Relación entre estructura y función de la perivitelina PV2 de Pomacea canaliculata (Gastropoda: Ampullariidae)

• Autores: Frassa, María Victoria
• Año de publicación: 2011
• Idioma: español castellano
• Tipo de recurso: tesis doctoral
• Colaborador/a o director/a de tesis: Heras, Horacio; Ceolín, Marcelo Raúl
• Materia: Ciencias Naturales; Zoología; molusco; Moluscos; biofisica; Control de Plagas; glicoproteina; Fenomenos Fisiológicos Reproductivos; Oviparidad
• Institución: Universidad Nacional de La Plata

El caracol dulceacuícola Pomacea canaliculata es nativo de Sudamérica y, además de ser biológicamente muy interesante, presenta especial interés económico-sanitario por ser plaga en numerosos cultivos, especialmente arroz, y también presenta importancia epidemiológica porque es hospedador intermediario del nematode causante de la meningoencefalitis eosinofílica humana. Las hembras oviponen fuera del agua y estas puestas aéreas quedan expuestas a un ambiente agresivo de alta radiación solar, temperatura y depredadores terrestres. A pesar de ello, los huevos eclosionan normalmente, y contrariamente a lo esperable, se registran muy pocos casos de depredación en condiciones naturales, restringida solo a la “hormiga de fuego” (Solenopsis geminata). Este hecho llevó a suponer la existencia en el huevo de algún sistema de protección, relacionado con la coloración rosada muy llamativa que presenta, considerada de advertencia (aposemática), si bien al comienzo de esta tesis no existían antecedentes de la naturaleza de sus defensas. Los huevos de P. canaliculata están provistos de un fluido perivitelino (FPV) que es secretado por la glándula del albumen de la hembra. El FPV actúa como una fuente energética, estructural y supuestamente también de defensa para el embrión. Su composición bioquímica está dominada principalmente por hidratos de carbono, lípidos y por proteínas denominadas perivitelinas, en particular ovorrubina (OR) un inhibidor de proteasas, y las perivitelinas PV2 y PV3. La PV2 es una glicolipoproteína de 400 kDa y dos subunidades de 67 y 31 kDa. Hasta el momento de este estudio, la única función descripta para estas perivitelinas era la de proveer de nutrientes al embrión durante su desarrollo. En el presente trabajo se buscó ampliar el conocimiento de la biología reproductiva de este caracol, tratando de identificar cuál era la defensa del huevo tan llamativamente señalada, enfocando el estudio en la perivitelina PV2. En una primera etapa, se la caracterizó estructuralmente y luego se estudiaron las funciones que cumplía en los huevos de P. canaliculata. Finalmente, se analizó si el nivel de defensa bioquímica del huevo estaba relacionado con la intensidad de su color rojo, y si éste variaba a lo largo de la estación reproductiva y con respecto a la alimentación. Se comenzó el estudio analizando las características estructurales y la conformación que adopta en el espacio la PV2, empleando técnicas tales como: emisión de fluorescencia de Trp, dispersión de rayos X a bajo ángulo (SAXS), dicroísmo circular y microscopía electrónica. Los resultados mostraron que es una proteína globular y anisométrica de 44 x 130 Å. Los datos de SAXS permitieron lograr un modelo tridimensional de baja resolución de la proteína en solución que resultó coincidente con datos obtenidos mediante microscopía electrónica. Se demostró luego que PV2 es un octámero compacto y bien plegado, que forma cuatro heterodímeros de 98 kDa, cada uno estabilizado por puentes disulfuro intercatenarios. El oligómero presenta un punto isoeléctrico de 6,2. La subunidad menor de 31 kDa exhibe varias isoformas que podrían deberse a modificaciones postraduccionales. Mediante técnicas de biología molecular se secuenció la subunidad menor completa a partir de ADNc de la glándula del albumen. El análisis con herramientas bioinformáticas mostró que presenta homología con las lectinas del tipo taquilectina de otros invertebrados. Debido a que la estabilidad estructural de las proteínas es clave para interpretar su funcionamiento, se investigó el efecto de la temperatura, el pH y agentes químicos para inducir la desnaturalización de PV2. En esta partícula, el estudio de la termoestabilidad presenta un valor añadido porque los huevos deben soportar altas temperaturas y radiación solar directa. Los resultados mostraron que presenta una elevada termoestabilidad (hasta 60 ºC) y es estable en un amplio rango de pH (4-10), mientras que la estructura terciaria se pierde casi por completo a una concentración de 6 M urea. Se completaron los estudios de estabilidad evaluando la susceptibilidad a la proteólisis, el cual mostró que la subunidad menor es más resistente al ataque proteolítico inespecífico de proteinasa K, probablemente debido a que esté menos expuesta. Considerando su alta estabilidad frente al pH y para comprender la manera de incorporación de la proteína al predador que ingiriese los huevos, se estudió su resistencia a la digestión. Primeramente se usó un modelo