Las toxinas formadoras de poro son un grupo de proteínas que ejercen su efecto tóxico transformándose de monómeros solubles a oligómeros que forman canales transmembranales [1]. Las toxinas Cry de Bacillus thuringiensis han sido usadas como bioinsecticidas durante las últimas décadas ya que son toxinas altamente específicas hacia algunos insectos y nemátodos. Su acción primaria es causar la lisis de las células epiteliales del intestino medio del insecto susceptible, formando poros líticos en la membrana apical. Para lo cual se requiere la transición de proteína soluble a un canal oligomérico. Para explicar como ocurre esta transición, hemos propuesto un mecanismo de acción secuencial que consta de varios pasos. Primero, los cristales que contienen la proteína Cry, al ser ingeridos por algún insecto susceptible, son solubilizados en el ambiente del intestino medio, que en lepidópteros y dípteros es altamente alcalino y reductor. Las protoxinas solubles son activadas por enzimas proteolíticas del intestino medio y una vez activas, se unen a receptores ubicados en las microvellosidades de las células del epitelio intestinal. Inicialmente, la toxina se une al receptor caderina. Se ha demostrado que la interacción con caderina induce cambios conformacionales en la toxina facilitando el corte proteolítico de la hélice α1 [15]. Entonces la toxina expone sitios hidrofóbicos que conllevan a la formación de un oligómero, el cual incrementa su afinidad por un segundo receptor, la aminopeptidasa N. Este receptor localiza el oligómero en regiones específicas de la membrana denominadas “balsas lipídicas”, en donde la toxina se inserta formando canales iónicos o poros, ocasionando lisis celular y finalmente la muerte del insecto [16]. Actualmente existe controversia sobre la participación de la formación de poro lítico en el mecanismo de acción, inclusive se propone que procesos de señalización intracelular podrían participar en la muerte de la larva [2]. En este proyecto nos enfocaremos a estudiar el proceso de oligomerizacion y de formación de poro de las toxinas Cry. En un trabajo preliminar demostramos que estructuras tipo coiled-coil de la hélice α-3 podrían estar participando en la oligomerización de la toxina Cry1Ab. Se aislaron mutantes en hélice α-3 y se comprobó la perdida de toxicidad junto con perdida de capacidad de oligomerizacion y de formación de poro [3]. En este proyecto proponemos identificar cuales son los contactos de la hélice α-3 necesarios para inducir oligomerizacion. Utilizaremos el sistema de complementación de la actividad enzimática dehidrofolato reductasa (DHF). Por otro lado proponemos aislar mutantes capaces de oligomerizar pero afectadas en la inserción en membrana y formación de poro. Este tipo de mutantes pueden formar hetero-oligomeros con la toxina silvestre e inhibir por completo su toxicidad. Esta fenotipo se le llama dominancia negativa y representa una demostración in vivo de la importancia del paso de oligomerizacion en la intoxicación por Cry. Por ultimo proponemos la construcción de cristales bidimensionales (2D) y su análisis con el microscopio electrónico con la finalidad de modelar la estructura del oligomero.

Este proyecto permitirá la descripción del proceso de oligomerizacion de las toxinas Cry de Bt. Actualmente existe una controversia importante sobre el papel de la oligomerizacion en la intoxicación de las toxinas Cry. Se propone que esta estructura se forma después de un corte proteolítico que es inducido por la unión al primer receptor. Posteriormente el oligomero hace contacto con un segundo receptor y se introduce en la membrana causando el poro lítico. Este proceso es muy ineficiente en las condiciones in vitro. No se conoce a nivel molecular como se estructura el oligomero, cuales son las regiones de la toxina que están implicadas en este proceso y cuantas subunidades participan. El conocimiento del mecanismo de oligomerizacion y de la posibilidad de generar hetero-oligomeros funcionales sentara las bases para diseño de nuevas toxinas mas activas en el control de insectos o con espectros de acción incrementados. Tres estudiantes de postgrado participarán en el desarrollo de este proyecto. Dos a nivel maestría y uno a nivel de Doctorado. Los estudiantes, se verán beneficiados con la colaboración con el grupo del Dr. Holzenburg (Texas A&M) ya que en su laboratorio tendrán acceso a metodologías nuevas.