Rol de eIF4E y 4EBP, efectores de la vía TOR, en el envejecimiento cardiovascular y arritmogénesis

Drosophila melanogaster es considerado uno de los modelos de estudios genéticos por excelencia. Su utilización incumbe a extensos ámbitos de las ciencias biológicas, incluso la biomedicina y, desde hace pocos años, se ha empezado a utilizar como modelo de enfermedades cardiovasculares humanas. La presente tesis muestra el uso de Drosophila melanogaster como modelo para estudios cardiovasculares, más específicamente el rol de dos proteínas, eIF4E y 4EBP ambas efectores de la vía de señalización, en el ciclado del calcio intracelular y la función cardíaca.En este trabajo, mediante la implementación de técnicas fisiológicas y moleculares se demostró por primera vez que las proteínas eIF4E y 4EBP cuyo rol canónico corresponde al inicio de la traducción en eucariotas, participan en el ciclado del calcio intracelular y en la función cardíaca mediante un rol que no involucra su participación en la síntesis proteica. Hemos demostrado que la isoforma 4 de eIF4E interacciona directamente con la bomba calcio/ATPasa del retículo sarcoplasmático (SERCA) regulando su función y de esta manera modificando el ciclado del calcio en el cardiomiocito. A su vez, mostramos por primera vez la expresión de la proteína eIF4E-4 en tejido cardíaco, indicando que posiblemente ésta sea la isoforma cardíaca de este factor de traducción.Fil: Santalla, Manuela

Drosophila melanogaster, un modelo animal emergente en el estudio de enfermedades cardíacas humanas

Background: The need to work with model organisms in medical research has revealed the usefulness of the fruit fly Drosophila melanogaster, considering its advantages to perform classic genetic studies and modern techniques of genome edition. Several human genes are similar to those of the fruit fly. We have developed for the first time in the country a cardiovascular line of research to study the genetics of aging, addictions and chronic consumption of substances in humans like caffeine. Objective: The aim of this study was to provide experimental evidence that validates Drosophila melanogaster as a model to study human cardiomyopathies related to the pharmacological action of caffeine on the heart. Methods: Cardiac function and the effect of caffeine were studied in semi-intact preparations of Drosophila melanogaster. Heart rate and the intracellular calcium transient were recorded and analyzed in 3, 7 and 40-day-old adult flies harboring one genetically encoded reporter system. Hearts of adult flies were dissected to show the myofibrillar structural organization and specific proteins such as SERCA. Results: Aging and caffeine alter contraction rate and intracellular calcium handling in the adult heart of Drosophila melanogaster in a similar way as mammals Conclusion: The study supports the use of this model of fast and easy reproductive cycle to identify the genes involved in the mechanisms through which aging, caffeine (and other substances) and environmental factors affect the heart.Introducción: La necesidad de trabajar con modelos de organismos en la investigación sobre salud ha revelado las utilidades de la mosca de la fruta Drosophila melanogaster considerando sus ventajas para realizar genética clásica y modernas técnicas de edición del genoma. Muchos genes humanos son homólogos a los genes de la mosca. Hemos desarrollado por primera vez en el país una línea de investigación cardiovascular para estudiar la genética del envejecimiento, las adicciones y sustancias de consumo crónico en el humano como la cafeína. Objetivo: Aportar evidencia experimental que valida el modelo de Drosophila melanogaster para el estudio de miocardiopatías humanas en relación con la acción farmacológica de la cafeína sobre el corazón. Material y métodos: Se analizaron la función cardíaca y el efecto de la cafeína en preparados semiintactos de Drosophila melanogaster. Se registró la frecuencia cardíaca y se analizó el transitorio de calcio intracelular en moscas adultas de 3, 7 y 40 días mediante un reportero codificado genéticamente. Corazones de moscas adultas se disecaron para mostrar la organización estructural de las miofibrillas y proteínas específicas como la SERCA. Resultados: La cafeína y el envejecimiento afectan la frecuencia de contracción y el manejo de calcio intracelular en el corazón adulto de Drosophila melanogaster en forma similar a lo que ocurre en mamíferos. Conclusión: El estudio abre la posibilidad de usar este modelo de fácil y rápida reproducción en busca de genes que permitan conocer los mecanismos por los cuales el envejecimiento, la cafeína (u otros compuestos) y factores ambientales actúan sobre el corazón.Facultad de Ciencias Médicas (FCM)Facultad de Ciencias Veterinarias (FCV

