Abstract:

En el enterocito intestinal de mamíferos se expresan elevadas concentraciones de dos proteínas que unen ácidos grasos (FABPs): FABP intestinal (IFABP) y hepática (LFABP). Las células de intestino metabolizan una gran cantidad de lípidos dietarios y, por lo tanto, el estudio de proteínas que participan en el procesamiento de los mismos es clave para la comprensión detallada de los procesos fisiológicos y patológicos vinculados con estos compuestos. I- y LFABP poseen una estructura terciaria característica y bien conservada en la familia de las FABPs, la cual consta de 10 hojas β antiparalelas empaquetadas formando un barril β levemente elíptico y dos segmentos α-helicoidales cortos que formarían parte de un pequeño portal en la parte superior del barril. Pese a que estas dos proteínas presentan una estructura tridimensional muy similar, poseen un bajo nivel de homología en su estructura primaria. Si bien tanto IFABP como LFABP son capaces de unir ácidos grasos (FAs), presentan una serie de diferencias en cuanto al número de sitios de unión, tipo de ligandos y afinidad por los mismos. Por otra parte, estas proteínas emplean diferentes mecanismos de transferencia de FAs hacia membranas fosfolipídicas artificiales. La transferencia de FAs desde IFABP ocurre durante una interacción colisional entre la proteína y la membrana aceptora, mientras que LFABP transfiere los FAs mediante un mecanismo mediado por difusión acuosa. Más aún, se ha demostrado que el dominio α-helicoidal de IFABP desempeña un rol crítico en la determinación del mecanismo de transferencia de tipo colisional. Tomando como base estas diferencias estructurales, de unión y de cinética de transferencia del ligando, se ha propuesto que I- y LFABP tendrían funciones diferentes dentro del enterocito, tal vez contribuyendo al transporte diferencial y compartimentación de los lípidos. Con la finalidad de contribuir al estudio de las funciones específicas de IFABP y LFABP en el enterocito, en este proyecto se han abordado los siguientes objetivos específicos: a) Estudiar la relación estructura-función de los subdominios presentes en la proteína IFABP. Empleando una variante estructural de IFABP obtenida mediante proteólisis limitada, IFABP-D98D, se estudió la unión, partición de equilibrio entre proteína y membrana, velocidades y mecanismos de transferencia de ligandos e interacción proteína-membrana. b) Estudiar la unión de monoacilglicéridos (MG) a LFABP. Se analizó la capacidad de unión del ligando in vivo e in vitro y se determinó la afinidad del ligando por la proteína. c) Analizar el efecto de la disminución de la expresión de LFABP en la línea celular Caco-2, modelo de epitelio intestinal. Se estudió el efecto de la disminución de LFABP en la proliferación y diferenciación celular. Asimismo, se abordó el estudio del metabolismo lipídico, analizando la capacidad de asimilar y metabolizar el ácido oleico (OA).

Facultad de Ciencias Exactas

Abstract:

Luego de la ingesta, el epitelio del intestino delgado está encargado de asimilar grandes cantidades de nutrientes, como aminoácidos, glúcidos y ácidos grasos. Las proteínas solubles que unen lípidos cumplirían un rol determinante en este proceso, sobre todo protegiendo la integridad del tejido contra el efecto simil-detergente de los ácidos grasos provenientes de la dieta. En enterocitos se expresan dos proteínas que unen ácidos grasos de cadena larga, IFABP y LFABP, para las cuales no se conocen bien aún sus funciones específicas, o el porqué de la necesidad de dos proteínas aparentemente equivalentes. Este laboratorio se ha enfocado en el estudio comparativo de estas dos proteínas empleando distintas variantes estructurales y métodos bioquímicos, biofísicos, y de biología molecular y celular. Así, se han podido definir los determinantes moleculares de cada proteína responsables de la interacción con membranas, los mecanismos de transferencia de ligandos y los factores que modulan estas propiedades. Más recientemente, se han extendido estos ensayos a cultivos celulares donde se ha correlacionado la expresión de estas proteínas con la secreción de citoquinas, la proliferación y la diferenciación celular. El estudio de estas proteínas es de gran importancia por su potencial como blancos terapéuticos y su utilidad en el diagnóstico de injurias tisulares.

