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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.

actualizado el 11-05-2012.

Integrantes

Dr. Rafael Cantera

Profesor Titular de Investigación.

rcantera@zoologi.su.se

Mag. Maria 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.

flavio.pazos@gmail.com

Mag. Cristina Parada

Investigador Ayudante / Horas Docentes y de Investigación.

cristinap123@gmail.com

Bach. Pablo Soto

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

psoto@gmail.com

Ex-Integrantes

Mag. Martín Baccino

.

martinbaccino144@gmail.com

Bach. Guillermo Valiño

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

gvalino@iibce.edu.uy

Bach. Giorgina Bachino

Investigadora Honoraria. Estudiante de Grado en Bioquímica.

ginapbg@hotmail.com

Dr. Santiago Ruiz

Investigador Posdoctoral en el Centro de Investigaciones Litwin-Zucker para el estudio de la Enfermedad de Alzheimer, Instituto Feinstein, Nueva York.

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.

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

Bach. Daniel Prieto

Investigador Honorario.

 

Prof. Adriana Maruri

Técnica Preparadora.

 

actualizado el 7-3-2017.

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 Director General del EMBL en Heidelberg (Prof. Kafatos), en colaboración con el grupo del Prof. Technau (Univ. de Mainz). 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 sería extraordinario 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 fue que al comparar el transcriptoma de los embriones mutantes y 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. Para este objetivo colaboramos con expertos de la plataforma de Genómica Funcional del instituto CicBiogune en Bilbao y usamos la última tecnología para el análisis genómico. Nuestra colaboración incluyó a las Dras. Rosa Barrio y Ana María Aransay, jefas de la unidad de genómica functional del CicBiogune en Bilbao y los bioinformáticos Dres. Michael Hackenberg y Naiara Rodriguez Ezpeleta. Con las secuenciaciones masivas y el análisis bioinformático hechos 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.

 

2- Un nuevo aspecto de la plasticidad neuronal: Cambios rítmicos en la estructura sináptica de la neurona ocurren entre el día y la noche.

 

Esta línea de investigación se basa en el descubrimiento de que las sinapsis que forma una neurona con un músculo cambian de forma rítmica, entre el día y la noche, a lo largo de una buena parte de la vida de la mosca Drosophila melanogaster (Mehnert et al., 2007). Estos cambios no ocurren en moscas normales a partir de cierta edad, ni en moscas jóvenes cuya actividad neuromuscular es arrítmica como consecuencia de mutaciones en los genes period y timeless, los cuales codifican proteínas que forman parte de un mecanismo molecular que mide el tiempo (“reloj biológico”). Con experimentos basados en “sleep-deprivation” y parálisis condicional reversible usando moscas transgénicas, descubrimos que este ritmo no es una consecuencia de los cambios en actividad sináptica que ocurren normalmente a lo largo del día. Estamos haciendo experimentos con moscas normales, transgénicas y mutantes, que obligan a las moscas a mantener niveles de actividad sináptica anormalmente altos o bajos a distintas horas del día, y luego analizamos la forma, tamaño, y número de sinapsis que una neurona específica forma sobre músculos de vuelo. Al finalizar el experimento, usamos microscopía láser confocal o microscopía electrónica de transmisión para identificar posibles cambios y cuantificarlos. Si este fenómeno de cambios entre el día y la noche fuera universal y ocurriera también en nuestras neuronas, esta línea de investigación podría ayudarnos a entender patologías neurológicas asociadas al trabajo nocturno o desde un punto de vista más general, cuales son las razones biológicas de la universalidad del sueño en animales.

 

3- 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 hemos descubierto que en esa región la densidad de tubos respiratorios (“traqueolas”) es mucho menor que en las regiones del cerebro donde hay neuronas diferenciadas. Nuestras primeras hipótesis fueron que la baja densidad de traqueolas impone cierto grado de hipoxia (baja concentración de oxígeno) y que esta condición podría ser uno de los mecanismos que mantiene la actividad mitótica de las células madre y/o inhibe la diferenciación de sus hijas. En colaboración con dos científicos suizos (los Dres. Boris Egger, de la Universidad de Friburgo y Stefan 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, sin traqueolas, tiene menores niveles de oxígeno, tal como preveía nuestra primera hipótesis. Ahora estamos estudiando la segunda hipótesis con ayuda de moscas transgénicas, en las cuales inducimos una invasión de traqueolas en el cerebro lateral por medio de manipulación transgénica de la vía FGF. El objetivo es descubrir si la reducción de la hipoxia en esta zona, causada por el experimento, afectará el desarrollo normal del cerebro por medio de cambios en la actividad mitótica de células madre.

