Logo del IIBCE imagenes del IIBCE

División Neurociencias

DEPARTAMENTO DE BIOLOGÍA DEL NEURODESARROLLO

 

Perfil

El sistema nervioso es muy complejo y está formado por muchos tipos de neuronas y otras células. La Biología del Neurodesarrollo estudia aspectos básicos del desarrollo de las neuronas, como por ejemplo la formación, crecimiento y mantenimiento de las ramificaciones neuronales y sus sinapsis. Estos temas son tan básicos que pueden ser estudiados con provecho en prácticamente cualquier animal y en los últimos años hemos aprendido muchísimo gracias a estudios hechos en peces, ratones, aves y gusanos, entre otros animales. En nuestro laboratorio estudiamos temas de desarrollo neuronal haciendo experimentos con la mosca Drosophila melanogaster, uno de los organismos más usados en esta materia.

 

Profile

The nervous system is a very complex structure formed by many types of neurons and other cells. Within the sciences that study the nervous system (Neurosciences) an important and fascinating field of studies is devoted to understand the formation of neurons, how they make their ramifications and establish specific contacts with other cells and other aspects of development, growth and maintenance of the nervous system. In our laboratory we study several questions in this area, using the fruit fly Drosophila melanogaster for most of our experiments.

Integrantes

Dr. Rafael Cantera

Profesor Titular de Investigación.

rcantera@zoologi.su.se

Mag. María José Ferreiro

Homologado Profesor Adjunto de Investigación / Horas Docentes y de Investigación. Estudiante de Doctorado PEDECIBA. Becaria ANII.

mjferreiro@iibce.edu.uy

Mag. Flavio Pazos

Investigador Asistente / Horas Docentes y de Investigación. Estudiante de Doctorado PEDECIBA. Becario ANII.

flavio.pazos@gmail.com

Mag. Daniel Prieto

Investigador Asistente / Horas Docentes y de Investigación. Estudiante de doctorado PEDECIBA, Institut Pasteur.

dprieto@fcien.edu.uy

Mag. Cristina Parada

Investigador Ayudante / Horas Docentes y de Investigación.

cristinap123@gmail.com

Bach. Giorgina Bachino

Contratada por Proyecto FCE-ANII. Estudiante de Grado en Bioquímica.

ginapbg@hotmail.com

Lic. Diego Silvera

Contrato de Iniciación a la Investigación. Maestría en Matemáticas, Udelar.

diegoas1103@gmail.com

Bach. Pablo Soto

Estudiante de Grado en Matemática.

psoto@gmail.com

Ex-Integrantes

Mag. Martín Baccino

Maestría PEDECIBA.

martinbaccino144@gmail.com

Bach. Guillermo Valiño

Contrato de Iniciación a la Investigación. Estudiante de Grado en Biología.

gvalino@iibce.edu.uy

Dr. Santiago Ruiz

Doctorado PEDECIBA.

tiagosruiz@gmail.com

Dr. Giovanni Talarico

Investigador postdoctoral Instituto Max-Planck, Jena, Alemania.

gtalarico@ice.mpg.de

Mag. Kerstin Mehnert

Esudiante de Doctorado. Universidad de Estocolmo.

 

Lic. Florencia Arredondo

Pasante del Departamento de Neuroquímica. Investigadora contratada IIBCE Grado 2. Estudiante de Doctorado PEDECIBA, becaria ANII.

flor@iibce.edu.uy ; florarredondou@gmail.com

Lic. Mariana Marchesano

Investigadora Honoraria. Pasantía de Grado en Bioquímica.

marianamaarch@yahoo.com.ar

Mag. Soledad Astrada

Investigadora Honoraria.

soledad.astrada@gmail.com

Bach. Leticia Couto

Investigadora Honoraria. Pasantía de Grado en Bioquímica.

lety2587@hotmail.com

Bach. Natalia Kupferschmidt

Investigadora Honoraria. Pasantía de Grado en Biología. Universidad de Estocolmo.

natalia.kupferschmidt@su.se

Prof. Adriana Maruri

Técnica Preparadora.