de digestión in vitro que imita el paso de los alimentos a través del estómago y duodeno, evaluando la susceptibilidad de PV2 a la proteólisis gastrointestinal simulada. La perivitelina mostró ser resistente a la pepsinólisis y posterior tripsinólisis, tanto en condiciones nativas como disociantes, indicando que sería antinutritiva. La identificación de las defensas del embrión comenzó utilizando la fracción soluble completa de huevo para realizar bioensayos en ratones Balb-C (Mus musculus) y en renacuajos de rana toro (Lithobates catesbeianus). Sorpresivamente la inyección de pequeñas cantidades produjo la muerte de ambas especies, por ello, se analizó la toxicidad de cada uno de sus componentes. Se pudo demostrar que los extractos lipídicos no mostraron ningún tipo de afección, mientras que entre las fracciones proteicas, la PV2 resultó altamente tóxica, termolábil e inmunogénica tanto por administración intraperitoneal como por vía oral, confirmando la naturaleza proteica del tóxico. Dosis subletales de PV2 por vía i.p. provocan respuesta inmunogénica en ratones hacia/para ambas subunidades, mientras que la inmunización oral fue notablemente específica hacia la subunidad mayor de la PV2. La toxina en el modelo murino provocó sintomatología muy característica, que se inició con taquipnea, debilidad, abducción extrema de miembros posteriores y movimientos espásticos de la cola. Posteriormente los ratones mostraron paraplejía flácida con miembros posteriores completamente extendidos, mientras que los anteriores seguían siendo funcionales, llevando finalmente a la muerte en unas 30 h. El análisis histológico de los órganos extraídos de animales intoxicados mostró que la médula espinal es el único órgano blanco de la toxina. Además, los experimentos de electrofisiología en el músculo sartorio de la rana Leptodactylus ocellatus indicaron que ni la fracción soluble de huevos ni sus proteínas purificadas (OR, PV2 y PV3) afectaron la actividad eléctrica de las fibras musculares ni los elementos contráctiles, confirmando de esta manera que la afección era a nivel del sistema nervioso y no de las placas motoras. Por ello, se focalizó el estudio en la médula en las regiones cervical, torácica y lumbar. Mediante inmunohistoquímica contra una proteína de unión al Ca+2 (calbindina) se observó expresión muy localizada de la calbindina a nivel de las láminas II y III del asta dorsal de la sustancia gris de animales controles, a diferencia de los inoculados donde la inmunomarcación fue prácticamente negativa. Al mismo tiempo, la misma población neuronal donde se registró la reducción de expresión de calbindina (láminas II y III) mostró muerte celular apoptótica, revelada mediante la técnica TUNEL. Por último, se evaluó si la dieta y el esfuerzo reproductivo tenían algún efecto sobre la toxicidad, calidad de los huevos y coloración de advertencia. No se encontraron diferencias en la calidad, salvo una disminución significativa del peso promedio de las puestas en las hembras menos alimentadas. La concentración de las perivitelinas mayoritarias (OR, PV2) como la intensidad del color (medido por reflectancia) no mostraron cambios significativos. De la misma manera la inversión en galactógeno, principal reserva energética de los huevos, se mantuvo constante independientemente de la estación reproductiva o alimentación recibida. En síntesis, en este trabajo se reporta por primera vez la presencia de una neurotoxina de origen proteico en huevos, y la primera información de la presencia de una neurotoxina en moluscos de agua dulce, aportando además, las primeras aproximaciones de su mecanismo de acción. Asimismo, su organización estructural y estabilidad frente al pH y digestión gastrointestinal simulada indican que es una proteína antinutritiva (indigestible) que llegaría activa al intestino para su absorción. La presencia de anticuerpos circulantes luego de la administración oral confirmaría el ingreso biológicamente activo a la circulación del depredador. La toxicidad y color de los huevos no varían a lo largo de una estación reproductiva ni bajo diferentes condiciones tróficas de las hembras, en condiciones experimentales controladas. Teniendo en cuenta las nuevas funciones encontradas para PV2 como proteína neurotóxica y antinutritiva, y sumando a estas las características de OR, de otorgar coloración aposemática, ser antidigestiva (inhibidor de proteasas), antinutritiva, y de aportar moléculas antioxidantes y de fotoprotección al embrión en sus primeras etapas de desarrollo, creemos que estas perivitelinas actuarían en forma conjunta y sinérgica como parte de una compleja defensa para los embriones que impediría la adquisición de nutrientes e intoxicaría al depredador. La eficiencia de este mecanismo defensivo les permite además, sobrevivir bajo condiciones ambientales hostiles, un mecanismo complejo nunca antes descripto para el reino animal.
Doctor en Ciencias Naturales
Universidad Nacional de La Plata
Facultad de Ciencias Naturales y Museo