 

4- Patrones de expresión génica a lo largo del desarrollo del sistema nervioso.

El desarrollo del sistema nervioso está controlado en parte por cambios en la expresión de cientos de genes. Cada paso en esa secuencia temporal es controlado por varios genes, por lo cual la transcripción de estos genes debe estar controlada colectivamente a lo largo del tiempo. Nuestra hipótesis principal es que existe una correlación temporal entre patrones de expresión (cambios en el número de transcriptos) y la secuencia temporal de funciones biológicas y que esta “co-temporalidad” nos permitiría descubrir nuevos genes de importancia para cada función. Ya hemos publicado un primer artículo científico demonstrando la validez de esta idea y ahora estamos usando métodos matemáticos para generar catálogos de genes de importancia para la formación y funcionamiento de la sinapsis neuronal, en colaboración con el Dr. Gustavo Guerberoff (del Instituto de Matemática y Estadística de la Udelar) y varios estudiantes de bioninformática, matemáticas y estadística.

 

actualizado el 20-09-2016.

Proyectos

 

“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; Orientador, Rafael Cantera; Co-orientador, Dr. Boris Egger (Universidad de Friburgo, Suiza). Proyecto financiado por ANII (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 Járgen Rybak, estudiantes Christopher Arnold y Santiago Ruiz. Proyecto financiado por fondos concursables alemanes (Instituto Max-Planck) y no concursables uruguayos (ANII-SNI, PEDECIBA, 2009-2014).

 

“The role of oxygen signalling in the regulation of neural stem cell homeostasis”. Investigadores Responsables: Drs. Rafael Cantera y Boris Egger, en colaboración con la Dra. Andrea Brand (The Gurdon Institute, University of Cambridge). Integrantes: Leticia Couto, Martín Baccino. Proyecto financiado por fondos concursables y no concursables británicos (Andrea Brand), suizos (Boris Egger) y uruguayos (Beca de Iniciación ANII, PEDECIBA; 2010-2013).

 

actualizado el 09-12-2014.

Publicaciones 2013 - 2017

 

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. 2016. 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 7-3-2017.

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.

 

Flavio Pazos. 2012. Fagocitosis rítmica de elementos sinápticos por hemocitos. Orientador: Rafael Cantera. Co-orientadora: María José Ferreiro.

 

Leticia Couto. 2011. Traqueolación del cerebro en Drosophila y su posible influencia en el desarrollo de células madre neurales. Tesina de Graduación. Orientador: Rafael Cantera. Co-orientador: Santiago Ruiz.

 

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.

 

Soledad Astrada. 2011. Control de la inervación de los músculos de vuelo de Drosophila melanogaster por el gen Timeless. Estudiante de Maestría en Ciencias Biológicas, opción Neurociencias PEDECIBA, UdelaR. Orientador: Rafael Cantera, Co-orientador: Flavio Zolessi.

 

Santiago Ruiz. 2010. Patrón espacio-temporal de expresión de los genes period y timeless durante el desarrollo del SNC en Drosophila melanogaster, y determinación del linaje de las neuronas que expresan period. PEDECIBA, opción Neurociencias, UdelaR. Orientador: Rafael Cantera.

 

Tesis de Doctorado:

 

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 20-09-2016.

Docencia:

 

Teóricos para estudiantes de Biología de la Universidad de Estocolmo (www.big.su.se) en las materias Desarrollo de sistema nervioso, Diversidad y filogenia animal y Morfología comparada (Unos 20 por año; R. Cantera).

 

Teórico “Drosophila melanogaster: transgénicos y su aplicación en biomedicina” de la Licenciatura en Biotecnología de la Universidad Ort, Montevideo, 2013 y 2014 (M.J. Ferreiro).

 

Teóricos de Biología Molecular de segundo año de la Licenciatura en Biotecnología de la Universidad Ort; Montevideo, 2014/2016 (M.J. Ferreiro).

 

Teórico en el Curso “Estadística Avanzada y Aplicaciones”, Udelar; CURE Rocha 2014 (F. Pazos).

 

actualizado el 27-12-2016.

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. Gerhard Technau, Director del Instituto de Genética de la Universidad de Mainz, Alemania.

 

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

 

Dra. Jimena Sierralta, Facultad de Medicina, Universidad de Chile, Chile.

 

actualizado el 11-12-2014.

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.