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Instituto de Histología y Embriología "Dr. Mario H. Burgos"

Mayorga, Luis

Laboratorio de Fusión de Membranas y Exocitosis Acrosomal

El laboratorio se interesa en los mecanismos de transporte intracelular en distintos modelos experimentales. Una característica de nuestro trabajo ha sido el diseño de nuevos ensayos que permitan abordar los fenómenos bajo estudio desde perspectivas no abordadas anteriormente.

Líneas de investigación

I. Reacción Acrosomal en Espermatozoide Humano

  • Eventos cinéticos y dinámicos vinculados a la reacción acrosomal

Nos interesa estudiar de manera dinámica y en tiempo real con alta resolución espacial y temporal la exocitosis acrosomal y su relación con los flujos iónicos, pH, volumen acrosomal, y potencial de membrana en medios acuosos y viscosos (condiciones semi-fisiológicas) (Gerardo De Blas).

  • Cambios morfológicos y moleculares de la exocitosis acrosomal

Buscamos identificar y caracterizar los mecanismos moleculares y su relación temporal con el aumento de volumen que explican los cambios morfológicos del acrosoma durante la reacción acrosomal (Gerardo De Blas).

  • Mecanismo de la translocación a través de la membrana del espermatozoide de péptidos de penetración celular

Nos interesa entender cómo funcionan los péptidos de penetración celular. En este sentido, el espermatozoide es un buen modelo porque no realiza endocitosis y el único modo de ingresar a la célula es atravesando la membrana plasmática. Este tema se lleva en colaboración con el grupo del Dr. Mario Del Popolo que hace la modelización matemática y colaboramos con grupos en biofísica de Córdoba (Victoria Berberián y Matías Vía).

  • Laboratorio de Tele - Análisis e Investigación Traslacional (LaTIT)

Proyectamos concentrar los esfuerzos en 3 aspectos de la infertilidad masculina:

Avanzar en la comprensión de la biología celular del espermatozoide.

Identificar biomarcadores que ayuden a una mejor clasificación de las patologías del semen.

Innovar y desarrollar nuevas herramientas de diagnóstico molecular y bioquímico que mejoren la calidad del diagnóstico andrológico.

Además, y en relación con los objetivos anteriores, crearemos un Living-Lab, este es un espacio multidisciplinario que trabajará en escenarios reales, con un entorno de investigación e innovación, de gran impacto en el manejo y en la vigilancia epidemiológica, que se articulará con diferentes actores sociales.

En estos momentos, en colaboración con la Universidad de Chile, estamos trabajando en desarrollar una herramienta computacional que permita clasificar la reacción acrosomal (utilizando tinciones no fluorescentes) y la movilidad hiperactivada en espermatozoides humanos a través del procesamiento de micrografías digitales de muestras de semen y la posterior clasificación mediante técnicas de aprendizaje automático. (Gerardo De Blas)

II. Transporte intracelular y presentación cruzada en células dendríticas

La etapa del transporte endocítico conocida como “sorting” o “de distribución” es especialmente compleja permitiendo el direccionamiento del material incorporado hacia los lisosomas o hacia vías de reciclaje. Muy poco se sabe sobre esta etapa crucial de la endocitosis en células dendríticas. Nuestro laboratorio busca definir el papel que juegan los endosomas de distribución en la presentación cruzada de antígenos en las células dendríticas. Para ello alteramos la topología de los endosomas de distribución silenciando factores esenciales para: 1) la formación de micro-dominios de membrana, 2) la formación de túbulos, y 3) la formación de vesículas intra-luminales.

Inmunofluorescencia indirecta y microscopía confocal mostrando la distribución de lisosomas en células dendríticas murinas obtenidas de médula ósea mediante la marcación de Lamp1 (verde). Los núcleos han sido teñidos con DAPI (azul).

III. Estudio de proteínas involucradas en la exocitosis de GLUT4 en células mioblásticas

La captación de glucosa en tejido muscular y adiposo está mediada por el transportador de glucosa GLUT4.

El aumento de insulina plasmática y la contracción muscular disparan el transporte y fusión de vesículas ricas en GLUT4 con membrana plasmática generando un incremento de GLUT4 sobre la superficie celular y un consecuente ingreso de glucosa a las células. La resistencia a la insulina podría deberse en parte a problemas en el tráfico y fusión con la membrana plasmática de vesículas transportadoras de GLUT4.  Nuestro objetivo principal es estudiar la presencia y participación de proteínas moduladoras de la exocitosis de GLUT4 tanto en situaciones controles como en la insulino resistencia. Para ello, estudiamos la translocación de GLUT4 e ingreso de glucosa en células mioblásticas modificadas por el silenciamiento de genes, sobreexpresión de  proteínas y uso de proteínas permeables.

Deformaciones de la membrana acrosomal involucrada en el mecanismo de formación de vesículas híbridas. Modelo propuesto de organización de microdominios de membranas dependientes de los complejos ESCRT.Pocognoni, CA; Berberián, MV; Mayorga, LS (2015) ESCRT (Endosomal Sorting Complex Required for Transport) machinery is essential for acrosomal exocytosis in human sperm. Biol. Reprod. in press 

IV. Combinación de modelización basada en agentes (ABM) con ecuaciones diferenciales (ODE) para generar simulaciones de procesos de transporte intracelular complejos

En esta línea de trabajo hemos desarrollado una plataforma computacional utilizando la combinación de modelización basada en agentes con ecuaciones diferenciales para simular transporte intracelular en la vía endocítica.

Esta plataforma permite simular la naturaleza dinámica de las estructuras intracelulares que se mueven, cambian de forma, interaccionan, se fusionan y dividen y al mismo tiempo son base de una compleja red de interacciones moleculares y reacciones químicas.

En una primera etapa hemos modelizado el metabolismo de un gangliósido. El modelo así generado reproduce adecuadamente las observaciones experimentales previamente publicadas por nuestro laboratorio y otros grupos de investigación.

En una nueva etapa esperamos modelizar presentación cruzada en células dendríticas y transporte de Glut4 en células musculares de modo de utilizar esta herramienta para organizar las observaciones experimentales en modelos integrados de transporte.

Nuestra expectativa es que la plataforma y los modelos generados sean útiles para otros biólogos celulares trabajando en transporte intracelular y en otros campos de la Biología Celular.