 

actualizado el 22-08-2017.

Líneas de investigación:

 

1- Usamos un proceso neurodegenerativo que parecería ser reversible como herramienta para descubrir genes con efecto neuroprotector.

 

Esta línea de investigación fue comenzada en el laboratorio del Prof. Kafatos, Director General del EMBL en Heidelberg, en colaboración con el grupo del Prof. Technau, Director del Instituto de Genética de la Universidad de Mainz. Nuestra principal colaboradora es la Dra. Rosa Barrio, actualmente a cargo de su propio laboratorio en el instituto Cic Biogune en España. El principal descubrimiento fue que los embriones de Drosophila con mutaciones en los genes salm y salr sufren una severa degeneración del cerebro (“neurodegeneración”) que desaparece a las pocas horas (Cantera et al., 2002). Esto es muy interesante porque los procesos neurodegenerativos (como por ejemplo en humanos las enfermedades de Parkinsson, Alzheimer y ALS) una vez que comienzan son siempre irreversibles. Como las proteínas que faltan en estos mutantes normalmente controlan la transcripción de varios genes, nuestra hipótesis principal fue que al comparar el transcriptoma de los embriones mutantes con el de embriones normales, tanto en el momento de la neurodegeneración como durante la recuperación, podríamos hacer importantes descubrimientos sobre la regulación génica asociada no solo al proceso degenerativo sino a su reversión. Colaborando con colegas del instituto Cic Biogune en Bilbao usamos secuenciación masiva para comparar el transcriptoma de estos embriones. Con los resultados obtenidos entre 2009 y 2012 generamos una lista de genes que podrían estar asociados a la reversión de la neurodegeneración y en 2013 comenzaremos los primeros experimentos con el objetivo de identificar genes que contribuyan a la reversión de la neurodegeneración. Una estudiante hizo su pasantía de grado en esta línea (Mariana Marchesano) y una integrante de nuestro Departamento está hacienda su doctorado PEDECIBA (María José Ferreiro) con ayuda de nuestros colaboradores en el Cic Biogune (Dras. Barrio, Aransay y Pérez, entre otros).

 

2- Estudio de la hipoxia como factor que regula la transición de proliferación a diferenciación neuronal en el cerebro.

 

El cerebro de la larva de Drosophila melanogaster contiene una gran población de células madre agrupadas en la región lateral de cada hemisferio. Con microscopía electrónica descubrimos que en esa región la densidad de los tubos respiratorios (“traqueolas”) es mucho menor que en las regiones del cerebro donde hay neuronas diferenciadas. También observamos que la zona sin traqueolas corresponde casi exactamente a la zona donde no hay neuronas diferencidadas sino grandes cantidades de células madre que se dividen intensamente durante toda la vida larval. Nuestras primeras hipótesis fueron que la baja densidad de traqueo las impone cierto grado de hipoxia (baja concentración de oxígeno) y que esta condición sería uno de los mecanismos que mantiene la actividad mitótica de las células madre. En colaboración con dos científicos suizos (los Dres. Egger, de la Universidad de Friburgo y Luschnig, de la Universidad de Zurich) accedimos a una novísima tecnología que permite medir niveles de oxígeno con una resolución celular extraordinaria. Usando este “sensor de oxígeno” confirmamos que la región proliferativa del cerebro, que carece de traqueolas, tiene menores niveles de oxígeno, tal como preveía nuestra primera hipótesis (Misra et al., 2017). También postulamos que esa hipoxia es parte normal del desarrollo del cerebro y necesaria para mantener el estado proliferativo de las células madre. En apoyo de esta hipótesis descubrimos que cuando manteníamos a las larvas en condiciones de hiperoxia (alta concentración de oxígeno) el cerebro no crecía tanto como en las larvas cultivadas en condiciones normales y que esto se debe a que la hiperoxia reduce el número de células mitóticas. En esta línea de investigación hicieron sus tesinas de grado varios estudiantes supervisados por Cantera (Couto, Baccino) y Egger (Armenta, Rodríguez-Crespo). Baccino hizo también su maestría trabajando en Montevideo y Friburgo y actualmente estamos interesados en conseguir estudiantes dispuestos a continuar con estos estudios.

