Estudios estructura-función de proteínas de huevo de molusco invasores, plagas y vectores de parásitos


Grupo de trabajo

Heras, Horacio
Investigador responsable de línea
h-heras@med.unlp.edu.ar
Dreon, Marcos Sebastián
Investigador
msdreon@gmail.com
Ituarte, Santiago
Investigador
santiago.ituarte@gmail.com
Pasquevich, María Yanina
Investigadora
yanina.pasquevich@gmail.com
Brola, Tabata Romina
Becaria
tabatabrola@gmail.com
Cadierno, María Pilar
Becaria
mpilarcadierno@yahoo.com.ar
Giglio, Matiás Leonel
Becario
matiasg_sp@hotmail.com
   


Colaboradores de otras instituciones

Internacionales

Jian-Wen Qiu
Hong Kong Baptist University, Republica Popular de China.

Nacionales

Ceolín, Marcelo
INIFTA -Instituto de Investigaciones Fisicoquímicas Teóricas y Aplicadasa (CONICET - CCT- La Plata - UNLP). La Plata. Provincia de Buenos Aires. Argentina

Fernández, Patricia
Cátedra de Patología de la Facultad de Ciencias Veterinarias. UNLP. La Plata. Provincia de Buenos Aires. Argentina


Resumen de Línea

Objetivos

Nuestro grupo está abocado a catalogar, identificar y luego estudiar la estructura y funciones de proteínas desconocidas de los huevos de caracoles invasores, plaga del agro y vectores de parásitos. Esperamos comprender sus estrategias reproductivas desde el punto de vista bioquímico y al mismo tiempo, seleccionar algunas de estas nuevas proteínas con potencial como compuestos bioactivos para explorar su aplicación en biomedicina.

Importancia de estudiar las proteínas de un caracol

El conocimiento de la estructura y función proteica es de relevancia fundamental para la comprensión de todos los procesos biológicos. Los moluscos gasterópodos son una fuente de moléculas bioactivas muy empleadas en farmacología y medicina ya que presentan una excepcional diversidad de compuestos reflejo de su larga historia evolutiva. No obstante las proteínas de los huevos de moluscos están muy poco investigadas. Nuestro grupo las está estudiando tomando como modelo las de Pomacea canaliculata (Lamarck, 1822),también llamado ampularia, un caracol acuático, invasor a nivel mundial que se ha convertido en plaga para los cultivos de arrozales. Su expansión incontrolada trajo aparejado el avance de un parasito nematode que es vector, causante de meningoencefalitis eosinofílica humana en Asia y latinoamérica. Sus huevos, fuertemente coloreados por proteínas pigmentadas, casi no poseen depredadores.

Preguntas que se pretende responder
¿Qué tipos de proteínas tienen los huevos de este caracol?
¿Cuáles son las propiedades de estas proteínas y qué rol juegan en el mecanismo de defensa de embriones?
¿Tienen alguna aplicación como herramientas en biomedicina?

Metodología que se emplea

Nuestro grupo utiliza una aproximación multidisciplinaria con colaboraciones de otros grupos del país y el exterior para responder estas preguntas, empleando habitualmente una combinación de metodologías bioquímicas, de biología molecular, biofísicas, de biología celular, histopatológicas y bioensayos con animales de laboratorio. Algunas de las técnicas que utilizamos incluyen:

  • Determinación de las secuencias de aminoácidos.
  • Estudio de la actividad bioquímica de los inhibidores, lectinas y enzimas aislados de los huevos
  • Estudios de estructura/función de proteínas mediante dispersión de Rayos X a bajo ángulo y técnicas biofísicas
  • Estudios microbiológicos de inhibición de crecimiento bacteriano.
  • Estudios in vitro de toxicidad e interacción con  células tumorales en cultivo.
  • Estudios inmunológicos básicos
  • Bioensayos de toxicidad en  modelo murino.
  • Utilización de microscopía óptica y electrónica para estudios histopatológicos y de efecto sobre el sistema nervioso y digestivo de potenciales depredadores

Principales resultados

Estudiamos el proteoma del fluido de los huevos y hemos demostrado que P. canaliculataha ha adquirido un fascinante mecanismo de defensa antidepredador donde las perivitelinas juegan un rol central, dotando a los embriones de una de las mejores defensas en los animales a nivel bioquímico. Caracterizamos las perivitelinas mayoritarias (PcOvo y PcPV2) que participan de la defensa: 