SERCA is critical to control the Bowditch effect in the heart

The Bowditch effect or staircase phenomenon is the increment or reduction of contractile force when heart rate increases, defined as either a positive or negative staircase. The healthy and failing human heart both show positive or negative staircase, respectively, but the causes of these distinct cardiac responses are unclear. Different experimental approaches indicate that while the level of Ca2+ in the sarcoplasmic reticulum is critical, the molecular mechanisms are unclear. Here, we demonstrate that Drosophila melanogaster shows a negative staircase which is associated to a slight but significant frequency-dependent acceleration of relaxation (FDAR) at the highest stimulation frequencies tested. We further showed that the type of staircase is oppositely modified by two distinct SERCA mutations. The dominant conditional mutation SERCAA617T induced positive staircase and arrhythmia, while SERCAE442K accentuated the negative staircase of wild type. At the stimulation frequencies tested, no significant FDAR could be appreciated in mutant flies. The present results provide evidence that two individual mutations directly modify the type of staircase occurring within the heart and suggest an important role of SERCA in regulating the Bowditch effect.Fil: Balcazar, Dario Emmanuel. Universidad Nacional de La Plata; ArgentinaFil: Regge, María Victoria. Universidad Nacional de La Plata; ArgentinaFil: Santalla, Manuela. Universidad Nacional de La Plata; ArgentinaFil: Behrensmeyer, Anna Kay. Universität Osnabrück;Fil: Achimón, Fernanda. Universität Osnabrück;Fil: Mattiazzi, Ramona Alicia. Universidad Nacional de La Plata; ArgentinaFil: Ferrero, Paola Viviana. Universidad Nacional de La Plata; Argentin

A low-cost Portable Device to Deliver Smoke, Volatile or Vaporized Substances to Drosophila melanogaster, Useful for Research and/or Educational Assays

Drosophila melanogaster has been used to test drugs of abuse, substances with potential benefits for medical purposes, as well as contaminants and hazardous volatile compounds. This model has also been used for the characterization of behavioral changes, physiopathological consequences, and subcellular mechanisms of the use of cocaine, methamphetamines, ethanol, nicotine, cannabinoids, toluene, and other airborne volatile organic compounds. When testing these substances, routes of administration are important to define. Admixing the test compounds with water or food is one suitable option in many cases, but the inhalation route is especially suitable when the administration of one or more volatile compounds is desired. One advantage of the administration of substances via the inhalation route is its rapid exchange and distribution throughout the cuticle and the tracheal system. In addition, this route allows treating a large group of individuals simultaneously. Moreover, the inhalation route is frequently used to administer different drugs to humans. A good model system shares physiology and molecular pathways with humans, and D. melanogaster possesses almost 75% homologous genes associated with human diseases. Methodologies to deliver the abovementioned substances usually include customized devices. Herein, we focus on the development of a low-cost customized device useful to deliver smoke or vaporizable compounds to D. melanogaster. This approach might be applied for acute or chronic exposure to vaporized substances. In particular, our device was utilized for testing cigarette smoke and vaporized cannabis extract on cardiac performance of adult individuals during chronic treatment. We are describing how to set up this low-cost portable device, useful for research and/or educational assays, taking advantage of the amenability of D. melanogaster to test different compounds in relatively short periods, and especially including a large number of individuals at the same time.Fil: Santalla, Manuela. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigaciones Cardiovasculares "Dr. Horacio Eugenio Cingolani". Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Centro de Investigaciones Cardiovasculares "Dr. Horacio Eugenio Cingolani"; ArgentinaFil: Gómez, Ivana María. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigaciones Cardiovasculares "Dr. Horacio Eugenio Cingolani". Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Centro de Investigaciones Cardiovasculares "Dr. Horacio Eugenio Cingolani"; ArgentinaFil: Valverde, Carlos Alfredo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigaciones Cardiovasculares "Dr. Horacio Eugenio Cingolani". Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Centro de Investigaciones Cardiovasculares "Dr. Horacio Eugenio Cingolani"; ArgentinaFil: Ferrero, Paola Viviana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Centro de Investigaciones Cardiovasculares "Dr. Horacio Eugenio Cingolani". Universidad Nacional de La Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Centro de Investigaciones Cardiovasculares "Dr. Horacio Eugenio Cingolani"; Argentina. Universidad Nacional del Noroeste de la Provincia de Buenos Aires; Argentin

