Ingeniero en Biotecnología Molecular / TRPM4 es un canal catiónico no selectivo activado por Ca2+ intracelular, permeable a iones monovalentes tales como Na+ y K+. Se encuentra principalmente en los complejos de adhesiones focales (FAs) regulando la entrada de Ca2+, la dinámica de FA y migración celular. TRPM4 participa en diversos procesos fisiológicos tales como la activación de células T, vasoconstricción miogénica, muerte celular y proliferación, secreción de insulina, regulación de las dinámicas de adhesiones focales y migración celular. El nivel de expresión de TRPM4 se encuentra incrementado en eventos fisiopatológicos tales como daño espinal, episodios isquémicos y enfermedades neurodegenerativas. Además, datos no publicados de nuestro laboratorio sugieren que el silenciamiento del canal TRPM4 disminuye la invasión celular en células de melanoma in vitro y también favorece el proceso de metástasis in vivo. Por tanto, el estudio de los mecanismos de regulación de la expresión, tráfico y actividad de TRPM4 tienen una alta relevancia biomédica. En nuestro laboratorio, hemos demostrado que este canal interactúa con las proteínas End-Binding (EBs) a través de un motivo consenso “S/TxIP” localizado en el extremo amino terminal, regulando la exportación y el tráfico de los canales desde el retículo endoplásmico al Aparato de Golgi y a la membrana plasmática. Por otra parte, hemos generado péptidos que afectan competitivamente la interacción del canal TRPM4 con las proteínas EBs (EGFP-N-TRPM4WT), disminuyendo la disponibilidad del canal en la membrana plasmática. Se determinó que la competencia de la interacción TRPM4-EBs, disminuye significativamente el desensamblaje de las adhesiones focales, y en consecuencia a la invasión celular. xii Estos datos sugieren que la competencia de la interacción entre TRPM4 y EB puede constituir potenciales herramientas farmacológicas para ser usados como agente anti-metastásico, para su posterior uso en pacientes que padezcan de cáncer. / TRPM4 is a non-selective cationic channel, activated by intracellular Ca2+, permeable to monovalent ions such as Na+ and K+, which is mainly found in focal adhesions (FAs). On these complexes, TRPM4 regulates Ca2+ entry, FAs dynamics and cell migration. In addition, TRPM4 participates in several physiological processes such as T cell activation, myogenic vasoconstriction, cell death and proliferation, insulin secretion, regulation of FA dynamics and cell migration. On the other hand, it has been shown that their level of expression is increased in several pathophysiological events such as spinal damage, ischemic episodes and neurodegenerative diseases. Moreover, unpublished data from our laboratory suggest that TRPM4 silencing decreases the cellular invasion in melanoma cells and supresses the process of metastasis in vivo. Therefore, the study of the mechanisms of regulation of the expression, trafficking and activity of TRPM4 has high biomedical relevance. In our laboratory, we have demonstrated that TRPM4 channels interact with End-Binding proteins (EBs) through a “S/TxIP” consensus motif located at the amino terminus, regulating the exporting and trafficking of the channels from the endoplasmic reticulum to the Golgi apparatus and the plasma membrane. Since TRPM4 channel would be regulated by the “SWIP” motif, we have generated peptides that competitively affect the interaction of the TRPM4 channel with the EBs proteins, decreasing the availability of the channel in the plasma membrane. The functional effect of this competition on cell invasion was determined by transwell chamber assays, and the effect of competition on the distribution of focal adhesion was determinated by immunofluorescence and confocal microscopy. xiv Finally, we determined that a cell penetrating peptide (TAT-N-TRPM4WT) reduces the invasion of A549 cells and also affect the number and the size of FA in both A549 and B16-F10 cell lines. These data suggest that the competition of the interaction between TRPM4 and EB proteins may constitute a potential pharmacological target to be used as an anti-metastatic agent. / diciembre 2018

Seminario de Título entregado a la Universidad de Chile en cumplimiento parcial de los requisitos para optar al Título de Ingeniero en Biotecnología Molecular. / TRPM4 es un canal catiónico no selectivo activado por Ca2+ intracelular, permeable a iones monovalentes tales como Na+ y K+. Se encuentra principalmente en los complejos de adhesiones focales (FAs) regulando la entrada de Ca2+, la dinámica de FA y migración celular. TRPM4 participa en diversos procesos fisiológicos tales como la activación de células T, vasoconstricción miogénica, muerte celular y proliferación, secreción de insulina, regulación de las dinámicas de adhesiones focales y migración celular. El nivel de expresión de TRPM4 se encuentra incrementado en eventos fisiopatológicos tales como daño espinal, episodios isquémicos y enfermedades neurodegenerativas. Además, datos no publicados de nuestro laboratorio sugieren que el silenciamiento del canal TRPM4 disminuye la invasión celular en células de melanoma in vitro y también favorece el proceso de metástasis in vivo. Por tanto, el estudio de los mecanismos de regulación de la expresión, tráfico y actividad de TRPM4 tienen una alta relevancia biomédica. En nuestro laboratorio, hemos demostrado que este canal interactúa con las proteínas End-Binding (EBs) a través de un motivo consenso “S/TxIP” localizado en el extremo amino terminal, regulando la exportación y el tráfico de los canales desde el retículo endoplásmico