La carotenoproteina PcOvo aporta compuestos fotoprotectores y antioxidantes que a la vez le dan un color intenso. Su llamativa coloración advertiría a potenciales depredadores sobre la presencia de las variadas toxinas proteicas del fluido perivitelino que rodea al embrión. PcOvo tiene también asociada una actividad como como inhibidor de las proteasas del tracto gastrointestinal del depredador, limitando la digestión de los nutrientes del huevo (defensa antidigestiva). Administrada por vía oral disminuye la tasa de crecimiento en ratas y dificulta la adquisición de nutrientes. 

PcPV2 es letal para roedores y es la primera toxina proteica descripta dentro de un huevo. Su estructura difiere de toda otra toxina animal, ya que combina una subunidad lectina, que reconoce secuencias específicas de azúcares de membrana, y una subunidad que forma poros en las membranas. Pese a no tener parangón en animales, es similar a algunas toxinas del tipo AB descriptas en semillas y a la toxina botulínicaSe desconoce si este novedoso sistema de defensa existe en huevos de otras especies. Seguimos estudiando sus propiedades y mecanismo de acción.
Por otro lado, estudiamos la proteína mayoritaria de los huevos de Pomacea scalarisdenominada escalarina (PsSC) que dota a los huevos de un llamativo color rosa-salmón, que podría funcionar como una señal de advertencia. Demostramos que es una potente lectina que presenta sin embargo muchas similitudes estructurales y funcionales con PcOvo, que no lo es. 
Estamos estudiando su función defensiva como lectina tóxica sobre el sistema digestivo y su potencial como biomarcador de células tumorales. Otras lectinas de gasterópodos tienen impacto en la práctica médica y se comercializan para mejorar la farmacocinética de drogas glicoproteicas o en la diagnosis de enfermedades como por ejemplo biomarcadores tumorales.
La estructura (y función) de estas 3 proteínas es muy resistente a las altas temperaturas, a un amplio rango de pH y a la digestión gastrointestinal, lo que les permite llegar a los intestinos biológicamente activos, resaltando aún más su aplicabilidad biotecnológica.

Implicancias ecológicas y evolutivas

La presión de selección ejercida por los depredadores y el ambiente hostil sobre los huevos habría llevado a la adquisición de nuevas propiedades para soportar el desarrollo aéreo en un animal acuático. Parecería que a nivel bioquímico, estas adaptaciones involucran a un nuevo tipo de perivitelinas que además de ser proteínas de reserva, son complejos multifuncionales dotados de defensas muy eficientes contra la depredación junto con propiedades protectoras del embrión frente a las condiciones ambientales hostiles.
La presencia de huevos defendidos con proteínas de estas características no ha sido encontrada en otros miembros del reino animal, pero es similar a las defensas de plantas contra la hebivoría.

Publicaciones - Artículos

  • The eggs of the apple snail Pomacea maculata are defended by indigestible polysaccharides and toxic proteins.
    Giglio, M. L; Ituarte, S; Pasquevich, M. Y; Heras, H.
    2016.
    Can. J. Zool. (2016
    )94, 11: 777-785
    http://dx.doi.org/10.1139/cjz-2016-0049
  • Tooth microstructure and feeding biology of the brittle star Ophioplocus januarii (Echinodermata: Ophiuroidea) from northern Patagonia, Argentina.
    Brogger, M. I; Martínez, M. I; Cadierno, M. P; Penchaszadeh, P. E.
    2015.
    Revista de Biología Tropical, vol. 63, n° 2, p. 353-360
    http://revistas.ucr.ac.cr/index.php/rbt/article/view/2316
  • Effects of sewage discharges on lipid and fatty acid composition of the freshwater Patagonian bivalve Diplodon chilensis.
    Rochetta, I; Pasquevich, M. Y; Heras, H; Rios De Molina, M. C; Luquet, C. M. 
    2014. Mar. Pollut. Bull. (2014) 79:211-219
    http://dx.doi.org/10.1016/j.marpolbul.2013.12.011