CARACTERIZACIÓN DE LA ADMINISTRACIÓN DE CANNABIDIOL (CBD) SOBRE LOS EFECTOS MOTORES Y CARDÍACOS EN UN MODELO GENÉTICO DE PARKINSONISMO EN Drosophila melanogaster. CBD

La enfermedad de Parkinson (EP) es la segunda enfermedad neurodegenerativa más frecuente en humanos (Rodrigues et al., 2019) y se manifiesta por el deterioro progresivo de las funciones motoras (Aminoff et al., 1998). Las formas hereditarias de la EP son causadas por mutaciones en genes que codifican proteínas claves en el desarrollo de la fisiopatología de la enfermedad, como DJ-1 y parkin. Aunque el motivo exacto de la neurodegeneración no se conoce, se sabe que existen diferentes procesos que convergen dando como resultado la acumulación de dopamina en el citoplasma de las neuronas. Dada la alta susceptibilidad de este neurotransmisor para oxidarse, se conduce a una sobreproducción de especies reactivas del oxígeno (EROs), que sumada a la falla en los sistemas antioxidantes del cuerpo (frecuentes en individuos con EP) inducen la neurodegeneración. Actualmente, se propone que la disfunción mitocondrial podría estar involucrada en el desarrollo de la EP debido al rol preponderante que tienen las mitocondrias en el mantenimiento de la bioenergética celular, la producción de EROs y el control de la apoptosis. Distintos estudios han demostrado que la disfunción mitocondrial induce la producción crónica de EROs y causa la muerte de neuronas dopaminérgicas (Bose et al., 2016). Por su parte, las células cardíacas también pueden ser susceptibles a las mutaciones sistémicas que originan la EP. De hecho, se ha evidenciado una correlación entre esta enfermedad y el desarrollo de patologías cardíacas. El corazón es un órgano muy susceptible al estrés oxidativo y sumamente dependiente del correcto funcionamiento de las mitocondrias. Por lo tanto, condiciones que involucren disfunción mitocondrial y sobreproducción de EROs podrían estar relacionadas al desarrollo de comorbilidades cardíacas. Debido a la importancia que el estrés oxidativo posee en la fisiopatología de la EP es que el estudio de compuestos antioxidantes como posibles tratamientos ha tomado mayor envergadura en los últimos años. En este marco, se propone caracterizar el fenotipo de parkinsonismo a nivel motor y la función cardíaca en un modelo genético de parkinsonismo en Drosophila melanogaster, que presenta deleciones sistémicas de las 2 isoformas de DJ-1 (mutaciones en este gen causan EP de inicio temprano en humanos). A su vez, se propone estudiar los efectos de la administración crónica del cannabidiol (CBD), principio activo derivado de la planta de Cannabis sativa L. con demostrada acción antioxidante y neuroprotectora. De esta forma, se espera evaluar no sólo el efecto del tratamiento sobre los síntomas motores, sino también el impacto cardíaco de la administración de este compuesto