al Aparato de Golgi y a la membrana plasmática. Por otra parte, hemos generado péptidos que afectan competitivamente la interacción del canal TRPM4 con las proteínas EBs (EGFP-N-TRPM4WT), disminuyendo la disponibilidad del canal en la membrana plasmática. Se determinó que la competencia de la interacción TRPM4-EBs, disminuye significativamente el desensamblaje de las adhesiones focales, y en consecuencia a la invasión celular. Estos datos sugieren que la competencia de la interacción entre TRPM4 y EB puede constituir potenciales herramientas farmacológicas para ser usados como agente anti-metastásico, para su posterior uso en pacientes que padezcan de cáncer / TRPM4 is a non-selective cationic channel, activated by intracellular Ca2+, permeable to monovalent ions such as Na+ and K+, which is mainly found in focal adhesions (FAs). On these complexes, TRPM4 regulates Ca2+ entry, FAs dynamics and cell migration. In addition, TRPM4 participates in several physiological processes such as T cell activation, myogenic vasoconstriction, cell death and proliferation, insulin secretion, regulation of FA dynamics and cell migration. On the other hand, it has been shown that their level of expression is increased in several pathophysiological events such as spinal damage, ischemic episodes and neurodegenerative diseases. Moreover, unpublished data from our laboratory suggest that TRPM4 silencing decreases the cellular invasion in melanoma cells and supresses the process of metastasis in vivo. Therefore, the study of the mechanisms of regulation of the expression, trafficking and activity of TRPM4 has high biomedical relevance. In our laboratory, we have demonstrated that TRPM4 channels interact with End-Binding proteins (EBs) through a “S/TxIP” consensus motif located at the amino terminus, regulating the exporting and trafficking of the channels from the endoplasmic reticulum to the Golgi apparatus and the plasma membrane. Since TRPM4 channel would be regulated by the “SWIP” motif, we have generated peptides that competitively affect the interaction of the TRPM4 channel with the EBs proteins, decreasing the availability of the channel in the plasma membrane. The functional effect of this competition on cell invasion was determined by transwell chamber assays, and the effect of competition on the distribution of focal adhesion was determinated by immunofluorescence and confocal microscopy. Finally, we determined that a cell penetrating peptide (TAT-N-TRPM4WT) reduces the invasion of A549 cells and also affect the number and the size of FA in both A549 and B16-F10 cell lines. These data suggest that the competition of the interaction between TRPM4 and EB proteins may constitute a potential pharmacological target to be used as an anti-metastatic agent.

Magíster en Ciencias de la Ingeniería, Mención Química. Ingeniera Civil en Biotecnología / El estudios de Streptomyces, bacterias Gram positivas del filo Actinobacteria y cosmopolitas (encontradas en diferentes tipos de ambientes), ha llevado al descubrimiento de un gran número de metabolitos secundarios con potencial terapéutico. Uno de los nuevos tipos de moléculas producidas por estas bacterias son los lazo péptidos. Estos se caracterizan por formar un lazo dentro de su estructura y por presentar actividad antimicrobiana, citotóxica contra diferentes líneas celulares de cáncer y actividad inhibitoria de la replicación de ciertos virus, entre otras. Nuevos estudios han hallado cepas de Streptomyces en ambientes extremos. Una de ellas es la cepa Streptomyces sp. HST28 aislada desde el Salar de Huasco en el norte chileno. Análisis de actividad realizados a este organismo arrojaron potencial antibiótico, antifúngico y citotóxico, además su genoma fue secuenciado dando paso a la realización de minería de genomas sobre su secuencia. El presente trabajo se enfocó en la identificación de los lazo péptidos presentes en Streptomyces sp. HST28 y su caracterización. Para esto se utilizó la estrategia de minería de genomas ubicando los clústers de genes de estos péptidos, luego estos clústers fueron reconstruidos de manera bioinformática. Como segunda etapa se realizó la expresión heteróloga de cada lazo péptido empleando como huésped Streptomyces coelicolor M1152 y M1154. Una vez clonados se detectó el péptido a través de espectrometría de masa y se evaluó su la actividad. Paralelamente al estudio de laboratorio se realizó una investigación in silico de cada lazo péptido creando modelos por homología de secuencia y estructurales, usando como plantilla o molde lazo péptidos ya descritos y caracterizados estructuralmente, buscando similitudes en campos electrostáticos, distribuciones de hidrofobicidad y espaciales. Se encontraron cuatro clústers de genes de lazo péptidos en el genoma de Streptomyces sp. HST28, nombrados como LP1, LP2, LP3 y LP4. Tres de estos lazo péptidos fueron clasificados como clase II y uno de clase I (LP1). La organización de sus clústers es acorde a lo encontrado en bibliografía a excepción del de LP3. Las secuencias codificantes para los cuatro péptidos se clonaron en el vector pIJ10257, que posee el promotor constitutivo ermE*. Solo LP1 y LP3 fueron clonados exitosamente en S. colelicolor M1152, el producto predicho para LP1 no fue encontrado en los clones analizados por espectrometría de masa. En la investigación in silico se logró modelar los cuatro lazo péptidos y se realizó una comparación preliminar con otras estructuras, deduciendo que es posible implementar esta metodología para tener una aproximación del comportamiento de estas moléculas.

