Caracterización y análisis de los componentes involucrados en la regulación transcripcional de la síntesis de ácidos micólicos en micobacterias
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Fecha
2018-02-28
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Universidad Nacional de Rosario. Facultad de Ciencias Bioquímicas y Farmacéuticas.
Resumen
La tuberculosis (TB) es una enfermedad infecciosa causada por Mycobacterium tuberculosis y se ha convertido en una emergencia sanitaria en los últimos años provocando más de un millón de muertes al año. El éxito de M. tuberculosis como patógeno se debe en gran medida a su notable capacidad de evadir las respuestas inmunes del húesped y así sobrevivir en el individuo infectado. Para ello, M. tuberculosis ha desarrollado un amplio espectro de lípidos específicos que interactúan activamente con el sistema inmune receptor, entre los cuales podemos mencionar a los ácidos micólicos, uno de los principales lípidos bioactivos presentes en la pared celular de esta bacteria, el cual es esencial para su viabilidad y crucial para su patogenidad. Se sabe que la isoniazida (INH), uno de los fármacos más utilizados para el tratamiento de la TB actúa inhibiendo la biosíntesis de los ácidos micólicos, llevada a cabo por la acción concertada de dos sistemas de sintasa de ácidos grasos presentes en las micobacterias (FAS-I y FAS-II). El sistema FAS-I está involucrado en la biosíntesis de novo de ácidos grasos, liberando acil-CoAs como productos de condensación. Estos compuestos sirven como sustratos para la biosíntesis de los fosfolípidos de la membrana plasmática y los triacilglicéridos de reserva, o pueden ser tomados por el sistema FAS-II para la biosíntesis de ácidos micólicos. Por lo tanto, una correcta interacción entre los dos sistemas FAS sería de vital importancia para las micobacterias a fin de mantener la homeostasis lipídica estrictamente regulada.
Los componentes genéticos del sistema FAS-II han sido identificados en M. tuberculosis y se encuentran agrupados en tres unidades transcripcionales principales: fabD-acpM-kasA-kasB (operón fasII), mabA-inhA y hadA-hadB-hadC. Estudios de microarreglos demostraron que el tratamiento de M. tuberculosis con diversos antibióticos que afectan la síntesis de ácidos micólicos, inducen la transcripción de los genes de operón fasII. Esta información condujo a nuestro grupo de investigación a la búsqueda de reguladores transcripcionales que pudieran estar involucrados en la regulación de la homeostasis lipídica de las micobacterias.
De esta manera, utilizando el microorganismo modelo M. smegmatis nuestro laboratorio descubrió dos reguladores transcripcionales que controlan el metabolismo lipídico: FasR, un regulador transcripcional que activa el operón que codifica para la enzima FAS-I y MabR, un segundo regulador transcripcional que regula
específicamente la expresión del operón fasII. Ambos reguladores mostraron ser esenciales para la viabilidad de las micobacterias, sugiriendo que una regulación estricta del metabolismo lipídico sería fundamental para el desarrollo normal de estas bacterias.
Con el fin de profundizar en la caracterización de la red reguladora involucrada en el mantenimiento de la homeostasis lipídica micobacteriana, en este trabajo de tesis construímos un mutante condicional en el gen mabR y demostramos que la presencia de niveles sub-fisiológicos de este regulador transcripcional conduce a una disminución en la expresión del operón fasII, lo cual nos permitió determinar el rol de MabR como activador transcripcional de dicho operón. Esta disminución en la expresión de MabR se tradujo a su vez en una clara inhibición de la biosíntesis de los ácidos micólicos y una merma en el contenido celular de lípidos complejos que contienen residuos de ácidos micólicos. Además, se observó un aumento notable en el porcentaje de fosfatidil inositol en la membrana plasmática. Todos estos resultados respaldan una activa comunicación entre los dos sistemas FAS.
También demostramos que la activación del operón fasII ante el tratamiento con INH es dependiente de MabR y que la afinidad de MabR por la región promotora del operón fasII es modulada in vivo por los acil-CoAs de cadena larga, productos del sistema FAS-I. Por lo tanto, MabR sería un sensor de la composición de acil-CoA en las micobacterias, el cual articula la interacción entre FAS-I y FAS-II para un correcto funcionamiento de la maquinaria lipídica.
Finalmente, vimos que ante una deficiencia de los productos de condensación del sistema FAS-I, el sistema FAS-II funciona normalmente utilizando los acil-CoAs provenientes de la degradación de TAG como sustrato alternativo para la biosíntesis de ácidos micólicos.
En conclusión, los resultados obtenidos en el presente trabajo de tesis, junto con aquellos previamente publicados por nuestro grupo, sugieren que los dos sistemas FAS deben estar estrictamente co-regulados a nivel transcripcional para mantener la homeostasis lipídica en las micobacterias, y que la disrupción o alteración de dicha comunicación conduce a un microorganismo altamente comprometido en su viabilidad.
Descripción
Palabras clave
Mycobacterium, Lípidos, Regulación Transcripcional