Terapia génica: desde los extractos y las píldoras a las pociones de ADN

La terapia génica es un tratamiento alternativo a los abordajes farmacológicos, quirúrgicos y de índole convencional que se está desarrollando tanto a nivel experimental como clínico. En esta revisión, más allá de mencionar los avances y presentar un panorama del tema en el área biomédica, se pretende ampliar el concepto de ADN, desde su función como reservorio fundamental de información para la síntesis de proteínas hasta sus acciones “como fármaco”. Se espera que el ADN encapsulado en vectores o directamente aplicado al tejido, cumpla la función que el gen defectuoso no puede realizar mediante su reemplazo, o impida que un gen desregulado permanezca activo, a través de mecanismos de interferencia. Estos objetivos no solo están dirigidos al tratamiento de pacientes de diferentes edades, sino también de individuos aún no natos, como lo evidencian numerosos abordajes experimentales de terapia génica intrauterina. Actualmente existen varios productos comerciales surgidos en el contexto de la terapia génica. Una vez que este tipo de tratamiento sortee aquellos aspectos que todavía constituyen importantes factores de riesgo, se establezcan acuerdos éticos y se equilibren los costos de las intervenciones, constituirá una alternativa a los métodos convencionales para tratar ciertas enfermedades. El ADN (y el ARN) se presentan como los futuros fármacos en acción de las próximas décadas.Abstract Gene therapy is a treatment that offers an alternative to pharmacological, surgical and conventional approaches that is being developed at an experimental and clinical level. In this review, apart from mentioning advances and presenting an overview of the subject in the biomedical field, our intention is to extend the concept of DNA. DNA is the store of information for protein synthesis and today it is also “a drug”. It is expected for the DNA embedded in vectors or directly applied to tissue to perform the function that the defective gene cannot perform by means of its replacement, or to prevent that gene from remaining active through mechanisms of interference. This is not only aimed at the treatment of patients of different ages but also unborn children, as it has been proved by several experimental approaches of intrauterine gene therapy. Currently there are several commercially available products that have emerged from the context of gene therapy. Once those aspects that still represent important risk factors are overcome, ethical agreements are reached and the costs of the interventions are leveled out, this type of treatment will constitute an alternative to conventional methods to treat certain diseases. DNA (and RNA) are proposed as the future drugs for the following decades.Fil: Santalla, Manuela. Universidad Nacional del Noroeste de la Provincia de Buenos Aires. Departamento de Ciencias Básicas y Experimentales; ArgentinaFil: Fesser, E.. Universidad Nacional del Noroeste de la Provincia de Buenos Aires. Departamento de Ciencias Básicas y Experimentales; ArgentinaFil: Asad, Antonela Sofía. Universidad Nacional del Noroeste de la Provincia de Buenos Aires. Departamento de Ciencias Básicas y Experimentales; ArgentinaFil: Acosta, D.. Universidad Nacional del Noroeste de la Provincia de Buenos Aires. Departamento de Ciencias Básicas y Experimentales; ArgentinaFil: Harnichar, E.. Consejo Nacional de Investigaciones Cientificas y Tecnicas. Centro Cientifico Tecnológico la Plata. Centro de Investigaciones Cardiovasculares "Dr. Horacio Eugenio Cingolani"; Argentina. Universidad Nacional de La Plata; ArgentinaFil: Ferrero, Paola Viviana. Universidad Nacional del Noroeste de la Provincia de Buenos Aires. Departamento de Ciencias Básicas y Experimentales; Argentina. Universidad Nacional de La Plata; Argentin

Characterization of Cannabidiol (CBD) Administration on Motor and Cardiac Effects in a Genetic Model of Parkinsonism in <I>Drosophila Melanogaster</I>. CBD as a Possible Therapy

