Biología de Membranas y Reparación axonal

Grupo de Biología de Membrana y Reparación Axonal

­Laboratorio de Biología de Membranas

 

Investigador principal: Dr. José Abad Rodríguez

E-mail: jabadr@sescam.jccm.es

 

El Laboratorio de Biología de Membranas (LBM) investiga la organización de la membrana plasmática y su papel en el sistema nervioso. En particular estudiamos el papel de los glicanos (en glicolípidos y glicoproteínas) y de las proteínas que los unen (lectinas) en la diferenciación de las neuronas, con especial interés en la regeneración del sistema nervioso central y en patologías neurológicas y neurodegenerativas.

 

La actividad científica del LBM tomó como base algunos hitos destacados de la trayectoria del IP del laboratorio, entre los que se encuentran la descripción de la influencia del colesterol de la membrana neuronal en la producción de péptido beta-amiloide en la enfermedad de Alzheimer (12,17,18), o el establecimiento del papel de la sialidasa de membrana Neu3 en la determinación, el crecimiento y la regeneración de los axones, tanto in vitro como in vivo (10,16,19). Una vez en el Hospital Nacional de Parapléjicos (HNP), el LBM ha establecido la importancia de la familia de las galectinas (lectinas que unen beta-galactósidos) en algunas funciones centrales de la fisiología axonal, como la estimulación local de la ramificación axonal por galectina-3 fosforilada (14), el mecanismo de transporte axonal de glicoproteínas dependiente de sulfátidos y galectina-4 (11), y la inhibición local de la mielinización in vitro por parte de esta misma lectina (6), función que esta lectina no presenta, sin embargo, en la mielinización in vivo (2).

 

Recientemente hemos demostrado que en modelos animales como los ratones LGalS4-KO, la falta de Galectina-4 que se expresa mayoritariamente en el intestino produce deficiencias en la memoria y el aprendizaje, así como alteraciones a nivel sináptico que se correlacionan con cambios en el intestino. microbiota (publicación en curso). Esto generó una nueva línea de investigación en el laboratorio, financiada por un proyecto de la Agencia Nacional de Investigación, en la que abordamos cómo las alteraciones intestinales inducidas por la ausencia de galectinas producen deficiencias sinápticas a través del eje “microbiota-intestino-cerebro”, y si estos también dan lugar a disfunciones neurocognitivas asociadas, como ansiedad y depresión.

 

Para conseguir nuestros objetivos, trabajamos con sistemas in vitro, utilizando como base cultivos primarios de neuronas, astrocitos, oligodendrocitos y microglia de roedor, o cultivos de líneas celulares establecidas. La microscopia convencional, confocal y time-lapse son nuestras técnicas de análisis celular y tisular (immunohistoquímica) más habituales. Además, en la actualidad desarrollamos métodos de análisis basados en microscopía high-content screening, apoyada por protocolos de inteligencia artificial, en colaboración con el Servicio de Microscopía de nuestro centro. Combinamos los análisis microscópicos con métodos estándar de biología molecular (clonaje, RT-PCR, etc) y de bioquímica (inmunoblot, ELISA, etc.). Una característica distintiva de nuestro grupo es nuestra especialización en el análisis de membranas y lípidos, tanto en células vivas (unión de superficie, co-patching...), tejidos (tinciones de Fast Blue y Black Gold para mielina...), como en extractos celulares (fraccionamiento de membrana, purificación de rafts y sinaptosomas, extracción y análisis de lípidos/glicolípidos). En este sentido, estamos desarrollando metodologías de análisis lipidómico y metabolómico de muestras complejas por LC-MS, en colaboración con el Servicio de Proteómica de nuestro centro. Asimismo, hemos puesto a punto varios sistemas experimentales para evaluar la función cognitiva de roedores en el contexto de nuestra investigación con los ratones KO mencionados anteriormente, complementados con estudios electrofisiológicos que desarrollamos en colaboración con el grupo de Neurofisiología Experimental del HNP y con el grupo de Mecanismos de Plasticidad Sináptica del CBMSO-CSIC (Cantoblanco, Madrid). 