Tesis presentada a la Universidad de Chile para optar al grado de Magíster en Bioquímica área de especialización Bioquímica Ambiental y Memoria para optar al Título de Bioquímico / Las abejas llevan a cabo el mayor porcentaje de polinizaciones, tanto de plantas silvestres como domésticas, lo que les otorga una función invaluable para el medio ambiente y los productores que se benefician de ellas. En los últimos años se ha visto disminuido notoriamente su número, representado por la cantidad de colonias perdidas después de la temporada de invierno. Las colonias están sufriendo un síndrome denominado Desorden de Colapso de Colmena (DCC) que consiste en el abandono repentino de la colmena por la mayoría de las abejas obreras. Hasta ahora no se ha podido describir ningún agente que por sí solo desencadene el síndrome, sin embargo, se ha atribuido relevancia a distintos factores que podrían tener influencia en este fenómeno. Algunos de estos factores son patógenos, parásitos y pesticidas. Nosema ceranae es un microsporidio que inicialmente se encontraba en la abeja melífera asiática (Apis cerana) y que en los últimos años ha infectado a la abeja melífera occidental (Apis mellifera). Estudios han relacionado la presencia de N. ceranae con colmenas afectadas por DCC, postulándolo como un factor importante en el desarrollo del síndrome. Individualmente, N. ceranae induce estrés metabólico e inmunosupresión en abejas melíferas, lo que finalmente podría afectar a la colmena comprometiendo así su inmunidad social. La inmunidad social corresponde al conjunto de respuestas que los organismos sociales presentan frente a un patógeno o amenaza, que comprende principalmente cambios en el comportamiento y secreciones en el alimento que producen (jalea real y miel). La miel, además de ser el alimento para las abejas de la colmena, posee actividad antimicrobiana debido a la presencia de peróxido de hidrógeno, generado por la enzima glucosa oxidasa (GOX), metilglioxal (en el caso de la miel de Manuka) y defensina-1, lo que contribuye a la inmunidad social de la colmena. Defensina-1 es un péptido con actividad antimicrobiana producido por distintos tejidos en la abeja melífera, incluyendo las glándulas hipofaríngeas y mandibulares, desde donde se secreta hacia la miel y la jalea real. En este estudio se propone que N. ceranae produce una inmunosupresión en abejas melíferas, lo que se traduciría en una menor generación de peróxido de hidrógeno y presencia de defensina-1 en la miel, indicando un compromiso de su inmunidad social. Dado lo anterior, la hipótesis propuesta es “La miel producida por abejas de la especie Apis mellifera infectadas con el microsporidio Nosema ceranae contiene menor cantidad del péptido antimicrobiano defensina-1 y una actividad de glucosa oxidasa disminuida en relación a la producida por abejas no infectadas.” Los objetivos generales de la tesis fueron: A) Relacionar la presencia del péptido antimicrobiano defensina-1 y la actividad de glucosa oxidasa en miel con la infección por Nosema ceranae en abejas y; B) Contar con métodos de análisis simples para establecer la presencia de defensina-1 en miel basados en espectroscopía molecular. Para ello se obtuvo la fracción comprendida entre 3 y 10 kDa de muestras de miel obtenidas desde el valle central de la región de O’Higgins. Esta fracción se caracterizó mediante fluorescencia y resolución multivariada de curva (MCR), lo que permitió evidenciar la presencia de la defensina por detección del triptófano presente en el péptido. Además, en esta fracción se determinó la presencia de enlaces disúlfuro, asociados a la estructura de la defensina, cuya concentración estuvo correlacionada con la concentración relativa de triptófano en la misma. En la miel no fraccionada se determinaron la actividad de GOX y la actividad antibacteriana, las que estuvieron relacionadas con el contenido relativo de defensina-1. Por otra parte, se expresó y purificó defensina-1 recombinante desde E. coli la que fue sometida a la misma caracterización y/o análisis de la miel fraccionada, permitiendo así tener un patrón de comparación. Paralelamente se determinó la presencia de N. ceranae en las abejas de las colmenas muestreadas mediante recuento de esporas en el microscopio y amplificación de su material genético a través de PCR en tiempo real. Al evaluar el conjunto de resultados se observó que la miel producida por abejas infectadas o que habían sufrido una reciente infección con Nosema spp contenía mayor cantidad de defensina-1 y mayor acumulación de peróxido de hidrógeno en relación a la producida por abejas no infectadas, lo que demuestra que la infección habría inducido una mayor producción del péptido y GOX siendo reflejado en la miel. Esto último se contrapone a la hipótesis planteada inicialmente. Sin embargo, las mieles