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Conexiones entre los reguladores de ciclo celular y los programas de desarrollo
en organismos eucariotas simples

La forma en que el crecimiento y la progresión del ciclo celular se regulan coordinadamente durante el desarrollo en los organismos eucarióticos es un área activa de investigación. Un buen número de estudios han llevado a una comprensión profunda de los mecanismos centrales que impulsan el ciclo de las células eucariotas. También está cada vez más claro que estos mecanismos centrales se regulan durante el desarrollo. Además, los reguladores del ciclo celular pueden a su vez modular e incluso decidir el destino celular durante el desarrollo. La idea principal que estamos tratando de abordar en el laboratorio es asumir que los reguladores del ciclo celular podrían tener nuevos papeles dedicados a determinar las decisiones de desarrollo de las células eucariotas. Para probar el concepto, estamos utilizando dos modelos distintos de organismos eucarióticos simples: el hongo fitopatógeno Ustilago maydis y el nematodo Caenorhabditis elegans.

El hongo U. maydis es un sistema ideal para analizar las relaciones entre el ciclo celular, la morfogénesis y la patogenicidad. En este sistema modelo, la activación del programa de virulencia implica el apareamiento de un par de células compatibles haploides para producir una hifa dicariótica infecciosa. Este proceso implica fuertes cambios morfológicos (transición de gema a hifa), así como cambios genéticos (transición haploide a dicariótica), abogando por un control preciso del ciclo celular y la morfogénesis durante estas transiciones. Nuestra hipótesis inicial es que la inducción del filamento infeccioso en U. maydis, el primer paso en el proceso patogénico, se basa en un proceso dual que involucra por un lado una detención del ciclo celular específico y en el otro lado la activación específica de un crecimiento hiperpolarizado. Creemos que la interferencia en cualquiera de estos procesos tendría como resultado la inhibición de la virulencia. Nuestros enfoques incluyen tres objetivos principales:

  • Estudiar los mecanismos responsables de la detención del ciclo celular durante la formación del filamento infectivo.
  • Estudiar cómo se regula el crecimiento polar durante la inducción del filamento infectivo.
  • Estudiar cómo la señal transcripcional que emana del programa de virulencia se transmite al ciclo celular y a los reguladores morfogenéticos.

El segundo sistema modelo que estamos usando es C. elegans, que ofrece grandes ventajas para estudiar el control de la división celular durante el desarrollo animal. C. elegans tiene un cuerpo transparente y se desarrolla desde el zigoto de una célula hasta la etapa adulta a través de un patrón de divisiones casi invariante. Por lo tanto, la división de todas las células somáticas se puede seguir dentro de los animales en desarrollo y se conocen los tiempos exactos de la división celular. En combinación con una genética eficiente, esto permite una identificación sensible de mutantes del ciclo celular y un análisis cuantitativo de los defectos de división celular en una resolución que supera las posibilidades en otros modelos animales. Nos centramos en el análisis de las conexiones entre la regulación del ciclo celular y los reguladores de la cromatina, ya que tanto el establecimiento como el mantenimiento de los distintos destinos celulares implican el ajuste del ciclo celular y la formación de cromatina específica.

Imágenes de una estirpe de U. maydis

Figura 1. Imágenes de una estirpe de U. maydis (AB33) que lleva el regulador maestro de virulencia (Factor b) bajo el control de un promotor inducible. Estas células llevan fusiones Tub1-GFP y Cut11-RFP para detectar el citoesqueleto de microtúbulos (verde) y la envoltura nuclear (rojo). En el recuadro se muestran dos células en condiciones de no inducción del programa de virulencia, una en la fase G2 (la envoltura nuclear está presente y los microtúbulos están formando una red citoplasmática, A) mientras que la otra está en mitosis (no hay señal de envoltura nuclear y los microtúbulos se concentran en el llamado “spindle pole body”, B). Las otras células (C-F) están creciendo en condiciones de inducción del factor b y comienzan a producir el tubo infectivo. Su ciclo celular está detenido en fase G2 (un solo núcleo y la envoltura nuclear intacta) y mantienen un crecimiento polar muy fuerte (gracias entre otros factores a la fuerte presencia de microtúbulos).

Imagen de un gusano en fase L1 que lleva una fusión MES-4: GFP creada a través de CRISPR-Cas9.

Figura 2. Imagen de un gusano en fase L1 que lleva una fusión MES-4: GFP creada a través de CRISPR-Cas9. MES-4 es una histona metiltransferasa involucrada en el mantenimiento de la cromatina de la línea germinal, cuya expresión se asume que se regula negativamente cuando se adquieren los destinos celulares.

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Miembros del grupo

José Pérez Martín Profesor de Investigación (CSIC)
Sara Rivera Martín Investigador visitante
Antonio de la Torre Morillo Postdoctoral
Adrián Fragoso Luna Estudiante de Doctorado

Contacto

José Pérez Martín jose.perez@csic.es
923294912
Laboratorio 2.10

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Proyectos de investigación

MINECO: BIO2017-88938-R