 

Publicaciones seleccionadas

 

  1. Abad-Rodríguez J, Brocca ME, Higuero AM. Glycans and Carbohydrate-Binding/Transforming Proteins in Axon Physiology. Adv. Neurobiol. 2023; 29:185-217 doi: 10.1007/978-3-031-12390-0_7
  2. Brocca ME, Mora-Rubio A, Alonso-Calviño E, Fernández-López E, Díez-Revuelta N, Martos-Puñal D, Aguilar J, Higuero AM, Abad-Rodríguez J*. Normal Cortical Myelination in Galectin-4-Deficient Mice. Cells. 2022;11(21):3485. doi: 10.3390/cells11213485
  3. Kutzner TJ, Higuero AM, Süßmair M, Hingar M, Kaltner H, Lindner I, Kopitz J, Abad-Rodríguez J, Reusch D, Gabius HJ. What Happens If a Human Galectin Enters the Endoplasmic Reticulum? Methods Mol Biol. 2022; 2442:247-288. doi: 10.1007/978-1-0716-2055-7_15.
  4. Habermann FA, Kaltner H, Higuero AM, García Caballero G, Ludwig AK, C Manning J, Abad-Rodríguez J, Gabius HJ. What Cyto- and Histochemistry Can Do to Crack the Sugar Code. Acta Histochem Cytochem. 2021; 54(2):31-48. doi: 10.1267/ahc.21-00017
  5. Ledeen RW., Kopitz J., Abad-Rodríguez J., Gabius HJ. Glycan Chains of Gangliosides: Functional Ligands for Tissue Lectins (Siglecs/Galectins). Prog Mol Biol Transl Sci. 2018;156:289-324. doi: 10.1016/bs.pmbts.2017.12.004
  6. Díez-Revuelta N.,Higuero A.M.,Velasco S, Peñas-de-la-Iglesia M., Gabius HJ, Abad-Rodríguez J. Neurons define non-myelinated axon segments by the regulation of galectin-4-containing axon membrane domains. Sci Rep. 2017; 25;7(1):12246. doi: 10.1038/s41598-017-12295-6.
  7. Higuero A.M., Díez-Revuelta N., Abad-Rodríguez J. The sugar code in neuronal physiology. Histochem Cell Biol. 2017; 147(2):257-267 doi:10.1007/s00418-016-1519-3
  8. Abad-Rodríguez J, Díez-Revuelta N. Axon glycoprotein routing in nerve polarity, function, and repair. TIBS July 2015; 40(7):385-396 doi: 10.1016/j.tibs.2015.03.015.
  9. Oliviero A.; Carrasco-Lopez M.C.; Campolo M.; Perez-Borrego Y.A., Soto-León V., Javier Gonzalez-Rosa; Alonso M Higuero; Bryan A Strange; Jose Abad-Rodriguez; Foffani G. Safety study of transcranial static magnetic field stimulation (tSMS) of the human cortex. Brain Stimul. 2015 May-Jun;8(3):481-5 doi: 10.1016/j.brs.2014.12.002.
  10. Kappagantula S., Andrews M.R., Cheah M., Abad-Rodríguez J., Dotti C.G., Fawcett J.W. Neu-3 Sialidase-mediated ganglioside conversion is necessary for axon regeneration and is blocked in CNS axons. J. Neurosci.  2014, 34(7):2477-2492; doi:10.1523/jneurosci.4432-13.2014.
  11. Velasco S, Díez-Revuelta N, Hernández-Iglesias T, Kaltner H, André S, Gabius HJ, Abad-Rodríguez J* Neuronal Galectin-4 is required for axon growth and for the organization of axonal membrane L1 delivery and clustering. J. Neurochem. 2013 125(1):49 - 62. doi: 10.1111/jnc.12148.
  12. Abad-Rodríguez J*. ApoE isoform-related behavioral defects. Is chronic cholesterol loss-driven membrane disorganization behind? Exp. Neurol. 2013, 241:1-4. doi: 10.1016/j.expneurol.2012.12.002.
  13. De Cárcer G., Escobar B., Higuero A., García L., Ansón A., Pérez G., Mollejo M., Manning G., Meléndez B., Abad-Rodríguez J., and Malumbres M. Plk5, a Polo-box domain-only protein with specific roles in neuron differentiation and glioblastoma suppression. Mol. Cell. Biol. 2011, 31: 1225-39.
  14. Díez-Revuelta N., Velasco S., André S., Kübler D., Gabius H.J. and Abad-Rodríguez J*. Phosphorylation of adhesion/growth-regulatory human Galectin-3 leads to the induction of axonal branching by local membrane L1/ERM redistribution.  J Cell Sci. 2010 Mar 1;123: 671-81.
  15. Higuero AM, Sánchez-Ruiloba L, Doglio LE, Portillo F, Abad-Rodríguez J, Dotti CG, Iglesias T. Kidins220/ARMS modulates the activity of microtubule-regulating proteins and controls neuronal polarity and development. J. Biol. Chem. 2010 Jan 8; 285(2):1343-57.
  16. Santos Da Silva J, Hasegawa T, Miyagi T, Dotti CG. and Abad-Rodríguez J*.  Asymmetric membrane ganglioside sialidase activity specifies axonal fate. Nature Neurosci. 2005, May; 8(5): 606-15.
  17. Abad-Rodríguez J, Ledesma MD, Craessaerts K, Perga S, Medina M, Delacourte A, Dingwall C, De Strooper B and Dotti CG. Neuronal membrane cholesterol loss enhances amyloid peptide generation. J. Cell Biol. 2004 Dec 6;167(5):953-60; doi: 10.1083/jcb.200404149
  18. LedesmaMD*, Abad-RodríguezJ.*, Galvan C, Biondi E., NavarroP., DelacourteA, DingwallC, and DottiCG. Raft disorganization leads to reduced plasmin activity in Alzheimer’s disease brains. EMBO Rep. 2003 Dec; 4(12):1190-6; doi: 10.1038/sj.embor.7400021; (* equal contribution)
  19.  Abad-Rodríguez J, Piddini E, Hasegawa T, Miyagi T, Dotti CG. Plasma membrane ganglioside sialidase regulates axonal growth and regeneration in hippocampal neurons in culture. J. Neurosci. 2001 Nov 1;21(21):8387-95, Doi: 10.1523/JNEUROSCI.21-21-08387.2001