  • Insights into embryo defenses of the invasive apple snail Pomacea canaliculata: egg mass ingestion affects rat intestine morphology and growth.
    Dreon, M. S; Fernández, P. E; Gimeno, E; Heras, H. 
    2014. PLoS Neglect. Trop. Dis. (2014). 8, 6: e2961
    http://dx.doi.org/10.1371/journal.pntd.0002961


  • The major egg reserve protein from the invasive apple snail Pomacea maculata is a complex carotenoprotein related to those of Pomacea canaliculata and Pomacea scalaris. 
    Pasquevich, M. Y; Dreon, M, S; Heras, H.
    2014.
    Comp. Biochem. Physiol. (2014) 169B: 63-71
    http://dx.doi.org/10.1016/j.cbpb.2013.11.008
  • Novel animal defenses against predation: A snail egg neurotoxin combining lectin and pore-forming chains that resembles plant defense and bacteria attack toxins. 
    Dreon, M. S; Frassa, M. V; Ceolín, M; Ituarte, S; Qiu, J. W; Sun, J; Fernández, P. E;  Heras, H. 
    2013. PLoS One (2013) 8, 5: e63782
    http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0063782


  • Vitellogenin and lipovitellin from the prawn Macrobrachium borellii as hydrocarbon pollution biomarker.
    García, C. F; Heras, H.
    2012.
    Mar. Poll. Bull. (2012) 64: 1631-1636
    http://dx.doi.org/10.1016/j.marpolbul.2012.05.027

  • First proteome of the egg perivitelline fluid of a freshwater gastropod with aerial oviposition. 
    Sun, J; Zhang, H; Wang, H; Heras, H; Dreon, M; Ituarte, S; Ravasi, T; Qian, P; Qiu, J. W. 
    2012. J. Proteome Res. (2012) 11: 2440-2448
    http://dx.doi.org/10.1021/pr3003613


  • Agglutinating activity and structural characterization of scalarin  the major egg protein of the snail Pomacea scalaris. 
    Ituarte, S; Dreon, M. S; Ceolin, M; Heras, H. (d’Orbigny, 1832). 
    2012. PLoS ONE (2012) 7(11): e50115
    http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0050115

  • Antioxidant response and oxidative stress levels in Macrobrachium borellii (Crustacea: Palaemonidae)exposed to the water-soluble fraction of petroleum.
    Lavarías, S; Heras, H;  Pedrini, N; Turnier, H; Ansaldo, M. 
    2011. Comp. Biochem. Physiol. (2011) 153 C: 415-421
    http://dx.doi.org/10.1016/j.cbpc.2011.02.002
  • Triacylglycerol catabolism in the prawn Macrobrachium borellii (Crustacea: Palaemoniade).
    Pasquevich, M. Y; Dreon, M. S; Lavarías, S; Heras, H. 
    2011. Comp. Biochem. Physiol. (2011) 160 B: 201-207
    http://dx.doi.org/10.1016/j.cbpb.2011.08.006


  • Isolation and characterization of two vitellins from eggs of the spider Polybetes pythagoricus (Araneae: Sparassidae).
    Laino, A; Cunningham, M. L; Heras, H; García, C. F.
    2011. Comp. Biochem. Physiol. 158 B (2011) 142-148
    http://dx.doi.org/10.1016/j.cbpb.2010.11.001

  • In vitro lipid transfer between lipoproteins and midgut-diverticula in the spider Polybetes pythagoricus.
    Laino, A; Cunningham, M; Heras, H; García, C. F.
    2011. Comp. Biochem. Physiol. (2011) 160 B: 181-186
    http://dx.doi.org/10.1016/j.cbpb.2011.08.003
  • Structure and stability of the neurotoxin PV2 from the eggs of Pomacea canaliculata. 
    Frassa, V; Ceolin, M; Dreon, M. S; Heras, H. 
    2010. Biochim.Biophys.Acta. 1804 (2010) 1492-1499
    http://dx.doi.org/10.1016/j.bbapap.2010.02.013
  • The Role of the Proteinase Inhibitor Ovorubin in Apple Snail Eggs Resembles Plant Embryo Defenses Against Predation. 
    Dreón, M. S; Ituarte, S; Heras, H. 
    2010. PLoS ONE. (2010) 5,12: e15059
    http://dx.doi.org/10.1371/journal.pone.0015059
  • Carbohydrates and glycoforms of the major egg perivitellins from Pomacea apple snails (Architaenioglossa: Ampullariidae).
    Ituarte, S; Dreón, M. S; Pasquevich, M. Y; Fernández, P. E; Heras, H. 
    2010. Comp. Biochem. Physiol. (2010) 157: 66-72
    http://dx.doi.org/10.1016/j.cbpb.2010.05.004


