Glycan Trimming in Fission Yeasts and Mammals
    I Daniel Stigliano, J Javier Caramelo, C Alberto Labriola, A Jose Parodi, …
    GLYCOBIOLOGY 19 (11), 1371-1371
  • GLYCOBIOLOGY AND EXTRACELLULAR MATRICES-Nucleoside Diphosphatase and Glycosyltransferase Activities Can Localize to Different Subcellular Compartments in Schizosaccharomyces pombe.
    C D’Alessio, ES Trombetta, AJ Parodi
    Journal of Biological Chemistry 278 (25), 22379-22387
  • Rol de los oligosacáridos monoglucosilados en el plegamiento de glicoproteínas en Schizosacchatomyces pombe
    C D’Alessio
    Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires
  • CELL BIOLOGY AND METABOLISM-Genetic evidence for the heterodimeric structure of glucosidase II. The effect of disrupting the subunit-encoding genes on glycoprotein folding
    C D’Alessio, F Fernandez, ES Trombetta, AJ Parodi
    Journal of Biological Chemistry 274 (36), 25899-25905

Las publicaciones con sus links se encuentran en:
https://scholar.google.com.ar/citations?user=E-p3olYAAAAJ&hl=es