 

 

Miembros del Equipo

 

José Abad Rodríguez: Responsable del laboratorio; Doctor en Ciencias (Bioquímica y Biología Molecular) por la Universidad Autónoma de Madrid.

 http://www.linkedin.com/pub/jose-abad-rodriguez/1b/137/5ab

 

Alonso Higuero Romero: Investigador Posdoctoral, Doctor en Bioquímica, Biología Molecular y Biomedicina. Universidad Autónoma de Madrid.

 

Natalia Díez Revuelta: Investigadora Posdoctoral, Doctora en Bioquímica y Biología Molecular. Universidad Complutense de Madrid.

http://www.linkedin.com/pub/natalia-d%C3%ADez-revuelta/35/10a/128

 

María Elvira Brocca: Investigadora Posdoctoral, Doctora en Bioquímica Humana. Universidad de Buenos Aires (Argentina).

 

Arancha Mora Rubio: Estudiante de Doctorado. Graduada en Bioquímica (Universidad de Castilla La Mancha). Máster en Investigación Biomédica Traslacional (Universidad de Córdoba)

 

Juan Carlos Guirado Calatrava: Investigador Titulado Superior contratado (programa “Yo investigo”). Graduado en Biología (Universidad de Castilla La Mancha). Máster en Genética y Evolución y Máster en Avances en Biología Agraria y Acuicultura (Escuela Internacional de Posgrado, Universidad de Granada)

 

David Martos Puñal: Técnico de laboratorio. Titulado Técnico Superior de Laboratorio de Diagnóstico Clínico (IES Juanelo Turriano, Toledo). 

 

Carlos García Rodríguez: Técnico Superior contratado. Graduado en Biología (Universidad de Sevilla). Máster en Biotecnología Sanitaria (Universidad Pablo de Olavide). Técnico Superior de Laboratorio Clínico y Biomédico (Medac)

 

 

Líneas de Investigación

  

- Papel de las galectinas en el sistema nervioso

Utilizando proteínas de unión a carbohidratos (galectinas), obtenidas por tecnología recombinante, hemos desarrollado un conjunto de sistemas experimentales para estudiar el efecto de las interacciones de los carbohidratos en el crecimiento, la guía y la regeneración axonal, así como su papel en la mielinización. Por ejemplo, hemos demostrado que la forma fosforilada de la galectina-3 regula la ramificación de los axones, y que la galectina-4 determina el transporte axonal de glicoproteínas asociadas con el crecimiento de los axones como la NCAM-L1. Estos y otros resultados en esta línea han identificado a varias de las galectinas estudiadas como herramientas potenciales para la regeneración nerviosa. En consecuencia nos proponemos desarrollar su aplicación tecnológica a través de, por ejemplo, la funcionalización de biomateriales y/o su expresión controlada en células transplantables (células madre neurales).

 

- Regulación de las funciones cerebrales por glicanos y lectinas intestinales. El eje “microbiota-intestino-cerebro”

En esta línea estudiaremos como las alteraciones intestinales inducidas por la ausencia de galectinas producen cambios en la microbiota y trastornos inmunológicos y metabólicos asociados que dan lugar a disfunciones neurocognitivas como la ansiedad y la depresión, y que señalizan a través del eje microbiota-intestino-cerebro.

 

 

Proyecto en Curso

 

- Memory Disorders, Anxiety and Depression Induced by an Altered Microbiota-Gut-Brain Axis. From “-Omics” to Behaviour (MoodMax). Agencia Estatal de Investigación (Ref. PID2021_125428OB100). 09/2022-08/2026. IP José Abad Rodríguez.