After ingestion, the epithelium of the small intestine is responsible for assimilating large amounts of nutrients such as amino acids, sugars and fatty acids. Soluble lipid binding proteins fulfill a determining role in this process, especially protecting the tissue integrity against the detergent-like effect of fatty acids from the diet. Two proteins that bind long-chain fatty acids are expressed in enterocytes, IFABP and LFABP, whose specific functions are still poorly understood, or the reason for the need of two apparently equivalent proteins. Our laboratory has focused on the comparative study of these two proteins using structural variants and biochemical, biophysical, and molecular and cellular biology approaches. Thus, the molecular determinants responsible for the interaction with membranes were defined for each protein, their ligand transfer mechanism and the factors that modulate these properties. More recently, these assays have been extended to cell culture studies which correlate the expression of these proteins with cytokine secretion, cell proliferation and differentiation. The study of these proteins is of great importance due to their potential as therapeutic targets and their usefulness in the diagnosis of tissue injury.

Após a ingestão, o epitélio do intestino delgado é responsável pela assimilação de uma grande quantidade de nutrientes, tais como aminoácidos, glicídios e ácidos graxos. As proteínas solúveis que ligam lipídeos desempenhariam um papel determinante neste processo, principalmente protegendo a integridade do tecido contra o efeito detergente dos ácidos graxos da dieta. Nos enterócitos se expressam duas proteínas que ligam ácidos graxos de cadeia longa, IFABP e LFABP; cujas funções específicas ainda não são muito conhecidas, ou não se conhece o motivo pelo qual são necessárias duas proteínas aparentemente equivalentes. Nosso laboratório tem se focado no estudo comparativo destas duas proteínas utilizando variantes estruturais e métodos bioquímicos, biofísicos, e de biologia molecular e celular. Assim, foi possível definir os determinantes moleculares de cada proteína responsáveis pela interação com membranas, os mecanismos da transferência de ligantes e os fatores que modulam essas propriedades. Mais recentemente, estendemos estes ensaios para culturas celulares, correlacionando a expressão destas proteínas com a secreção de citocinas, a proliferação e a diferenciação celular. O estudo destas proteínas é de grande importância por seu potencial como alvos terapêuticos e sua utilidade no diagnóstico de lesões teciduais.

Author affiliation: Falomir Lockhart, Lisandro Jorge. Max Planck Institute for Biophysical Chemistry. Laboratory of Cellular Dynamics; Alemania. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata ; Argentina

Author affiliation: Córsico, Betina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata ; Argentina

Author affiliation: Franchini, Gisela Raquel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata ; Argentina

Author affiliation: de Gerónimo, Eduardo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata ; Argentina

Author affiliation: Rodriguez Sawicki, Luciana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata ; Argentina

Author affiliation: Bottasso Arias, Natalia María. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata ; Argentina

Abstract:

Intestinal fatty acid binding protein (IFABP) is an intracellular lipid binding protein whose specific functions within the cell are still uncertain. An abbreviated version of IFABP encompassing residues 29–126, dubbed Δ98Δ is a stable product of limited proteolysis with clostripain of holo-IFABP. Cumulative evidence shows that Δ98Δ adopts a stable, monomeric and functional fold, with compact core and loose periphery. In agreement with previous results, this abridged variant indicates that the helical domain is not necessary to preserve the general topology of IFABP's β-barrel and that the helix-turn-helix motif is a fundamental element of the portal region involved in ligand binding and protein–membrane interactions. Results presented here suggest that Δ98Δ binds fatty acids with affinities lower than IFABP but higher than those shown by previous helix-less variants, shows a ‘diffusional’ fatty acid transfer mechanism and it interacts with artificial membranes. This work highlights the importance of the β-barrel of IFABP for its specific functions.