que presentaron esta relación tienen además un origen geográfico y floral común; lo que igualmente podría ser la causa de la relación observada o que la defensina-1 y GOX se expresen constitutivamente en mayor cantidad en estas colonias, presentando así una ventaja genética sobre otras ante posibles infecciones / Honey bees are responsible of the highest percentage of pollination, including wild and domesticated plants, which gives them a priceless function for environment and producers who benefit from them. In recent years their number has been reduced, represented in the loss of colonies after winter season. Colonies are suffering a syndrome called Colony Collapse Disorder (CCD) which consists in the sudden abandonment of the colony by most of the worker bees. Until now there is no agent described that can trigger the syndrome by itself, however, several factors have been attributed to influence in this phenomenon. Some of these factors are pathogens, parasites and pesticides. Nosema ceranae is a microsporidian which was founded at first in the Asiatic honeybee (Apis cerana) and in the last years has infected the European honeybee (Apis mellifera). Studies have related de N. ceranae presence in bee hive affected by CCD, postulating it as an important factor in the development of this syndrome. Individually, N. ceranae induce metabolic stress and immunosuppression in honeybees, compromising the social immunity. Social immunity is the group of responses that social organisms have developed against a pathogen or threat, includes mainly behavior changes and secretions to the food produced (royal jelly and honey). The honey is the food for hive’s bee and has antimicrobial activity due to the presence of hydrogen peroxide, generated by glucose oxidase enzyme (GOX), methylglyoxal (in manuka honey) and defensin-1, which contributes to the social immunity of the hive. Defensin-1 is a peptide with antimicrobial activity produced by several cell types in the honey bee, including hypopharyngeal and mandibular glands, from where it is secreted towards honey and royal jelly. In this study, it is proposed that N. ceranae produces an immunosuppression in honey bees, which would result in a lower generation of hydrogen peroxide and the presence of defensin-1 in honey, indicating a compromise of their social immunity. Given the last, the proposed hypothesis is "The honey produced by bees (Apis mellifera) infected with Nosema ceranae contains less antimicrobial peptide defensin-1 and decreased glucose oxidase activity in relation to that produced by non-infected bees." The general objectives of the project are: A) To relate the presence of the antimicrobial peptide defensin-1 and the activity of glucose oxidase in honey with the infection by Nosema ceranae in bees and; B) Have simple analysis methods to establish the presence of defensin-1 in honey based on molecular spectroscopy. For this, the fraction comprised between 3 and 10 kDa of honey samples from the central valley of the O'Higgins region was obtained. This fraction was characterized by fluorescence and multivariate curve resolution (MCR), which allowed to demonstrate the presence of the defensin by detection of tryptophan present in the peptide. In addition, in this fraction the presence of disulfide bridges, associated with the structure of the defensin, whose concentration was correlated with the relative concentration of tryptophan in it, was determined. In the unfractionated honey, GOX activity and antibacterial activity were determined, which were related to the relative content of defensin-1. On the other hand, recombinant defensin-1 was expressed and purified from E. coli which was subjected to the same characterization and/or analysis of the fractionated honey, thus allowing to have a comparison pattern. In parallel, the presence of N. ceranae in the bees of the sampled hives was determined by counting the spores in the microscope and amplifying their genetic material through real-time PCR. When evaluating the set of results, it was observed that the honey produced by bees infected or that had suffered a recent infection with Nosema spp contained a greater amount of defensin-1 and a greater accumulation of hydrogen peroxide in relation to that produced by non-infected bees. Results show that the infection would have induced a higher production of the peptide and GOX being reflected in the honey. These results are the opposite of the proposed hypothesis. However, the honeys that presented this relationship also have a common geographical and floral origin; what could equally be the cause of the observed relationship or that defensin-1 and GOX are constitutively expressed in greater quantity in these colonies, thus presenting a genetic advantage over others in the face of possible infections / Fondecyt