  • Structure and stability of crustacean lipovitellin: Influence of lipid content and composition.
    García, C. F; Cunningham, M; Soulages, J. L; Heras, H; Garda, H. A.
    2010. Comp. Biochem. Physiol. 155 (2010) 126-131
    http://dx.doi.org/10.1016/j.cbpb.2009.10.010

  • First insight into the lipid uptake, storage and movilization in arachnids. Role of midgut diverticula and lipoproteins.
    Laino, A; Cunningham, M; García, C. F; Heras, H.
    2009.
    J. Insect Physiol. 55 (2009) 1118–1124
    http://dx.doi.org/10.1016/j.jinsphys.2009.08.005

  • Partial characterization of a malonyl-CoA-sensitive carnitine o-palmitoyltransferase I from Macrobrachium borellii. (Crustacea: Palaemomidae).
    Lavarías, S; Pasquevich, Y; Dreon, M. S; Heras, H
    2009
    . Comp. Biochem. Physiol. 152 (2009) 364-369
    http://dx.doi.org/10.1016/j.cbpb.2009.01.004
  • Isolation and characterization of a novel perivitellin from the eggs of Pomacea scalaris (Mollusca, Ampullariidae).
    Ituarte, S; Dreon, M. S; Ceolin, M; Heras, H. 
    2008. Mol. Reprod. Dev. 75 (2008) 1441-1448
    http://dx.doi.org/10.1002/mrd.20880
  • Global shape and pH stability of ovorubin, an oligomeric protein from the eggs of Pomacea canaliculata.
    Dreón, M. S; Ituarte, S; Ceolín, M; Heras, H. 
    2008. FEBS J. 275 (2008) 4522-4530
    http://dx.doi.org/10.1111/j.1742-4658.2008.06595.x


  • Embryo lipoproteins and yolk lipovitellin consumption during embryogenesis in Macrobrachium borellii (Crustacea: Palaemonidae).
    García, F; Cunningham, M; Garda, H; Heras, H.
    2008. Comp. Biochem. Physiol.151 (2008) 317-322
    http://dx.doi.org/10.1016/j.cbpb.2008.07.015
  • Astaxanthin binding and structural stability of apple snail carotenoprotein ovorubin. 
    Dreon, M. S; Ceolin, M; Heras, H.  
    2007. Arch. Biochem. Biophys. 460 (2007) 107-112
    http://dx.doi.org/10.1016/j.abb.2006.12.033


  • Effect of the water-soluble fraction of petroleum on microsomal lipid metabolism of Machrobrachium borellii (Arthropoda: Crustacea).
    Lavarías, S; García, F; Pollero, R. J; Heras, H.
    2007. Aquatic Toxicol. 82 (2007) 265-271

    http://dx.doi.org/10.1016/j.aquatox.2007.02.017
  • Egg carotenoproteins of neotropical ampullariidae (gastropoda: arquitaenioglossa).
    Heras, H; Dreon, M. S; Ituarte, S; Pollero, R. J. 
    2007. Comp. Biochem. Physiol. 146C (2007) 158-167
    http://dx.doi.org/10.1016/j.cbpc.2006.10.013


Libros - Capítulos

  • Changes in carbohydrate expression in the cervical spinal cord of mice intoxicatedwith perivitellin PV2 from Pomacea canaliculata. In: Poisoning by plants, mycotoxins and related toxins. 
    Fernández, P. E; Frassa, V; Gimeno, E. J; Dreon, M; Heras, H. 
    2011. Edited by Riet-Correa, F., Pfister J., Schild A.L. and Panter K. CAB International, Oxfordshire, UK 482-498. ISBN 13 978 1 84593 833 8. Chapter 83

Premios - Distinciones

  • “IFS Jubilee Award 2006”
    Premio otorgado a los investigadores sobresalientes de proyectos subsidiados por la Internacional Foundation for Science  al Dr. Heras Horacio. Suecia – 2006.





INIBIOLP - Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Profesor Doctor Rodolfo R. Brenner"
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