La enfermedad de Parkinson (EP) es la segunda enfermedad neurodegenerativa más frecuente en humanos (Rodrigues et al., 2019) y se manifiesta por el deterioro progresivo de las funciones motoras (Aminoff et al., 1998). Las formas hereditarias de la EP son causadas por mutaciones en genes que codifican proteínas claves en el desarrollo de la fisiopatología de la enfermedad, como DJ-1 y parkin. Aunque el motivo exacto de la neurodegeneración no se conoce, se sabe que existen diferentes procesos que convergen dando como resultado la acumulación de dopamina en el citoplasma de las neuronas. Dada la alta susceptibilidad de este neurotransmisor para oxidarse, se conduce a una sobreproducción de especies reactivas del oxígeno (EROs), que sumada a la falla en los sistemas antioxidantes del cuerpo (frecuentes en individuos con EP) inducen la neurodegeneración. Actualmente, se propone que la disfunción mitocondrial podría estar involucrada en el desarrollo de la EP debido al rol preponderante que tienen las mitocondrias en el mantenimiento de la bioenergética celular, la producción de EROs y el control de la apoptosis. Distintos estudios han demostrado que la disfunción mitocondrial induce la producción crónica de EROs y causa la muerte de neuronas dopaminérgicas (Bose et al., 2016).Universidad Nacional de La Plat

Drosophila melanogaster, un modelo animal emergente en el estudio de enfermedades cardíacas humanas

Background: The need to work with model organisms in medical research has revealed the usefulness of the fruit fly Drosophila melanogaster, considering its advantages to perform classic genetic studies and modern techniques of genome edition. Several human genes are similar to those of the fruit fly. We have developed for the first time in the country a cardiovascular line of research to study the genetics of aging, addictions and chronic consumption of substances in humans like caffeine. Objective: The aim of this study was to provide experimental evidence that validates Drosophila melanogaster as a model to study human cardiomyopathies related to the pharmacological action of caffeine on the heart. Methods: Cardiac function and the effect of caffeine were studied in semi-intact preparations of Drosophila melanogaster. Heart rate and the intracellular calcium transient were recorded and analyzed in 3, 7 and 40-day-old adult flies harboring one genetically encoded reporter system. Hearts of adult flies were dissected to show the myofibrillar structural organization and specific proteins such as SERCA. Results: Aging and caffeine alter contraction rate and intracellular calcium handling in the adult heart of Drosophila melanogaster in a similar way as mammals Conclusion: The study supports the use of this model of fast and easy reproductive cycle to identify the genes involved in the mechanisms through which aging, caffeine (and other substances) and environmental factors affect the heart.Introducción: La necesidad de trabajar con modelos de organismos en la investigación sobre salud ha revelado las utilidades de la mosca de la fruta Drosophila melanogaster considerando sus ventajas para realizar genética clásica y modernas técnicas de edición del genoma. Muchos genes humanos son homólogos a los genes de la mosca. Hemos desarrollado por primera vez en el país una línea de investigación cardiovascular para estudiar la genética del envejecimiento, las adicciones y sustancias de consumo crónico en el humano como la cafeína. Objetivo: Aportar evidencia experimental que valida el modelo de Drosophila melanogaster para el estudio de miocardiopatías humanas en relación con la acción farmacológica de la cafeína sobre el corazón. Material y métodos: Se analizaron la función cardíaca y el efecto de la cafeína en preparados semiintactos de Drosophila melanogaster. Se registró la frecuencia cardíaca y se analizó el transitorio de calcio intracelular en moscas adultas de 3, 7 y 40 días mediante un reportero codificado genéticamente. Corazones de moscas adultas se disecaron para mostrar la organización estructural de las miofibrillas y proteínas específicas como la SERCA. Resultados: La cafeína y el envejecimiento afectan la frecuencia de contracción y el manejo de calcio intracelular en el corazón adulto de Drosophila melanogaster en forma similar a lo que ocurre en mamíferos. Conclusión: El estudio abre la posibilidad de usar este modelo de fácil y rápida reproducción en busca de genes que permitan conocer los mecanismos por los cuales el envejecimiento, la cafeína (u otros compuestos) y factores ambientales actúan sobre el corazón.Facultad de Ciencias Médicas (FCM)Facultad de Ciencias Veterinarias (FCV