Author affiliation: Rodriguez Sawicki, Luciana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata ; Argentina

Author affiliation: Guerbi, María Ximena. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata ; Argentina

Author affiliation: Falomir Lockhart, Lisandro Jorge. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata ; Argentina

Author affiliation: Curto, Lucrecia María. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentina

Author affiliation: Delfino, Jose Maria. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Oficina de Coordinación Administrativa Houssay. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas "Prof. Alejandro C. Paladini". Universidad de Buenos Aires. Facultad de Farmacia y Bioquímica. Instituto de Química y Físico-Química Biológicas; Argentina

Author affiliation: Corsico, Betina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata ; Argentina

Author affiliation: Franchini, Gisela Raquel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata ; Argentina

Abstract:

Fatty Acid-Binding Proteins (FABPs) are abundant intracellular proteins that bind long chain fatty acids (FA) and have been related with inmunometabolic diseases. Intestinal epithelial cells express two isoforms of FABPs: liver FABP (LFABP or FABP1) and intestinal FABP (IFABP or FABP2). They are thought to be associated with intracellular dietary lipid transport and trafficking towards diverse cell fates. But still their specific functions are not well understood.To study FABP1´s functions, we generated an FABP1 knockdown model in Caco-2 cell line by stable antisense cDNA transfection (FABP1as). In these cells FABP1 expression was reduced up to 87%. No compensatory increase in FABP2 was observed, strengthening the idea of differential functions of both isoforms. In differentiated FABP1as cells, apical administration of oleate showed a decrease in its initial uptake rate and in long term incorporation compared with control cells. FABP1 depletion also reduced basolateral oleate secretion. The secreted oleate distribution showed an increase in FA/triacylglyceride ratio compared to control cells, probably due to FABP1´s role in chylomicron assembly. Interestingly, FABP1as cells exhibited a dramatic decrease in proliferation rate. A reduction in oleate uptake as well as a decrease in its incorporation into the phospholipid fraction was observed in proliferating cells.Overall, our studies indicate that FABP1 is essential for proper lipid metabolism in differentiated enterocytes, particularly concerning fatty acids uptake and its basolateral secretion. Moreover, we show that FABP1 is required for enterocyte proliferation, suggesting that it may contribute to intestinal homeostasis.

Author affiliation: Rodriguez Sawicki, Luciana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata ; Argentina

Author affiliation: Bottasso Arias, Natalia María. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata ; Argentina

Author affiliation: Scaglia, Natalia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata ; Argentina

Author affiliation: Falomir Lockhart, Lisandro Jorge. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata ; Argentina

Author affiliation: Franchini, Gisela Raquel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata ; Argentina

Author affiliation: Storch, Judith. Rutgers University; Estados Unidos

Author affiliation: Córsico, Betina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata ; Argentina

Abstract:

Intestinal fatty acid-binding protein (IFABP) is highly expressed in the intestinal epithelium and it belongs to the family of soluble lipid binding proteins. These proteins are thought to participate in most aspects of the biology of lipids, regulating its availability for specific metabolic pathways, targeting and vectorial trafficking of lipids to specific subcellular compartments. The present study is based on the ability of IFABP to interact with phospholipid membranes, and we characterized its immersion into the bilayer´s hydrophobic central region occupied by the acyl-chains. We constructed a series of Trp-mutants of IFABP to selectively probe the interaction of different regions of the protein, particularly the elements forming the portal domain that is proposed to regulate the exit and entry of ligands to/from the binding cavity. We employed several fluorescent techniques based on selective quenching induced by soluble or membrane confined agents. The results indicate that the portal region of IFABP penetrates deeply into the phospholipid bilayer, especially when CL-containing vesicles are employed. The orientation of the protein and the degree of penetration were highly dependent on the lipid composition, the superficial net charge and the ionic strength of the medium. These results may be relevant to understand the mechanism of ligand transfer and the specificity responsible for the unique functions of each member of the FABP family.

Author affiliation: de Gerónimo, Eduardo. Instituto Nacional de Tecnología Agropecuaria. Centro Regional Buenos Aires. Estación Experimental Agropecuaria Balcarce. Area de Investigación en Agronomía; Argentina; Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico - CONICET - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de la Plata; Argentina;

Author affiliation: Rodriguez Sawicki, Luciana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico - CONICET - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de la Plata; Argentina;

Author affiliation: Botasso Arias, Natalia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico - CONICET - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de la Plata; Argentina;

Author affiliation: Franchini, Gisela Raquel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico - CONICET - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de la Plata; Argentina;

Author affiliation: Zamarreño, Fernando. Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física; Argentina;

Author affiliation: Costabel, Marcelo Daniel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico - CONICET - Bahía Blanca. Instituto de Física del Sur; Argentina; Universidad Nacional del Sur. Departamento de Física; Argentina;

