Desde hace mas de treita años es concido que la vitamina biotina modifica la expresión de un número creciente de proteínas hepáticas. En nuestro laboratorio hemos demostrado que la biotina actúa como un segundo mensajero al ser transformada por la enzima holocarboxilasa sintetasa (HCS) a 5´-biotinyl-AMP (B-AMP. El B-AMP activa la cascada de transducción de señales compuesta por las enzimas guanilato ciclasa soluble (sGC)y la proteína cinasa dependiente de GMPc (PKG). Esta última al ser activada migra al núcleo en donde activa la transcripción de genes blanco. Los resultados de nuestra investigación han permitido demostrar que la interrupción de la cascada HCS-sGC-PKG es responsable de algunas de las manifestacions clínicas y bioquímicas de la enfermedad deficiencia múltiple de carboxilasas. Sin embargo, existen padecimientos genéticos y efectos teratogénicos de la deficiencia de biotina que no pueden ser explicados en base a los resultados anteriormente descritos. Recientemente se ha demostrado que la HCS puede catalizar la biotinilación de histonas en el núcleo celular sin que hasta el momento se haya descubierto cual es el papel de esta modificación posttraduccional. En este proyecto proponemos que la HCS nuclear forma parte de complejos proteícos asociados a la cromatina que intervienen en el silenciamiento genético a diferencia de la cascada HCS-sGC-PKG cuya función es la de activar la transcripción. Para probar esta hipótesis hemos decidido estudiar la ubicación y función de HCS en el núcleo de células humanas y cromosomas politenicos de larvas de Drosophila melanogaster mediante ensayos de inmunotinción y co-inmunoprecipitación de complejos preoteicos nucleares. También proponemos caracterizar el efecto de HCS sobre la activación del promotor de HSP70 un gen activado por stress por calor en D. melanogaster mediante ensayos de inmunoprecipitación de cromatina (ChIP). Finalmente, caracterizaremos la función de dos genes clonados por nuestro laboratorio y a cuyos productos le hemos denominado HIP (HCS Interacting Proteins)debido a su asociación a HCS en el núcleo de células humanas. Los resultados preliminares de este proyecto (incluídos en un CD a esta solicitud) demuestran que la HCS se encuentra formando parte de la cromatina de D. melanogaster en bandas discretas que parecen delimitar regiones de heterocromatina y eucromatina. En estas bandas, la HCS colocaliza con la TAT binding protein (TBP). Mientras que la HCS y TBP desaparecen de estas regiones al activar la transcripción mediante shock por calor hemos demostrado un enriquecimiento de RNA pol II. estos resultados parecen apoyar el papel de HCS nuclear en el silenciamiento transcripcional. Este proyecto esta encaminado a describir el mecanismo y complejos polipeptidicos involucrados en estos resultados.

En el pasado reciente mi laboratorio ha contribuido a entender el papel de la vitamina biotina y la enzima holocarboxilasas sintetasa (HCS) en el mantenimiento de la homeostasis metabólica, enfermedades genéticas, regulación transcripcional y un novedoso mecanismo de protección del metabolismo cerebral durante el ayuno o la deficiencia nutricional. Sin embargo, para poder comprender en su totalidad la importancia de esta vitamina en células humanas es necesario estudiar la función nuclear de HCS. El presente proyecto contribuirá al avance del conocimiento de este campo en las siguientes formas: 1. Determinaremos la ubicación y función de la HCS en el núcleo celular utilizando como modelos experimentales células humanas en cultivo y en diferentes etapas del desarrollo de D. melanogaster. 2. Este trabajo caracterizará el efecto del reclutamiento de HCS sobre la activación o silenciamiento de genes blanco en glándulas salivales de D. melanogaster. 3. La caracterización de proteínas que se asocian a HCS en citoplasma y núcleo permitirá profundizar nuestro conocimiento acerca de las diversas funciones de la biotina y posiblemente identificar la función fisiológica de la biotinilación de histonas y su relación con la remodelación de la cromatina. La presente solicitud de donativo representa una línea de investigación en la que ha trabajado mi laboratorio del Instituto de Investigaciones biomédicas durante los últimos 5 años. Como resultado de esta investigación hemos descrito una vía de señalización celular activada por la enzima HCS y biotina y un mecanismo que garantiza la continuidad del metabolismo cerebral en ayuno prolongado o deficiencia de biotina. A este sistema le hemos denominado altruismo tisular. Como resultado de nuestras investigaciones se han publicado en estos años artículos originales en revistas internacionales de alto impacto entre las que destacan Proceedings of the National Academy of Sciences, Journal of Biological Chemistry, Journal of Nutritional Biochemistry y Molecular Genetics and Metabolism. De manera igualmente importante este proyecto ha contribuido a la formación de dos estudiantes de Doctorado en Ciencias Biomédicas, dos estudiantes de licenciatura en Biología, un estudiante postdoctoral de la Universidad de Aachen, Alemania. Actualmente 2 estudiantes de doctorado y uno de licenciatura trabajan en proyectos asociados a esta solicitud.