06/J217

 

Formación de complejos de señalización y la palmitoilación de proteínas en el desarrollo, injuria y regeneración del sistema nervioso

Formation of signalling complexes and protein palmitoylation during neural development, injury and regeneration

 

Director: PATTERSON, Sean Ingram

E-mail: seanpat@fcm.uncu.edu.ar

 

Integrantes: GONZALEZ POLO, Virginia; ROZEN, Esteban

 

Resumen Técnico

La ruta bioquímica de la palmitoilación en residuos cisteína (S- palmitoilación) tiene lugar en todas las células de mamíferos, y es regulada por una variedad de señales que alteran el crecimiento celular, metabolismo o maquinaria de reparación. Esta unión y remoción dinámica de ácidos grasos de cadena larga a proteínas celulares juega un rol crucial en el control del crecimiento de los nervios durante el desarrollo del sistema nervioso y después de una lesión. La investigación del rol fisiológico de está vía tan importante se encuentra aún en su "infancia".

Aunque su papel molecular es poco entendido, hay evidencia de que la palmitoilación de algunas proteínas es importante para su transferencia del compartimento citoplásmico hasta dominios membranales conocidos como caveolas o “rafts”. Éstas estructuras son importantes en la transducción de señales del ambiente hasta vías específicas intracelulares, por su habilidad de concentrar proteínas involucradas en dicho proceso a ambos lados de la membrana. En los ultimos años, he mostrado que durante el desarrollo de la corteza cerebral, existe una época en la cual palmitoil-proteínas que no son mas necesarias para la función de las neuronas quedan en los terminales axónicos, pero su palmitoilación disminuye. La palmitoilación de proteínas, y sus subsecuente concentración en rafts, se puede usar como un marcador de la activación de vías de transducción específicas en células intactas. De esta manera, se puede identificar los actores importantes durante diferentes fases del desarrollo cerebral, y durante la regeneración neuronal después de axotomía o exposición crónica a alcohol

La caracterización bioquímica de los componentes celulares de ésta ruta podrían conducir al descubrimiento de nuevos blancos para medicamentos y herramientas de investigación, de la misma manera que ha sucedido en el caso de proteínas quinasas y fosfatasas. Un objetivo de este proyecto consiste en la iniciación del análisis bioquímico del ciclo celular de la palmitoilación de proteínas en el Departamento de Morfofisiología usando tanto técnicas tradicionales como otras nuevas que yo mismo he desarrollado durante los últimos años de trabajo en éste area. Por medio de éstas técnicas se analizarán el patrón y palmitoilación de proteínas que se encuentra en los rafts de neuronas en situaciones normales y patológicas. La cuantificación comparativa del nivel de expresión de proteínas, su palmitoilación y transferencia a las caveolaes se usará para explorar el rol de la palmitoilación en la transducción de señales.

 

Summary

Protein modification by the palmitoylation of cysteine residues (S-palmitoylation) occurs in all mammalian cells and is regulated by a variety of signals that alter cell growth, metabolism or regeneration. This coupling and dynamic cycling of long-chain fatty acids to cellular proteins plays a critical role in the control of nerve growth during the development of the nervous system and after injury. Research into the physiological role of this important pathway is, nonetheless, still in it’s infancy.

Although it’s molecular role is little understood, there is evidence that the palmitoylation of certain proteins is important for their shift from the cytoplasm to membrane domains known as “rafts”. These structures are important in signal transduction from the cellular environment through specific intracellular signalling pathways due to their ability to concentrate relevant proteins into defined areas on both sides of the plasma membrane. In previous years, I have shown that, in cerebral cortex nerve terminals, there is a period druring which palmitoylproteins that are no longer necessary for the function of the terminals maintain there levels of expression but are palmitoylated at much lower levels. S-palmitoylation of proteins, and their subsequent concentration in rafts, may thus be a marker of the activation of specific signal transduction pathways in intact cells. Should this prove to be the case, identification of palmitoylaproteins in rafts may serve to identify critical elements of neuronal differentiation in brain development, and during neuronal responses to different forms of injury.

The biochemical characterization of the cellular components of this pathway could lead to the identification of new pharmacological targets and tools, in the same way that has ocurred for protein kinases and phosphatases. One goal of this project consists of establishing the biochemical analysis of the cellular cycle of palmitoylproteins in the Department of Morpho-Physiology using both established techniques and procedures that I have developed in recent years in this field. Using these techniques, we will analyze the protein components of neuronal rafts under differing conditions, both normal and pathological. Quantitation and comparison of levels of protein expression, palmitoylation and localization in rafts will likely prove a powerful tool in the analysis of signal transduction pathways.