Cual va a ser el enfoque de esta charla sobre el! Síndrome de Angelman:! - Sus causas, en un lenguaje asequible!
- Qué estamos haciendo los científicos?! 1. Qué se sabe.! 2. Particularmente en nuestro grupo.!
Ugo Mayor*! Porque? Investigamos el Síndrome de Angelman (SA) como paradigma del rol de ubicuitina en el desarrollo del cerebro! Donde? Tras estudios en Suecia y Reino Unido, empecé a estudiar procesos de ubicuitilación en Cambridge en el 2004. Desde 2009/2010 estamos en Bilbao, dedicando la mayor parte a entender mejor los mecanismos que causan el SA.! $$$$$? Con el apoyo local del instituto CIC bioGUNE en la fase inicial (2009-2012) y de la fundación americana March of Dimes específicamente para el proyecto de Síndrome de Angelman usando modelos de laboratorio (2012-2013).!
* y Sofia, con un año de edad en un viaje por Canadá, después de acudir a la conferencia de la International Society for Developmental Neuroscience, 2006. Sofia tiene una duplicación+translocación del cromosoma 3q. Es muy cariñosa y alegre, pero tiene una discapacidad intelectual severa, anda algo torpe… En 2006 aun no estaba diagnosticada.!
Tras los mecanismos moleculares del Síndrome de Angelman! Un nuevo método en modelos de laboratorio revela sustratos de ubicuitilación de UBE3A.! Dr Ugo Mayor, CIC bioGUNE! En nuestro laboratorio queremos elucidar las funciones de ubicuitilación en el cerebro, y para ello usamos modelos celulares y animales de fácil manipulación en el laboratorio. Actualmente, uno de nuestros proyectos principales es identificar que proteínas son clientes de UBE3A, la ligasa de ubicuitilación asociada al Síndrome de Angelman. Recientemente hemos identificado una regulación no descrita hasta ahora del proteasoma por UBE3A. En mi charla intentaré poner nuestros últimos descubrimientos en perspectiva con lo que se ha publicado hasta el día de hoy sobre los sustratos ubicuitilados por UBE3A.!
Sept 7, Madrid
SA es un trastorno genético - Quiere decir que hay un gen que causa el problema
- En algunas enfermedades genéticas hay cientos de genes afectados.
- En otras enfermedades genéticas un solo gen está afectado, ej. ß-globina Anemia falciforme!
SA es un trastorno genético - En algunas enfermedades genéticas el efecto está muy localizado a una función muy específica.
Anemia falciforme!
- En otras enfermedades genéticas, los síntomas son más complejos y diversos, aunque sólo haya un gen afectado, ej. UBE3A.
SA es un trastorno genético - Los genes, unos 30.000 en total, están organizados en cromosomas
- Cada gen contiene la información necesaria para producir una proteína distinta del resto, y en una cantidad apropiada para su función: - Si un gen es defectuoso o está ausente, su proteína no se producirá. - Si un gen está duplicado, la dosis presente de su proteína aumentará.
No son las proteínas parte de la dieta?
- Sí, y mucho más
No son las proteínas parte de la dieta?
- Sí, y mucho más
- 30.000 proteínas distintas se encargan de que nuestros cuerpos se desarrollen, nos alimentemos, nos movamos, pensemos, nos protegen de infecciones, … cada una con una función muy concreta.
Y el libro de instrucciones, donde está?
- No existe, o sí. - Esos 30.000 genes/proteínas contienen también las instrucciones de cuando y donde cada una de ellas ha de hacer su trabajo. Nuestro trabajo es descifrar ese código.
SA es un trastorno genético - Los genes, unos 30.000 en total, están organizados en cromosomas
- Cada gen produce una proteína distinta del resto, y en una cantidad apropiada para su función: - Si un gen es defectuoso o está ausente, su proteína no se producirá. - Si un gen está duplicado, la dosis presente de su proteína aumentará.
Qué mecanismo está alterado en SA? - UBE3A es un gen que se expresa en todo el organismo, pero en el cerebro sólo una de las dos copias se activa.
- Cuando esa única copia es defectuosa, las neuronas carecen totalmente de la proteína UBE3A.
QuÊ ocurre en el cerebro si no hay UBE3A? -  El cerebro humano contiene ~100,000,000,000 neuronas
Qué ocurre en el cerebro si no hay UBE3A? - El cerebro humano contiene ~100,000,000,000 neuronas - Parece ser que la estructura del cerebro en SA es normal
- Sin embargo, la actividad cerebral está claramente alterada - Esto sugiere que si se pudiese corregir los fallos que se generan al faltar UBE3A, se podría recuperar una actividad cerebral normal, ya que no hay defectos estructurales
Qué ocurre en el cerebro si no hay UBE3A? - UBE3A se encarga de decidir el futuro de otras proteínas.
- Para ello usa un mecanismo denominado ubicuitilación
Ubicuitina, una proteina post-it -  Uno de los mecanismos que usa la cÊlula para organizarse
- De 30,000 genes unos 1,000 organizan este mecanismo
Ubicuitina, una proteina ubicua -โ ฏ La adiciรณn de ubicuitina regula cientos de otros procesos
- Fallos en el sistema de ubicuitina estรกn implicados en:
y varias otras enfermedades
Ubicuitilación, un proceso en cadena - UBE3A es una ligasa E3 de ubicuitina, responsable de reconocer a qué proteínas ha de modificar.
