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Investigación » Biotecnología y Bioquímica » Profesores/Investigadores » Dr. Blanco Labra Alejandro » Laboratorio de Mecanismos de Defensa de Pantas

 

El trabajo de este grupo está orientado principalmente al estudio de proteínas involucradas en los mecanismos de defensa de las plantas, contra insectos y hongos, así como, en la aplicación de algunas de estas proteínas vegetales en el campo de la medicina.

 

Inhibidores de proteasas e inhibidores de amilasas.

 

De las proteínas de plantas que participan en los mecanismos de defensa de éstas, son por su importancia los inhibidores de proteasas y los de amilasas los que han recibido mayor atención. Ambos se encuentran tanto en tejido aéreo, en donde pueden ser inducidas, como en las semillas, formando parte de las proteínas de reserva. Nuestro principal interés se ha centrado en el aislamiento, identificación y caracterización de las moléculas, aisladas de plantas de interés para México, con el fin de entender su papel como parte de los mecanismos de defensa de las plantas. Hemos podido caracterizar algunos inhibidores cuyas propiedades destacan por su alto potencial para ser utilizadas, ya sea como marcadores moleculares para seleccionar plantas más resistentes, como por su potencial para ser introducidas en plantas transformadas, a fin de producir plantas con mayor resistencia a los ataques de insectos o de hongos y potencialmente de virus.

 

Inhibidores de proteasas: Dentro e este grupo hemos podido caracterizar algunos inhibidores con propiedades especiales, como es el caso del inhibidor de semillas de chan, el cual muestra una muy elevada actividad sobre las diferentes serín proteasas presentes en intestino del insecto Prostephanus truncatus, el cual representa uno de los insectos más dañinos para el maíz (Fig. 1). Su secuencia N-terminal muestra diferencias con los inhibidores conocidos y actualmente estamos determinando su secuencia completa.

El inhibidor aislado de fríjol tépari, presentó un muy amplio rango de actividad hacia diferentes insectos que atacan a granos de interés agrícola, principalmente contra brúquidos que atacan al fríjol, incluyendo el Acanthoscelides obtectus , el cual presenta una resistencia muy alta a los inhibidores que hasta la fecha han sido estudiados. Este inhibidor al igual que el del chan, presenta la característica de formar dímeros y trímeros en su forma activa, pero en este caso, se pudo determinar por espectrometría de masas que incluyen también un átomo de calcio en la forma oligomérica activa.

 

 

Por lo que se refiere a los inhibidores de amilasas, reportamos la presencia de un pequeño inhibidor presente en granos de amaranto, el cual resultó activo contra diferentes amilasas de insectos que atacan a granos de importancia económica. Se determinó su secuencia y se sintetizó el gen correspondiente, expresándose en forma activa en E. coli.

  

 

Figura 1. Zimograma de proteasas tipo tripsina de intestino del insecto P. truncatus, con y sin el inhibidor de protesasa de semillas de chan

 

Recientemente hemos reportado la purificación y caracterización de dos diferentes inhibidores de amilasas extraídos de maíz, uno hidrofóbico, y uno hidrofílico, cuya característica principal consiste en ser capaces de inhibir las amilasas del hongo Fusarium verticillioides productor de la toxina fumonisina. Esta toxina es altamente tóxica para los humanos y para los animales. Esto abre la posibilidad de obtener materiales con mayor resistencia a este hongo, tanto a través de mejoramiento genético, ya que se encuentran ya presente en algunos maíces, como por transformación genética, pudiéndose disminuir así una de las causas importantes de la elevada toxicidad que a la fecha se tiene cuando se consume maíz contaminado con esta toxina fúngica.

 

Aplicaciones médicas.

 

En los procesos biológicos las proteasas ocupan un lugar altamente relevante, ya que son ellas las encargadas de procesar las proenzimas (zimógenos), digerir los receptores para evitar su reconocimiento, controlar la duración de péptidos bioactivos, controlar la existencia de proteínas defectuosas, digerir las proteínas de los alimentos, entre otras muchas funciones. En células patológicas como es el caso de las células cancerígenas, las proteasas juegan un papel determinante, tanto en el crecimiento de los tumores, como en su vascularización (angiogénesis), y al mismo tiempo son un requisito indispensable para poder realizar el fenómeno de metástasis. De hecho, son ellas las que permiten liberar a la célula de su entorno, para poder ingresar al torrente circulatorio e iniciar el cancer. Este fenómeno está regido por un fino balance entre las proteasas existentes en la célula, las proteasas que excreta al medio y sus respectivos inhibidores naturales que las mismas células producen. Cuando este balance se altera (estado patológico) y las proteasas actúan sobre las proteínas de la matriz extracelular, se inicia el proceso de liberación de las células malignas, iniciándose así el cancer. Es aquí donde los inhibidores de proteasas extraídos de plantas, pueden jugar un importante papel terapeútico, al inhibir la actividad de esas proteasas, impidiendo así su liberación y por lo tanto la metástasis.

Probando los distintos inhibidores que hemos aislado de distintas plantas, encontramos que tanto el inhibidor de chan, como el de fríjol tépari disminuían el avance de las células malignas, principalmente el inhibidor de frijol tépari, el cual mostró un importante efecto sobre algunos cultivos de líneas celulares cancerígenas, impidiendo la liberación de las células (Fig. 2).

 

Este efecto fue selectivo y dependiente de la concentración, detectándose a dosis muy bajas de este compuesto. Actualmente estamos determinando sobre que espectro de líneas celulares actúa, así como sobre cuales son las proteasas blanco sobre las que ejerce su efecto, a fin de entender su mecanismo molecular de acción en ese importante proceso patológico.

 

Finalmente, hemos trabajado con otras proteínas también relacionadas con los mecanismos de defensa de la planta , como son las lectinas, de las cuales hemos detectado que también tienen una actividad sobre células cancerígenas, en este caso disminuyendo su proliferación celular.

Asimismo, trabajamos sobre una polifenol oxidasa de uva. Esta molécula también participa en la defensa de la planta, a través de los mecanismos de oxidación, propiciando la formación de especies reactivas de oxígeno.

   

  

Figura 2. Efecto del inhibidor de proteasas de frijol tépari, sobre la adhesión celular de fibroblastos 3T3/v-mos. (A) sin inhibidor y (B) con inhibidor)

 

Actualmente hemos ya purificado la enzima y estamos en el proceso de cristalización para su posterior estudio de la estructura tridimensional, lo que nos permitirá entender mejor su mecanismo de acción. Esto último en colaboración con el grupo del Dr. Moreno de la UNAM.

 

 

 

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