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Francisca Rojo, premio mejor tesis de doctorado 2023
La doctora en Biología celular afirma que la clave de su investigación fue tomar riesgos y desafíos al estudiar una proteína no caracterizada para la cual no existían herramientas.
Francisca Rojo obtuvo el premio anual Dr. Federico Leighton 2023 a la mejor tesis de doctorado en Biología Celular el 2023 con su tesis “Functional characterization of Lipophorin Receptors in the mushroom body of Drosophila melanogaster” con la cual logró el grado de Doctora en Ciencias Biológicas con mención Biología Celular y Molecular Pontificia Universidad Católica de Chile con distinción máxima bajo la guía de la profesora titular del Departamento de Biología Celular y Molecular, Dra. María Paz Marzolo .
“Mis supervisores me avisaron del concurso y me motivaron a participar. No creía tener posibilidades de ganar. Recordaba haber estado en presentaciones de tesis ganadoras años atrás y no estaba segura que la mía fuese suficiente, luego, preparando la postulación me di cuenta de sus fortalezas y lo que la hace especial”, recuerda.
Asumir riesgos y desafíos
Francisca aclara que antes de realizar su investigación, los receptores de Lipoforinas habían sido descritos exclusivamente en su rol de transporte de lípidos en insectos. “Yo describo el rol que tienen en el desarrollo del cerebro, lo que nos habla de conservación evolutiva de funciones ya que la familia de receptores a los que estos pertenecen, que es la familia de receptores de Lipoproteínas de baja densidad (LDL), en mamíferos participan en el desarrollo de estructuras cerebrales claves como corteza, hipocampo y cerebelo”, relata.
Cinco meses y medio de su investigación de la tesis trabajó en el Laboratorio de Plasticidad Cerebral de la École supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (ESPCI-PLA). “Al ser una tesis en co-tutoría entre laboratorios que usan modelos diferentes células de mamífero y de moscas, tuve que adaptar técnicas considerando las diferencias en propiedades celulares, por ejemplo, tamaño, pH, modificaciones postraduccionales y otros”, aclara.
Francisca considera que en su investigación de tesis tomó “riesgos y desafíos. Decidí estudiar una proteína no caracterizada previamente y que decidimos llamar Drospondin, para la cual no existían herramientas para estudiar cuando comencé”.
Otra conclusión novedosa de su tesis es que la “Reelina, una proteína de mamíferos clave para el correcto desarrollo cerebral, es capaz de cumplir funciones similares en la mosca (Drosophila melanogaster) utilizando las proteínas de la mosca misma”.
Deficiencias en estas moléculas de señalización en el cerebro
Francisca sostiene que esta tesis abrirá nuevas posibilidades de investigación para entender mejor “cómo los cerebros alcanzan su forma madura para funcionar de manera adecuada y mantener comportamientos normales. También, las similitudes funcionales encontradas entre Drospondin y Reelina y entre los receptores de Lipoforina (LpRs) con receptor de la proteína de muy baja densidad (VLDL-R) y el receptor de Apolipoproteína tipo 2 (ApoER2), permiten posicionar a la mosca como un modelo para avanzar en el estudio de cómo el cerebro se ve afectado por deficiencias en estas moléculas de señalización. Moléculas, cuya deficiencia en mamíferos se asocia a trastornos del neurodesarrollo como lisencefalia, esquizofrenia, trastorno del espectro autista, y sólo con evidencia para el gen de Reelina, a enfermedades neurodegenerativas como Alzheimer”.
Colaboración clave
Francisca relata que la mayor parte de su trabajo de laboratorio fue en Pandemia, por lo que entre todos los que usaban los espacios debieron coordinarse con turnos para respetar aforos. “Este es un trabajo que se hizo con mi motor y resiliencia, sobre todo cuando las circunstancias externas no me permitían hacer experimentos, pero también gracias a las infinitas personas que me contaron sus experiencias, me dieron ideas y me compartieron herramientas: plásmidos, moscas, equipos”, agradece.
Para su investigación recurrió a todas las vías de información que pudo, empezando por preguntar a quien sabía que “había usado la técnica: mis supervisores, otros profesores, estudiantes, técnicos, papers de técnicas, foros de internet y otros. A partir de eso, inventé un protocolo para probar. También es un trabajo en el que varias personas, que hasta el día de hoy no conozco más allá de intercambios de correos electrónicos, me compartieron recursos claves para responder mis preguntas de investigación: líneas celulares, anticuerpos, moscas con modificaciones genéticas específicas, acceso a microscopios, plásmidos”, comenta.
Impacto en su carrera
Actualmente, Francisca realiza su investigación postdoctoral en el Laboratorio de Plasticidad y Regeneración Cerebral de la Facultad de Biociencias de University of Birmingham en Inglaterra. Advierte que con el tiempo verá cómo influirá el premio en su carrera. “Tener un reconocimiento de este tipo ayuda a validar mi capacidad como investigadora y de llevar un proyecto de investigación de relevancia. Ahora estoy en el postdoc estudiando cómo las experiencias impactan las conexiones neuronales y viceversa, y luego no lo tengo claro, hacer otro postdoc o empezar a postular a cargos académicos. Mi plan a largo plazo es abrir mi propio laboratorio para estudiar neurobiología básica utilizando la D. melanogaster como modelo”, anuncia.
