IMPLICANCIAS DE LA SEÑAL DE CALCIO EN LA RESPUESTA DESENCADENADA POR ESTRÉS DE RETÍCULO ENDOPLÁSMICO
El Retículo Endoplásmico (RE), es una organela dinámica donde se llevan a cabo numerosas funciones, como por ejemplo: almacenamiento y liberación de Ca2+, síntesis, plegamiento y modificaciones post-transduccionales de proteínas. Estos procesos de señalización y biosíntesis están profundamente interconectados.
En general, cuando la expresión de proteínas excede la capacidad de plegamiento en la organela, produciéndose acumulación de las mismas en el lumen, se desencadena Estrés del RE. Para restablecer la homeostasis se activa una señal de transducción UPR (Unfolded Protein Response), donde se activan tres vías de transducción. Una de las primeras respuestas es la disminución de la síntesis de proteína, liderada por PERK (por su sigla en inglés: PKR-like ER kinase), una proteína quinasa de membrana de RE. En condiciones basales la quinasa se encuentra inactiva debido a su asociación con la chaperona BiP. Una vez que se acumulan proteínas sin plegar en el lumen del RE, BiP se disocia de PERK permitiendo la homo-oligomerización y activación de la quinasa. Si el daño es demasiado grande o se hace crónico, se desencadena una respuesta de muerte celular. Es decir, la respuesta de UPR en si es paradojal ya que comprende tanto la activación de vías protectoras como pro-apoptóticas.
Es bien aceptado que la disminución de Ca2+ en el lumen organelar desencadena Estrés de RE. Nosotros descubrimos que una vez en el citosol el Ca2+ actúa de co-factor activando la fase citoprotectora de la UPR (Bollo et al 2010 Plos One, 5(8): e11925, Paredes et al 2013, Cell Calcium 53:286). En particular hemos observado, en astrocitos, un papel protector, dependiente de Ca2+, ejercido por la isoforma de calcineurina (CN). Este papel que desempeña CN es independientemente de su actividad fosfatasa y dependiente de la presencia de PERK. CN interactúa directamente con la quinasa promoviendo su auto-fosforilación, acentuando así la inhibición de la síntesis proteica. Además, demostramos, que la activación de la vía CN/PERK correlaciona con un aumento de astrogliosis luego de inducir isquemia focal cerebral (Chen Y et al 2016, Neurobiol Dis 94: 139) (Figura 1). Recientemente hemos descrito un mecanismo de liberación de Ca2+ a través del translocón una vez inducido estrés de RE y se comprobó, además, que esta señal es capaz de amplificar la activación de PERK (Feliziani C et al 2022, Cell Calcium 106: 102622). También observamos que la modulación de la señalización de PERK altera la vulnerabilidad de neuronas en sufrir atrofia neurítica y apoptosis en un modelo celular de GM2-gangliosidosis (Virgolini M J et al 2019, Biochim Biophys Acta Mol Cell Res. 1866(2): 225).
Figura 1: Papel citoprotector de Calcineurina β en isquemias cerebrales agudas.
INVESTIGADORA RESPONSABLE: Mariana Bollo
Investigadora Independiente de CONICET
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INTEGRANTES
Bioq. Macarena Fernandez
Becaria doctoral de CONICET
Lic. Juan Vilchez Aruani
Becario doctoral de CONICET
Lic. Carolina Morales
Becaria doctoral FONCYT
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Bioq. Sebastian Bairo
Becario financiado por NIH
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SUBSIDIOS
- Estudio de la modulación ejercida por calcineurina sobre PERK durante la fase aguda de estrés de retículo endoplásmico”. PICT- 2019-I-A (# 2019-00155). Director: Mariana Bollo (aprobado febrero 2021).
- Regulation of ER-stress activated UPR kinases PERK in neurodegenerative disease”. NIH AG058778-01A1 - Agreement No 165148/165147. UTHSCSA-Instituto Investigación Médica M y M Ferreyra. Investigador Principal en Argentina: Mariana Bollo.
- Regulación dependiente de calcio de la fase aguda de Estrés de Retículo Endoplásmico. PICT- 2017-0618. Director: Mariana Bollo
PUBLICACIONES (ÚLTIMOS CINCO AÑOS)
Lista completa de publicaciones disponible en este enlace
- Morales C, Fernandez M, Ferrer R, Raimunda D, Carrer DC, Bollo M. Ursodeoxycholic Acid Binds PERK and Ameliorates Neurite Atrophy in a Cellular Model of GM2 Gangliosidosis. (2023) International Journal of Molecular Sciences; 24(8):7209. ISSN: 2076-6327.
- Feliziani C., Fernandez, M, Quasollo G., Holstein D., Bairo, M., Paton J.C., Paton A.W., de Batista J., Lechleiter J.D. and Bollo M. Ca2+ signalling system initiated by Endoplasmic reticulum stress stimulates PERK activation. (2022) Cell Calcium 106: 102622, ISSN: 0143-4160.
- Morales C., Bisbal M. and Bollo M. Molecular modulation by lentivirus-delivered specific shRNAs in endoplasmic reticulum stressed neurons. (2021) J Vis Exp, ISSN: 1940-087X. (170). doi: 10.3791/61974.
- Cabrera Zapata L.E., Bollo M and Cambiasso MJ. Estradiol-mediated axogenesis of hypothalamic Neurons requires ERK1/2 and Ryanodine Receptor dependent intracelular Ca2+ rise in male rats. (2019) Front Cell Neurosci 13:122. ISSN- 1662-5102.
- Virgolini MJ, Feliziani C, Cambiasso MJ, Lopez PHH and Bollo M. Neurite atrophy and apoptosis mediated by PERK signaling after accumulation of GM2-ganglioside. (2019) Biochim Biophys Acta Mol Cell Res. 1866(2): 225-239. Editorial: Elseiver, Amsterdam, Holanda ISSN-0167-4889.
- Etzler J.&, Bollo M. &, Holstein D& Deng J.J., Perez V., Lin D., Richardson A.G. and Lechleiter J.D. Cyclophilin D Over-Expression Increases Mitochondrial Complex III Activity and Accelerates Supercomplex Formation. (2017) Arch Biochem Biophys 613: 61-68. Editorial: Elseiver, Amsterdam, Holanda ISSN:0003-9861 &: identifica que los autores contribuyeron igualmente al trabajo científico