- UBE3A es una de cientos de E3 ligasas distintas, cada una con sus sustratos/clientes propios.
Que efecto causa UBE3A a sus sustratos/clientes? - Se ha descrito que el único rol es degradar dichas proteínas
Proteasoma
- De esta forma se regula hasta cuando están activas.
Que proteínas ubicuitin-iliza UBE3A - The 1 Million $ question
?
- La investigación sobre ubicuitina es relativamente reciente
2004
Que proteínas ubicuitin-iliza UBE3A ? - Estudios en células no neuronales o en tubos de ensayo
han indicado varias proteínas sustratos/clientes de UBE3A: Arc, P27, p53, Ect2 y Ephexin5
Que proteínas ubicuitin-iliza UBE3A ? - Cada tipo de célula puede contener componentes distintos
Porqué es tan difícil identificar sus sustratos? - Pocas unidades de cada proteína están modificadas. Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato
- Nuevos métodos de enriquecimiento están en desarrollo. Sustrato
Sustrato
Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato
Sustrato Sustrato Sustrato
Ubicuitina
Que proteínas ubicuitin-iliza UBE3A ? - Los substratos han sido definidos por variar sus niveles E1
Sustrato Sustrato Sustrato
E2
UBE3A
UBE3A E3 UBE3A UBE3A UBE3A
Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato
Total Proteína
Proteasoma Total Proteína Ubicuitina
Que proteínas ubicuitin-iliza UBE3A ? - Las células usan diversos mecanismos para ajustar los niveles de proteínas - Por tanto, una medida indirecta no es una estrategia válida para determinar sustratos de UBE3A (Ej. Arc). Sustrato Sustrato Sustrato Sustrato
Varias rutas posibles
UBE3A
Sustrato
Que proteínas ubicuitin-iliza UBE3A ? - Buscar substratos directos para entender el mecanismo E1
E2
UBE3A
UBE3A E3 UBE3A UBE3A UBE3A
Sustrato
Sustrato Substrate Sustrato Sustrato
Proteína ubicuitilada
Proteína ubicuitilada
Ubicuitina
Porque usamos modelos animales? - El estudio no afecta a personas - Nos permite centrarnos en la función de una sola proteína.
Qué modelos animales usamos? - Moscas de la fruta
- Ratones
- Células (neuronas) en cultivo
Qué técnica usamos? - Hemos desarrollado una estrategia que posibilita: - trabajar en modelos animales y neuronas
- encontrar la “aguja en el pajar”
- validar que sean ubicuitilados directamente por UBE3A
Qué técnica usamos?
Procesado por proteinas deubicuiladoras (DUBs)
BirA biotiniliza la ubicuitina
Sustrato Substrate Sustrato Sustrato
Esta ubicuitina se incorpora …
permitiendo la recogida de los sustratos ubicuitilados
Lo observado hasta la fecha: - Listado total de proteínas ubicuitiladas en el cerebro: - de la mosca - del ratón (experimentos en marcha) - Confirmación de actividad de UBE3A en el cerebro. UBE3A
- Listado de proteínas ubicuitiladas en exceso cuando añadimos más dosis de UBE3A. Sustrato
Substrate Sustrato Sustrato
- Listado de proteínas menos ubicuitiladas cuando reducimos la dosis de UBE3A (exptos en marcha). Sustrato
Proteínas ubicuitiladas por UBE3A:
Datos aún no publicados
Proteínas ubicuitiladas por UBE3A: - Tres de ellas son reguladores del proteasoma
Proteasoma
- Con lo cual UBE3A estaría regulando el destino de muchas más proteínas de lo que se pensaba.
Datos aún no publicados
Confirmación in vivo de la conexión UBE3A/proteasoma: - Usando el modelo de laboratorio por excelencia
= UBE3A E3 UBE3A UBE3A UBE3A UBE3A E3 UBE3A UBE3A UBE3A
+
{ =
Datos aún no publicados
Más evidencia de la conexión UBE3A/proteasoma:
- Ambos afectan la conectividad de las neuronas - Ambos aparecen localizados en estas conexiones - Se ha detectado interacción entre ambos - Pero jamás se había considerado al proteasoma como un sustrato de UBE3A
?
Experimentos en marcha: - Listado total de proteínas ubicuitiladas por UBE3A en el cerebro del ratón / neuronas humanas en cultivo. - Confirmación de la regulación del proteasoma por UBE3A en neuronas humanas en cultivo. - Descifrar el mecanismo exacto de este proceso, para tener la posibilidad de proponer aproximaciones terapéuticas.
En resumen: - No estamos buscando una solución clínica inmediata, sino que estamos descifrando los mecanismos que fallan en SA. - Usamos modelos que nos permitan avanzar más rápido, y que permiten entender la raíz del problema. - Nuestros resultados muy recientes indican una regulación bastante compleja por parte de UBE3A de las neuronas. - Esta regulación, a través del proteasoma, podría explicar observaciones anteriores, y si confirmamos su conservación en humanos daría juego a plantear vías terapéuticas.
Agradecimientos:
iKerbasque
Basque Founda-on for Science
Juanma Maribel Benoit SoYoung Aitor
Otros colaboradores: Larry Reiter (Memphis), Gunnar Dittmar (Berlin), Rosa Barrio (Bilbao), Bill Mansfield and Cath Lindon (Cambridge), Junmin Peng (Atlanta), Mike Clague (Liverpool)