 

3- Predicción de las funciones de un gen mediante técnicas de inteligencia artificial.

 

Hace algunos años comenzamos a usar técnicas de inteligencia artificial para predecir funciones de genes. En este marco, uno de los integrantes de nuestro Departamento (Flavio Pazos) llevó a cabo su Maestría en Bioinformática PEDECIBA. Utilizando herramientas de aprendizaje automático elaboramos un catálogo de genes con alta probabilidad de ser importantes para el desarrollo, mantenimiento o función de la sinapsis neuronal. Desde su publicación (Pazos et al., 2015), comprobamos que nuestro catálogo contiene una proporción significativa de aquellos genes que colegas de todo el mundo definieron, posteriormente a la publicación de nuestro catálogo, como importantes para la sinapsis. Recientemente comenzamos a investigar la posibilidad de predecir las funciones de un gen a partir de su ubicación cromosómica, estudiando para ello los patrones de distribución de grupos de genes funcionalmente relacionados, tema sobre el cual Pazos está haciendo su doctorado PEDECIBA con beca de la ANII. Esta línea de investigación es llevada adelante en colaboración con los Dres. Gustavo Guerberoff (del Instituto de Matemática y Estadística de la Facultad de Ingeniería de la UDELAR) y Patricio Yankilevich (del Instituto de Biomedicina de Buenos Aires del CONICET argentino, asociado al Max Planck) y estudiantes de matemáticas y estadística (anteriormente Cecilia Papalardo y Sebastián Castro y actualmente Pablo Soto).

 

actualizado el 09-06-2017.

Proyectos

 

“Identificación de genes con potencial neuroprotector en un modelo de reversión de neurodegeneración en Drosophila.”  Responsable: Rafael Cantera. Integrantes: Rosa Barrio y Coralia Pérez (CicBiogune, España); María José Ferreiro y Juan Andrés Abín (IIBCE).  Proyecto financiado por fondos españoles y uruguayos (Fondo Clemente Estable FCE_1_2014_1_104669).  2016-2018.​

“Transgenic manipulation of the tracheal system of the Drosophila brain to determine if hypoxia contributes to the control of neuronal proliferation and differentiation”. Responsable Científico, Martín Baccino; Integrantes: Rafael Cantera y Boris Egger.  Proyecto financiado por fondos suizos y uruguayos (Fondo Clemente Estable FCE_3_2013_1_100732). 2014-2016.

“Genomic analysis of a reversible neurodegenerative process in Drosophila”. Investigadores Responsables: Dres. Rafael Cantera y Rosa Barrio. Integrantes, Dras. Ana María Aransay, Coralia Pérez y José Luis Lavín (CicBiogune, Bilbao) y María José Ferreiro. Proyecto financiado con fondos españoles concursables otorgados a la responsable en España (Dra. Rosa Barrio) y Ana María Aransay (Ministerio de Ciencia e Innovación; Gobierno del País Vasco) y y uruguayos no concursables de ANII-SNI y PEDECIBA.  2011-2015.

“Mapping of synapses in the olfactory lobe of Drosophila melanogaster”. Investigadores Responsables: Bill Hansson (Director, Instituto Max-Planck, Jena) y Rafael Cantera. Integrantes: Dres. Giovanni Talarico y Jürgen Rybak, estudiantes Christopher Arnold, Santiago Ruiz y Lydia Gruber. Proyecto financiado por fondos concursables y no concursables alemanes (Instituto Max-Planck) y uruguayos (ANII-SNI, PEDECIBA, 2009-2017).

