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Biología Redox de Tripanosomátidos

MIEMBROS

  • Marcelo Comini, Dr. rer. nat. (Responsable)
  • Andrea Medeiros, PhD (Postdoc)
  • Mariana Bonilla, PhD (Postdoc)
  • Diego Benitez, PhD (Postdoc)
  • Cecilia Ortíz, PhD (Investigador asistente)
  • Florencia Sardi, MSc. (PhD Student)
  • Jaime Franco, MChem (Investigador asistente)
  • Karin Grungberg, Ing. Biotec (MSc Student)

INVESTIGACIÓN

  1. el objetivo final de nuestra investigación es proveer información valiosa para el desarrollo e implementación de fármacos y/o terapias seguras y eficaces para tratar enfermedades desatendidas tales como la enfermedad Africana del sueño, la enfermedad de Chagas en América Latina y la Leishmaniasis. Para alcanzar este objetivo se desarrollan distintas líneas de investigación:

Caracterización bioquímica, estructural y biológica de proteínas de tripanosomas patógenos con el fin de descubrir y desarrollar fármacos selectivos.

Utilizando diferentes metodologías estudiamos las propiedades moleculares y biológicas que distinguen a varias proteínas de tripanosomas del metabolismo redox dependiente de tioles y la biogénesis de centros ferrosulfurados que son esenciales para la virulencia, supervivencia y/o resistencia a fármacos. Se tiene especial interés en:

Biosíntesis del tripanotión. El tripanotión (bisglutationilespermidina, T(SH)2) es el principal cosustrato redox de bajo peso molecular en tripanosomátidos. Esta molécula es indispensable para los tripanosomátidos (Comini et al., 2004, Sousa et al. 2014). Los mamíferos no tienen homólogos de la enzima responsable de su síntesis, la tripanotión sintetasa (TryS). Nuestro trabajo actual se enfoca en la caracterización bioquímica, estructural y biológica de la TryS, así como en el hallazgo de inhibidores (Maiwald et al. 2015; Benítez et al. 2016).

Glucosa-6-fosfato deshidrogenasa (G6PDH). Esta enzima cataliza el primer paso de la vía de las pentosas fosfato para producir NADPH, un cofactor redox indispensable para mantener la homeostasis redox intracelular. Esta proteína es considerada un factor de virulencia para T. cruzi y ha sido demostrada su esencialidad en T. brucei. Nuestro propósito es profundizar la caracterización bioquímica y estructural de esta proteína para realizar screening de drogas in silico y diseño racional de drogas (Ortíz et al. 2011; Ortíz et al. 2016).

Glutarredoxinas (Grxs). Los tripanosomátidos poseen dos clases de Grx, las que contienen una o dos cisteínas en su sitio activo. Las primeras están involucradas en la homeostasis celular de hierro y la biogénesis de centros hierro-azufre (Comini et al. 2008, 2013; Manta et al. 2013), mientras que las segundas funcionan como oxidoreductasas que regulan procesos biológicos (Musunda et al. 2015). En colaboración con el grupo del Dr. Masimo Bellanda (Universidad de Padua, Italia), nuestros estudios profundizan en los aspectos estructurales que distiguen a las proteínas del patógeno (Sturlese et al. 2014; Stefani et al. 2015), y funcionales de las mismas.

Descubrimiento y estudios de (potenciales) fármacos. En colaboración con químicos orgánicos, hemos evaluado la actividad anti-tripanosomátido y anti-TryS/G6PDH de un gran número de compuestos naturales y sintéticos (Demoro et al. 2012; Peña et al. 2012; Fernández et al. 2013; Peña et al. 2014; Fernández et al. 2015; Rodriguez Arce et al. 2015; Miserachs et al. 2015; Maiwald et al. 2015; Alberca et al. 2016; Ortíz et al. 2016; Benítez et al. 2016). Los compuestos que superan satisfactoriamente los ensayos previos de actividad biológica contra parásitos y células de mamíferos (hospedador) se evalúan en un modelo de infección de tripanosomiasis en ratones y el modo de acción es estudiado utilizando varios métodos bioquímicos, proteómicos y genómicos. Estos estudios nos han permitido identificar varios compuestos con potencial farmacológico para el tratamiento de estas enfermedades.

