En este proyecto nos proponemos investigar la relación que existe entre la concentración en la membrana celular del fosfatidilinositol 4,5 bifosfato (PIP2), y la regulación funcional que ejerce este fosfolípido sobre canales iónicos e intercambiadores que determinan la excitabilidad celular y la homeostasis del calcio plasmático. Los fosfolípidos contenidos en la membrana celular, son compuestos bioquímicos que si bien se conocen desde hace varias décadas, es hasta recientemente cuando se ha iniciado el estudio de su papel funcional como moléculas claves en el funcionamiento celular al regular enzimas, canales iónicos e intercambiadores. Los trabajos recientes de nuestro grupo, en continuidad con la línea de regulación de funciones por proteínas G, en los últimos años se han orientado al estudio del papel de los fosfolípidos de membrana, dada su relevancia funcional. De esta forma, además de nuestros estudios sobre la regulación del canal de potasio KCNQ2/KCNQ3 (KV7.2/KV7.3), estamos extendiendo nuestro trabajo a los canales de calcio (CaV1.1, CaV2.2), de sodio (NaV1.6, NaV1.7) y a los intercambiadores Na+/Ca2+ (NCX). La estrategia fundamental que emplearemos en este proyecto está basada en el recambio de fosfolípidos de membrana mediante procedimientos de diálisis y manipulación de vías señalización específicas, en los cuales nuestro grupo de trabajo ha acumulado amplia experiencia a través de trabajos previos con la corriente de potasio tipo M, donde la regulación del PIP2 ha quedado bien documentada. A fin de garantizar la viabilidad del proyecto, en nuestro grupo de trabajo participan especialistas de las áreas específicas que requiere el proyecto: electrofisiología, biofísica y biología molecular. Asimismo, nuestro laboratorio cuenta con todos los plásmidos y tipos celulares que requieren los procedimientos experimentales que se proponen en el proyecto. Adicionalmente, con el propósito de evaluar la relevancia de nuestras observaciones en neuronas SCG, en esta propuesta utilizamos el modelo de hiperexcitabilidad neuronal basado en el modelo de alto potasio/bajo magnesio. En este apartado la estrategia experimental consiste en utilizar a la señal de la corriente M como un indicador preciso del nivel de PIP2 en la membrana celular, dado que existe una dependencia estricta del canal M de la concentración de este fosfolípido. De esta forma es posible evaluar la actividad del intercambiador Na+/Ca2+ en procesos alterados que modifican el nivel de PIP2 en la membrana celular y que cursan con elevación del Ca2+ intracelular, uno de los puntos relevantes de este estudio. El proyecto anterior financiado por el PAPIIT resultó muy productivo en la publicación de trabajos (Bravo-Martínez et al, 2011; Vivas et al, 2011; Bravo-Martínez et al, 2012; Vivas et al, 2012, enviado), en difusión (capítulo en libro, Vivas et al, 2012) y en la formación de estudiantes con la graduación y mención honorífica de un estudiante de doctorado (Oscar L. Vivas Rodríguez), dos doctorantes que aprobaron su examen de candidato a doctor y cuatro estudiantes de licenciatura que están redactando su tesis. El presente proyecto se ha venido preparando para superar ampliamente estas expectativas. Por lo tanto, en adición al estudio de la regulación básica de canales iónicos e intercambiadores, nuestra propuesta incide en la relevancia funcional de los fosfolípidos de membrana. Asimismo, nuestro grupo de trabajo y laboratorio se han ampliado para tener una mayor capacidad en la formación de estudiantes y la publicación de trabajos de mayor impacto.

La investigación del papel de los lípidos de membrana en la regulación de canales iónicos e intercambiadores es un tema novedoso que está comenzando en el mundo. Desde un punto de vista metodológico, el reto principal que enfrenta es la estandarización de los procedimientos de diálisis y recambio de los lípidos en el seno de la membrana celular. Estos procedimientos demandan un ato nivel de precisión y control a fin de obtener mediciones reproducibles. Asimismo, requiere de estrategias actuales de investigación que hagan accesible el manejo experimental. En este aspecto la estrategia que propone nuestro grupo de trabajo es novedosa y se ilustra de manera simple en nuestros resultados preliminares. De esta forma, el proyecto es viable con la metodología que estamos proponiendo, en la cual nuestro grupo de trabajo ha acumulado gran experiencia. Del mismo modo, la hipótesis es sólida a luz de sus antecedentes y de su abordaje experimental. Estratégicamente, nuestro grupo de trabajo está conformado por expertos en varias disciplinas que demanda el proyecto: biofísica, electrofisiología, microscopía, bioquímica y biología molecular; esto nos permite anticipar publicaciones en revistas de prestigio internacional y formación de estudiantes competentes en las áreas de investigación que involucra el proyecto. Adicionalmente, nuestra propuesta ha incluido un grupo de experimentos que nos permitirá correlacionar los resultados básicos con problemas de salud relevantes en el mundo que cursan alteraciones en la homeostasis del calcio. De esta forma el conocimiento nuevo se traduce también en posibles aplicaciones relevantes en el campo de la medicina y la salud.