“The role of oxygen signalling in the regulation of neural stem cell homeostasis”. Investigadores Responsables: Drs. Rafael Cantera y Boris Egger (Universidad de Friburgo, Suiza). Integrantes: Leticia Couto, Ricardo Armenta, David Rodríguez Crespo y Martín Baccino. Proyecto financiado por fondos concursables y no concursables suizos (Boris Egger) y uruguayos (Beca de Iniciación ANII, PEDECIBA; 2010-2013).

 

actualizado el 07-06-2017.

Publicaciones 2013 - 2017

 

Bolatto C, Parada C, Colmenares V.  (en prensa). A rapid and efficient method to dissect pupal wings of Drosophila suitable for immunodetections or PCR assays. Journal of Visualized Experiments.

Misra T, Baccino-Calace M, Meyenhofer F, Rodríguez-Crespo D, Akarsu H, Armenta-Calderón R, Gorr TA, Frei C, Cantera R, Egger B, Luschnig S. 2017. A genetically encoded biosensor for visualising hypoxia responses in vivo. Biol Open doi: 10.1242/bio.018226​.

Rybak J, Talarico G, Ruiz S, Arnold C, Cantera R, Hansson BS. 2016. Synaptic circuitry of identified neurons in the antennal lobe of Drosophila melanogaster. J Comp Neurol. 524:1920-1956.

Palacios F, Prieto D, Abreu C, Ruiz S, Morande P, Fernández-Calero T, Libisch G, Landoni AI, Oppezzo P. 2015. Dissecting chronic lymphocytic leukemia microenvironment signals in patients with unmutated disease: microRNA-22 regulates phosphatase and tensin homolog/AKT/FOXO1 pathway in proliferative leukemic cells. Leuk Lymphoma. 56:1560-1565.

Cantera R, Barrio R. 2015. Do the genes of the innate immune response contribute to neuroprotection in Drosophila? Journal of Innate Immunity. 7:3-10.

Pazos Obregón F, Papalardo C, Castro S, Guerberoff G , Cantera R. 2015. Putative synaptic genes defined from a Drosophila whole body developmental transcriptome by a machine learning approach. BMC Genomics. 16:694.

Palacios F, Abreu C, Prieto D, Morande P, Ruiz S, Fernández-Calero T, Naya H, Libisch G, Robello C, Landoni AI, Gabus R, Dighiero G, Oppezzo P. 2015. Activation of the PI3K/AKT pathway by microRNA-22 results in CLL B-cell proliferation. Leukemia. 29:115-25.

Cantera R, Ferreiro MJ, Aransay AM, Barrio R. 2014. Global gene expression shift during the transition from neural development to neuronal differentiation in Drosophila melanogaster. PLoS One 9(5):e97703. doi: 10.1371/journal.pone.0097703.

Frank MG, Cantera R. 2014. Sleep, clocks, and synaptic plasticity. Trends in Neurosciences. 37:491-501.

Panzera F, Ferreiro MJ, Pita S, Calleros L, Pérez R, Basmadjián Y, Guevara Y, Brenière SF, Panzera Y. 2014. Evolutionary and dispersal history of Triatoma infestans, main vector of Chagas disease, by chromosomal markers. Infect Genet Evol. 27:105-13.

Ruiz S, Ferreiro MJ, Menhert KI, Casanova G, Olivera A, Cantera R. 2013. Rhythmic Changes in Synapse Numbers in Drosophila melanogaster Motor Terminals. PLOS ONE 8:e67161.

actualizado el 7-6-2017.

Orientación de estudiantes:

 

Pasantías de Grado:

 

Martín Baccino. 2013. Cambios rítmicos en las mitocondrias de la terminal neuromuscular de Drosophila melanogaster. Orientador: Santiago Ruiz. Co-Orientador: Rafael Cantera.