Acá te dejamos el resumen de la tesis de Francisca Rojo:
Caracterización funcional de los Receptores de Lipoforinas en el cuerpo fungiforme de Drosophila melanogaster
(Functional characterization of Lipophorin Receptors in the mushroom body of Drosophila melanogaster)
El receptor de la proteína de muy baja densidad (VLDL-R) y el receptor de Apolipoproteína tipo 2 (ApoER2) son dos proteínas que además de estar involucradas en el ingreso de lípidos a las células actúan como receptores para Reelina (Reelin), una glicoproteína de matriz extracelular responsable de migración neuronal, del patrón de disposición neuronal en corteza cerebral, hipocampo y cerebelo, y de plasticidad neuronal. El efecto de Reelina depende de la activación de sus receptores y es mediado por la proteína adaptadora Dab1. En Drosophila melanogaster, los receptores de Lipoforina (LpRs) median el consumo de lípidos por las células. Las moscas presentan dos genes homólogos para ApoER2/VLDL-R: receptor de Lipoforinas de tipo 1 (LpR1) y receptor de Lipoforinas de tipo 2 (LpR2) . Estos receptores han sido asociados al transporte de lípidos y oogenesis, lo que es consistente con lo que se conoce acerca de la familia de receptores de Lipoproteínas de baja densidad (LDLR) en vertebrados. Importantemente, varios componentes de la vía de señalización canónica de Reelina están presente en Drosophila, incluyendo Dab (ortólogo de la proteína de mamífero Dab1). Un estudio sugiere que Reelina está presente en el filo artrópoda, al que pertenece D. melanogaster. Sin embargo, no se ha sugerido la presencia de una proteína con señalización tipo Reelina en Drosophila.
El cuerpo fungiforme (MB) es una estructura cerebral en la mosca previamente asociada a cambios plásticos. Resultados previos de nuestros laboratorios indican que la exposición de cultivos primarios de neuronas del MB a Reelina de mamíferos resulta en un aumento en el crecimiento de neuritas y en su complejidad, similar a lo que se ha observado en cultivos de neuronas hipocampales tratados con esta glicoproteína. Este efecto no es observado en cultivos primarios de moscas mutantes hipomorfas para LpR1. Más aún, las neuronas del MB de moscas deficientes en CG17739, una proteína no caracterizada previamente, presentan defectos basales en su árbol neurítico; este defecto es superado si se tratan con Reelina.
Considerando las evidencias discutidas arriba hipotetizamos que en Drosophila existe un ligando endógeno para los LpRs que gatilla una vía de señalización similar a la descrita para Reelina en el hipocampo.
Primero, se propuso determinar la función de los LpRs en las neuronas del MB. Para alcanzar este objetivo, se evaluó el patrón de expresión de LpR1 y LpR2. Los resultados muestran una amplia expresión de LpR1 y LpR2, pero además, que LpR1 se expresa fuertemente en los lóbulos ץ de la mosca en tercer estadio larval y en un grupo de neuronas que rodea los lóbulos ß en pupa y adulto. La arquitectura del MB y comportamientos como memoria a mediano plazo y sueño fueron estudiados en animales mutantes y con una expresión disminuida para los LpRs. Se hallaron defectos en el patrón axonal en la generación de la estructura del MB, y problemas en la formación de memorias y en la arquitectura del sueño. También fue estudiado si es que los LpRs interactuaban con Reelina. Observamos que el típico incremento en la complejidad del árbol dendrítico en neuronas del MB no ocurre en células deficientes en LpR1 o LpR2. Además, encontramos que isoformas larga de LpR1 y de LpR2 son necesarias para la internalización de Reelina por las células. El primer mediador intracelular de Reelina en vertebrados es Dab1.
Entonces, los resultados obtenidos con moscas deficientes para LpRs fueron complementados en animales deficientes de Dab. Animales haploinsuficientes para Dab exhibieron un MB de estructura aberrante. Estos animales también presentaron defectos en la formación de memorias y en la regulación del sueño. Por otro lado, neuronas del MB de animales deficientes para Dab no tienen la capacidad de responder a Reelina. Estos resultados apoyan que tanto LpRs como Dab son proteínas importantes en el establecimiento de la estructura del MB del adulto en el cerebro de Drosophila, lo que es relevante para sus funciones.
Segundo, se planteó como objetivo estudiar la proteína codificada por CG17739, un posible ligando endógeno para LpRs en Drosophila. Para esto, se evaluó el patrón de expresión de CG17739 en diferentes etapas del desarrollo. Se encontró que la proteína CG17739 está presente en la superficie del cerebro de mosca en las distintas etapas del desarrollo y rodeando varias neuropilas, incluyendo el MB. Estudios con doble marca demuestran que CG17739 es producido por células gliales. Se evaluó la estructura del MB en moscas con una expresión disminuida de CG17739 y se halló que moscas deficientes para la expresión de CG17739 presentan defectos similares a los descritos para los mutantes de LpRs y Dab. Nuestros datos indican que CG17739 y LpRs interactúan genéticamente para modular los fenotipos anatómicos. También, se encontró que animales mutantes para CG17739 presentan una desregulación en su patrón de locomoción y de sueño. CG17739 fue producido en una línea celular de Drosophila y fue demostrado que esta proteína sufre al menos un corte proteolítico al momento de ser secretada o posterior a este proceso.
Por otro lado, las neuronas del MB fueron tratadas en cultivo primario con CG17739. Se observó aumento en la complejidad de los procesos neuronales en las neuronas del MB expuestas a CG17739.
Los resultados presentados en esta tesis soportan la idea de la existencia de una nueva vía de señalización gatillada por la proteína CG17739, que depende de LpRs y Dab, cuya acción contribuye a que estructuras cerebrales del cerebro de mosca se desarrollen adecuadamente y puedan operar correctamente para definir distintas conductas en animales adultos. Debido a su similitud con F-spondina y Reelina nombramos a la proteína codificada por CG17739, Drospondina.