Protein dysfunction, activity and dysactivity: studies on the the papillomavirus E7 protein by means of reverse molecular biology

Reviso algunos conceptos aplicados a las proteínas en investigaciones biológicas de distintas escalas, tomando como ejemplo a la proteína E7 del virus del papiloma. Discuto los conceptos tradicionales de actividad y función (llamada más adecuadamente disfunción) junto con los conceptos complementarios de proceso y disactividad. Mientras que actividad y proceso son definiciones positivas, disfunción y disactividad son definiciones negativas. A continuación uso estas cuatro definiciones para discutir los métodos de trabajo de la fisiología, la biología molecular/celular, la bioquímica/biofísica y la biología de sistemas. Propongo que la biología molecular directa parte de los procesos para investigar hacia las disfunciones, actividades y disactividades. De manera complementaria, se puede definir la biología molecular reversa como una investigación que parte de las disactividades para progresar hacia las actividades, disfunciones y finalmente los procesos.I review several concepts commonly applied to proteins in biological research at various scales, using the papillomavirus E7 protein as an example. I discuss the traditional concepts of activity and function (more accurately termed disfunction), together with the complementary concepts of process and disactivity. While process and activity are positive definitions, dysfunction and dysactivity are negative definitions. Next, I use these four definitions to discuss the research approaches of physiology, molecular/cell biology, biochemistry/biophysics and systems biology. I propose that direct molecular biology takes processes as a starting point to do research towards dysfunctions, activities and dysactivities. In a complementary manner, I can define reverse molecular biology as a research that takes dysactivities as a starting point and progresses towards activities, dysfunctions and, finally, processes.Fil: Sánchez Miguel, Ignacio Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentin

Folding of a cyclin box: linking multitarget binding to marginal stability, oligomerization, and aggregation of the retinoblastoma tumor suppressor AB pocket domain

The retinoblastoma tumor suppressor (Rb) controls the proliferation, differentiation, and survival of cells in most eukaryotes with a role in the fate of stem cells. Its inactivation by mutation or oncogenic viruses is required for cellular transformation and eventually carcinogenesis. The high conservation of the Rb cyclin fold prompted us to investigate the link between conformational stability and ligand binding properties of the RbAB pocket domain. RbAB unfolding presents a three-state transition involving cooperative secondary and tertiary structure changes and a partially folded intermediate that can oligomerize. The first transition corresponds to unfolding of the metastable B subdomain containing the binding site for the LXCXE motif present in cellular and viral targets, and the second transition corresponds to the stable A subdomain. The low thermodynamic stability of RbAB translates into a propensity to rapidly oligomerize and aggregate at 37 °C (T50 = 28 min) that is suppressed by human papillomavirus E7 and E2F peptide ligands, suggesting that Rb is likely stabilized in vivo through binding to target proteins. We propose that marginal stability and associated oligomerization may be conserved for function as a "hub" protein, allowing the formation of multiprotein complexes, which could constitute a robust mechanism to retain its cell cycle regulatory role throughout evolution. Decreased stability and oligomerization are shared with the p53 tumor suppressor, suggesting a link between folding and function in these two essential cell regulators that are inactivated in most cancers and operate within multitarget signaling pathways.Fil: Chemes, Lucia Beatriz. Fundación Instituto Leloir; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquimicas de Buenos Aires; Argentina. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Departamento de Química Biológica; ArgentinaFil: Noval, María Gabriela. Fundación Instituto Leloir; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquimicas de Buenos Aires; ArgentinaFil: Sánchez Miguel, Ignacio Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: de Prat Gay, Gonzalo. Fundación Instituto Leloir; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Parque Centenario. Instituto de Investigaciones Bioquimicas de Buenos Aires; Argentin

Detecting repetitions and periodicities in proteins by tiling the structural space