Author affiliation: Corsico, Betina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico - CONICET - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de la Plata; Argentina;

Author affiliation: Falomir Lockhart, Lisandro Jorge. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico - CONICET - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de la Plata; Argentina; Max Planck Institute for Biophysical Chemistry. Laboratory of Cellular Dynamics; Alemania;

Abstract:

Liver fatty acid-binding protein (LFABP; FABP1) is expressed both in liver and intestinal mucosa. Mice null for LFABP were recently shown to have altered metabolism of not only fatty acids but also monoacylglycerol, the two major products of dietary triacylglycerol hydrolysis (Lagakos, W. S., Gajda, A. M., Agellon, L., Binas, B., Choi, V., Mandap, B., Russnak, T., Zhou, Y. X., and Storch, J. (2011) Am. J. Physiol. Gastrointest. Liver Physiol. 300, G803-G814). Nevertheless, the binding and transport of monoacylglycerol (MG) by LFABP are uncertain, with conflicting reports in the literature as to whether this single chain amphiphile is in fact bound by LFABP. In the present studies, gel filtration chromatography of liver cytosol from LFABP-/- mice shows the absence of the low molecular weight peak of radiolabeled monoolein present in the fractions that contain LFABP in cytosol from wild type mice, indicating that LFABP binds sn-2 MG in vivo. Furthermore, solution-state NMRspectroscopy demonstrates two molecules of sn-2 monoolein bound in the LFABP binding pocket in positions similar to those found for oleate binding. Equilibrium binding affinities are ~2-fold lower for MG compared with fatty acid. Finally, kinetic studies examining the transfer of a fluorescent MG analog show that the rate of transfer of MG is 7-fold faster from LFABP to phospholipid membranes than from membranes to membranes and occurs by an aqueous diffusion mechanism. These results provide strong support for monoacylglycerol as a physiological ligand for LFABP and further suggest that LFABP functions in the efficient intracellular transport of MG.

Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata

Abstract:

Liver fatty acid-binding protein (LFABP; FABP1) is expressed both in liver and intestinal mucosa. Mice null for LFABP were recently shown to have altered metabolism of not only fatty acids but also monoacylglycerol, the two major products of dietary triacylglycerol hydrolysis (Lagakos et al., Am J Physiol. 2011). Nevertheless, the binding and transport of MG by LFABP is uncertain, with conflicting reports in the literature as to whether this single chain amphiphile is in fact bound by LFABP. In the present studies, gel filtration chromatography of liver cytosol from LFABP-/- mice shows the absence of the low molecular weight peak of radiolabeled monoolein present in the fractions that contain LFABP in cytosol from wild type mice, indicating that LFABP binds sn-2 MG in vivo. Further, solution state NMR spectroscopy demonstrates two molecules of sn-2-monoolein bound in the LFABP binding pocket, in positions similar to those found for oleate binding. Equilibrium binding affinities are approximately two-fold lower for MG compared to FA. Finally, kinetic studies examining the transfer of a fluorescent MG analogue show that the rate of transfer of MG is 7-fold faster from LFABP to phospholipid membranes than from membranes to membranes, and occurs by an aqueous diffusion mechanism. These results provide strong support for monoacylglycerol as a physiological ligand for LFABP, and further suggest that LFABP functions in the efficient intracellular transport of MG.

Author affiliation: Lagakos, William S.. State University of New Jersey; Estados Unidos

Author affiliation: Guan, Xudong. City University of New York; Estados Unidos

Author affiliation: Ho, Shiu Ying. State University of New Jersey; Estados Unidos

Author affiliation: Rodriguez Sawicki, Luciana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata ; Argentina

Author affiliation: Córsico, Betina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - La Plata. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata "Prof. Dr. Rodolfo R. Brenner". Universidad Nacional de la Plata. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Investigaciones Bioquímicas de La Plata ; Argentina

Author affiliation: Kodukula, Sarala. Kinki University; Japón

Author affiliation: Murota, Kaeko. Kinki University; Japón

Author affiliation: Stark, Ruth E.. City University of New York; Estados Unidos

Author affiliation: Storch, Judith. State University of New Jersey; Estados Unidos