 

Mariana Marchesano. 2013. Investigación de una posible función neuroprotectora de genes identificados por secuenciación masiva en Drosophila melanogaster. Tesina de Graduación. Orientador: Rafael Cantera. Co-Orientadora: María José Ferreiro.

 

Tesis de Maestría:

 

Martín Baccino. 2016. Manipulación transgénica del sistema traqueal en el cerebro de Drosophila para determinar si la hipoxia contribuye al control de proliferación vs. diferenciación neuronal. Estudiante de Maestría de Biología PEDECIBA. Orientador: Rafael Cantera, Co-orientador: Dr. Boris Egger.

 

Flavio Pazos. 2015. Coordinated gene expression during late embryonic development of the nervous system in Drosophila melanogaster. Estudiante de Maestría de Bioinformática PEDECIBA. Orientador: Rafael Cantera, Co-orientador: Dr. Gustavo Guerberoff.

 

Tesis de Doctorado:

 

Flavio Pazos. (en curso). "Predicción de función génica mediante técnicas de aprendizaje profundo, con énfasis en el estudio de los patrones de ubicación de genes funcionalmente relacionados en el genoma Drosophila melanogaster." PEDECIBA, Becario ANII. Orientador principal: Rafael Cantera. Co-orientadores: Gustavo Guerberoff y Patricio Yankilevich.

 

María José Ferreiro. (en curso). Identificación de genes con potencial neuroprotector en un modelo de reversión de neurodegeneración en Drosophila melanogaster. PEDECIBA, becaria ANII. Orientador: Rafael Cantera. Co-orientadora: Dra. Rosa Barrio.

 

Santiago Ruiz. 2014. Plasticidad circadiana de las terminales simápticas motoras en Drosophila melanogaster. PEDECIBA. becario ANII. Orientador: Rafael Cantera.

 

actualizado el 07-06-2017.

Docencia:

 

Teóricos para estudiantes de Biología de la Universidad de Estocolmo (Rafael Cantera)

 

Teóricos en la Licenciatura en Biotecnología de la Universidad ORT (María José Ferreiro)

​ 

Teórico en el CURE, Udelar (Flavio Pazos).


Teóricos y Prácticos en la Facultad de Medicina de la Udelar (Cristina Parada).


Teóricos y prácticos en cursos de PEDECIBA (varios).

 

actualizado el 27-06-2017.

Otros:

 

Estos colegas son nuestros principales colaboradores:

 

Dra. Rosa Barrio, Genómica Funcional, instituto CIC bioGUNE, España.

 

Dr. Boris Egger, Departamento de Biología, Universidad de Friburgo, Suiza.

 

Dr. Bill S. Hansson, Departamento de Neuroetología Evolutiva, Instituto Max Plank de Ecología Química, Alemania.

 

Dr. Gustavo Guerberoff, Instituto de Matemática y Estadística, Facultad de Ingeniería, Udelar, Uruguay.

 

actualizado el 08-06-2017.

Galería de Fotos

 