The notion of energy landscapes provides conceptual tools for understanding the complexities of protein folding and function. Energy landscape theory indicates that it is much easier to find sequences that satisfy the “Principle of Minimal Frustration” when the folded structure is symmetric (Wolynes, P. G. Symmetry and the Energy Landscapes of Biomolecules. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 1996, 93, 14249–14255). Similarly, repeats and structural mosaics may be fundamentally related to landscapes with multiple embedded funnels. Here we present analytical tools to detect and compare structural repetitions in protein molecules. By an exhaustive analysis of the distribution of structural repeats using a robust metric, we define those portions of a protein molecule that best describe the overall structure as a tessellation of basic units. The patterns produced by such tessellations provide intuitive representations of the repeating regions and their association toward higher order arrangements. We find that some protein architectures can be described as nearly periodic, while in others clear separations between repetitions exist. Since the method is independent of amino acid sequence information, we can identify structural units that can be encoded by a variety of distinct amino acid sequences.Fil: Parra, Rodrigo Gonzalo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Espada, Rocío. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Sánchez Miguel, Ignacio Enrique. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Sippl, Manfred J.. Universität Salzburg; AustriaFil: Ferreiro, Diego. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Ciudad Universitaria. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentin

Methods and Tools for Objective Assessment of Psychomotor Skills in Laparoscopic Surgery

Training and assessment paradigms for laparoscopic surgical skills are evolving from traditional mentor–trainee tutorship towards structured, more objective and safer programs. Accreditation of surgeons requires reaching a consensus on metrics and tasks used to assess surgeons’ psychomotor skills. Ongoing development of tracking systems and software solutions has allowed for the expansion of novel training and assessment means in laparoscopy. The current challenge is to adapt and include these systems within training programs, and to exploit their possibilities for evaluation purposes. This paper describes the state of the art in research on measuring and assessing psychomotor laparoscopic skills. It gives an overview on tracking systems as well as on metrics and advanced statistical and machine learning techniques employed for evaluation purposes. The later ones have a potential to be used as an aid in deciding on the surgical competence level, which is an important aspect when accreditation of the surgeons in particular, and patient safety in general, are considered. The prospective of these methods and tools make them complementary means for surgical assessment of motor skills, especially in the early stages of training. Successful examples such as the Fundamentals of Laparoscopic Surgery should help drive a paradigm change to structured curricula based on objective parameters. These may improve the accreditation of new surgeons, as well as optimize their already overloaded training schedules

Procedimiento automático para el calibrado de cámaras: Estudio comparativo de la distorsión en diferentes combinaciones de cámaras y ópticas laparoscópicas

En este trabajo se propone un método de calibración automático para el cálculo y corrección de la distorsión en imágenes producida por las lentes de los sistemas de captura. Este procedimiento ha sido empleado como herramienta para analizar la distorsión provocada por diversos sistemas de cámara y óptica laparoscópica, de modo que podamos determinar el sistema que proporciona una imagen más fiable al cirujano

EVA: Endoscopic Video Analysis of the surgical scene for the assessment of MIS psychomotor skills

The present work covers the first validation efforts of the EVA Tracking System for the assessment of minimally invasive surgery (MIS) psychomotor skills. Instrument movements were recorded for 42 surgeons (4 expert, 22 residents, 16 novice medical students) and analyzed for a box trainer peg transfer task. Construct validation was established for 7/9 motion analysis parameters (MAPs). Concurrent validation was determined for 8/9 MAPs against the TrEndo Tracking System. Finally, automatic determination of surgical proficiency based on the MAPs was sought by 3 different approaches to supervised classification (LDA, SVM, ANFIS), with accuracy results of 61.9%, 83.3% and 80.9% respectively. Results not only reflect on the validation of EVA for skills? assessment, but also on the relevance of motion analysis of instruments in the determination of surgical competence

Extracción y recuperación de contenidos basado en vídeo en cirugía de mínima invasión

La introducción de las cirugías de mínima invasión en rutina clínica ha provocado la incorporación de los sistemas de vídeo dentro del quirófano. Así, estas técnicas proporcionan al cirujano imágenes que antes solo podían ser vistas mediante cirugía abierta. Los vídeos obtenidos en las intervenciones son almacenados en repositorios. El uso posterior de estos vídeos se ve limitado generalmente a su reproducción, debido a las dificultades de clasificación y gestión. La información que contienen estos repositorios puede ser explotada, reutilizando el conocimiento obtenido en cirugías similares. En este artículo de investigación se presenta el diseño de un módulo de gestión de conocimiento (MGC) para un repositorio de vídeos de cirugía de mínima invasión (CMI). El objetivo del módulo es gestionar y reutilizar la información contenida en el repositorio de vídeos laparoscópicos, para que puedan ser utilizadas con las experiencias previas en entornos de formación de nuevos cirujanos. Para este fin, se han implementado técnicas de recuperación de imagen y vídeo basadas en sus contenidos visuales (CBIR y CBVR). El MGC permite la recuperación de imágenes/vídeos, proporcionando información sobre la tarea que se está realizando en la escena quirúrgica. Los resultados obtenidos en este trabajo muestran la posibilidad de recuperar vídeos de CMI, a partir del instrumental presente en la escena quirúrgica

Herramienta de autoría de contenidos didácticos multimedia para entorno de formación colaborativo en cirugía de mínima invasión

Dada la gran importancia de los contenidos para el éxito del proceso de formación es necesario desarrollar herramientas que permitan la creación de los mismos de una manera simple, eficaz y motivadora. Actualmente, su proceso de creación es largo y costoso, teniendo que llevarlo a cabo expertos cirujanos docentes en estrecha colaboración con técnicos especialistas en herramientas de edición y creación de contenidos multimedia. El presente trabajo de investigación presenta una nueva herramienta de autoría que permite la creación y edición de contenidos didácticos multimedia que son utilizados en el proceso de formación de los cirujanos. La herramienta incorpora un editor multimedia de vídeos laparoscópicos, capaz de realizar un procesamiento y agregar valor didáctico a los vídeos originales. La herramienta de autoría se incorpora en un entorno de formación web que permite crear, compartir y reutilizar contenidos didácticos basados en la edición de vídeo laparoscópico

Optimización de un método de detección y seguimiento de instrumental quirúrgico en video laparoscópico

La localización del instrumental quirúrgico es de gran interés en Cirugía Mínimamente Invasiva (CMI). Determinar su posición con precisión es fundamental para el desarrollo de futuras aplicaciones tanto en la formación y evaluación de cirujanos como en el desarrollo de nuevos sistemas de navegación que asistan al cirujano durante la propia intervención quirúrgica. En la literatura existen técnicas de estimación basadas en el análisis de imágenes, siendo la principal limitación común la gran variabilidad de las imágenes de este tipo de cirugía, que dificultan el diseño de un método genérico capaz de obtener buenas precisiones para todas ellas. En este trabajo de investigación se propone una optimización de un método de detección y seguimiento automático de instrumental quirúrgico basado en el análisis de video endoscópico, incorporando filtros homomórficos, un nuevo algoritmo de segmentación y un seguimiento mediante enventanado. Los resultados obtenidos muestran que el método propuesto consigue una detección precisa y robusta para imágenes con diferentes características sin necesidad de ninguna adaptación previa

Validación de dos algoritmos para la localización 3D del instrumental laparoscópico a partir de la imagen de vídeo endoscópico

Uno de los aspectos fundamentales en un sistema de cirugía guiada por imagen (CGI) es la localización del instrumental quirúrgico con respecto a la anatomía del paciente. Los sistemas basados en sensores ofrecen buenos niveles de precisión, pero son sensibles a distintas fuentes de ruido en el quirófano y contribuyen a la sobrecarga tecnológica del mismo. Una alternativa novedosa es analizar la imagen del vídeo endoscópico para llevar a cabo la detección y localización espacial del instrumental. Se presenta en este trabajo la validación de dos métodos, basados en el diámetro aparente y en la sección transversal del instrumental, para la localización espacial del instrumental a partir de los bordes y la posición 2D de la punta en la imagen. La validación, llevada a cabo en un simulador físico, se realiza comparando los resultados con el sistema Kinescan/IBV. Los resultados muestran para cada método un error medio de 12,7 y 12,8 mm respectivamente. La incorporación de estos algoritmos dentro del paradigma de navegación propuesto en el proyecto THEMIS permitirá al cirujano conocer la posición del instrumental de forma no intrusiva y transparente, sin necesidad de equipamiento adicional en el quirófano