Una parte importante de nuestro trabajo requiere la manipulación de cerebros o nervios de mosca y otros objetos muy pequeños, de modo que debemos usar una lupa o microscopio de disección. Generalmente tratamos de “marcar” con substancias fluorescentes las neuronas que nos interesan, para luego estudiarlas en detalle con ayuda de microscopios que permiten ver a gran aumento, como muestran las siguientes fotos. Esta foto, hecha por el fotógrafo sueco-uruguayo Manuel Mendoza, muestra a Rafael Cantera trabajando bajo la lupa durante la preparación de un cerebro de Drosophila.
Foto: Manuel Mendoza
Axon de una neurona motora (marcado con expresión transgénica de fluorescencia verde y visto acá como una línea que corre de abajo hacia arriba y luego se divide en dos ramitas arriba) inervando un músculo (rojo, phalloidina conjugada con Rhodamina) de una larva de Drosophila. Los engrosamientos que se ven a lo largo de las dos ramitas terminales,se llaman “botones sinápticos” y contienen las sinápsis a través de las cuales el nervio controla la contracción muscular (ver detalle en foto 06). Foto tomada con microscopía laser confocal. La escala representa 10 milésimas de milímetro.
Foto: Rafael Cantera
Neurona motora de rata marcada con fluorescencia verde. Todas las neuronas tienen ramificaciones parecidas a las que se meustran en esta foto, por medio de las cuales la neurona puede contactar a otras neuronas o músculos. La forma y tamaño de estas ramificaciones cambian de neurona a neurona, e incluso en la misma neurona, a lo largo de su vida. Foto tomada con microscopía laser confocal; tinción con anticuerpos contra tubulina en neuronas cultivadas in vitro.
Foto: Natalia Kupferschmidt
Músculo de vuelo de Drosophila, foto a gran aumento tomada con microscopio electrónico. Con su extraordinaria organizacióón structural, los músculos de vuelo de los insectos pueden mantener contracciones muy rápidas durante tiempos largos. En este corte transversal, se ven las fibrillas de miosina (“anillos”) rodeadas de un número fijo de fibrillas de actina (puntos pequeños) distribuídas a distancias muy regulares.
Foto: Rafael Cantera.
La divulgación científica es uno de nuestros objetivos y damos charlas a distintos públicos dentro y fuera del instituto. La foto muestra liceales del Rincón de la Bolsa (San José) escuchando una de las charlas que dio Cantera durante la semana de la Ciencia y la Tecnología en 2009.
Foto: Sebastián Rodríguez.
Sinápsis neuromuscular. Los nervios controlan la contracción de los músculos a través de las sinápsis, unas estructuras de contacto (las líneas paralelas al centro de la foto) entre la neurona motora (arriba en la foto) y el músculo (abajo). En la terminal nerviosa se ven claramente las vesículas que contienen la substancia química usada como señal de transmission (neurotransmisor) cuando son descargadas a través de la sinápsis. Foto hecha con microscopía electronica.
Foto: Gabriela Casanova
Algunos de nuestros experimentos son hechos en colaboración con estudiantes y colegas de otros departamentos e instituciones. Esta foto muestra a Natalia Kupferschmidt y Kerstin Mehnert (en el centro), de la Universidad de Estocolmo en Suecia, durante una pasantía de dos meses en nuestro laboratorio en Montevideo.
Foto: Celia Cantera
Nuestro amigo y colaborador Gerd Technau, director del Instituto de Genética de la Universidad de Mainz (Alemania), hizo una visita a nuestro laboratorio de varias semanas.
Nuestro amigo Bill Hansson, director del Instituto Max Plank de Jena (Alemania), visitó nuestro laboratorio a fines del 2006.
Stand del Departamento de Biología del Neurodesarrollo en la Semana de Conocimiento del Cerebro 2014.
Esta foto, hecha con microscopio electronico, muestra una “Septate junction”, la estructura entre dos membranes celulares que en los nervios de Drosophila funciona como “blood-brain-barrier”, una barrera que proteje al tejido nervioso de ciertas moléculas que existen en la sangre y que si pudieran ingresar libremente al tejido nervioso afectarían el funcionamiento de las neuronas. Tenemos rezones para pensar que las “barritas” que muestra la foto de izquierda a derecha, interpuestas entre dos membranes celulares que corren en paralelo (de arriba a abajo en la foto), son la base física de la barrera que proteje al tejido nervioso. La escala representa 100 nanómetros (millonésimas de milímetro)
Foto: Rafael Cantera
actualizado el 11-05-2012

Contacto:

Rafael Cantera
Mail: rcantera@iibce.edu.uy ; rcantera@zoologi.su.se

Teléfono: (598) 24871616 int. 223.

actualizado el 7-08-2013.