Biosensores fluorescentes sensibles a cambios redox. Trabajamos en la generación de biosensores redox basados en proteínas fluorescentes que permitan el monitoreo en tiempo real y no invasivo de procesos celulares regulados por tioles de bajo peso molecular. Hemos generado distintas líneas transgénicas reporteras de cambios redox que pueden emplearse tanto en análisis por microscopía de fluorescencia como por citometría de flujo para el screening de alto rendimiento (HTS) y contenido (HTC) de compuestos.

Metabolismo de tripanosomátidos dependiente de TSH2

EDUCACIÓN – CURSOS

Grupo miembro del Consorcio de la Cooperación Europea en el Campo de la Investigación Técnica y Científica, COST Action CM 0801 “New Drugs for Neglected Diseases” (2011-2013).

Grupo Miembro del Consorcio de la Cooperación Europea en el Campo de la Investigación Técnica y Científica, COST Action CM 1307 “Targeted chemotherapy towards diseases caused by endoparasites” (2014-2017).

Co-organizamos los cursos y simposios internacionales “Redox chemistry and Biology of Thiols” y “”, en el año 2011, 2012, 2014 y 2015.

Participamos dando charlas y trabajos prácticos en diferentes cursos nacionales e internacionales relacionados a nuestro campo de trabajo.

FINANCIACIÓN

  1. Fiocruz-Pasteur Grant –“Trypanosoma´s prostaglandin metabolism: role in infection, pathogenesis and drug resistance”–, 2014-2016. M. Comini (Principal Investigator).
  2. ACIP Grant –“Target-based drug discovery of compounds interfering with trypanothione biosynthesis in trypanosomatids”–, Project A-17-2015, 2015-2017. M. Comini (Principal Investigator).
  3. ICGEB Grant –“The thioredoxin-fold diversity in trypanosomatids and tapeworms” Project CRP/URU 14-01–, 2015-2017. M. Comini (co-Principal Investigator).
  4. FMV Grant –“Diseño de biosensors para monitoreo simultáneo de señalización redox y cAMP: desde la computadora a la célula y vuelta a la computadora”–, Project FMV_1_2014_1_104000, 2015-2018. Comini (Associate Researcher).

 

PUBLICACIONES

2017

Manta B, Bonilla M, Fiestas L, Sturlese M, Salinas G, Bellanda M, Comini MA. (2017) Polyamine-based thiols in Trypanosomatids: evolution, protein structural adaptations and biological functions. Antioxid Redox Signal. In Press. doi: 10.1089/ars.2017.7133.

Franco J, Sardi F, Szilágyi L, Kövér K, Fehér K, Comini MA (2017) Diglycosyl diselenides alter redox homeostasis and glucose consumption of infective African trypanosomes. Int. J. Parasitol. Drugs & Drug Resist. 7: 303-313.

Fonseca MS, Comini M, Resende BV, Santi AMM, Zoboli AP, Moreira DS, Monte-Neto RL and Murta SMF (2017) Ornithine decarboxylase or gamma-glutamylcysteine synthetase overexpression protects Leishmania (Vianna) guyanensis against antimony. Exp. Parasitol. 175: 36-43.

Franco J, Medeiros A, Benítez D, Perelmuter K, Serra G, Comini MA, Scarone L (2017) In vitro activity and mode of action of Distamycin analogues against African trypanosomes. Eu. J. Med. Chem. 126: 776-788.

2016

Orban OCF, Korn RS, Benítez D, Medeiros A, Preu L, Loaëc N, Meijer L, Koch O, Comini MA, and Kunick C (2016) 5-Substituted 3-chlorokenpaullone derivatives are potent inhibitors of Trypanosoma brucei bloodstream forms. Bioorg Med Chem. 24(16):3790-800.

Benítez D, Medeiros A, Fiestas L, Panozzo-Zenere EA, Maiwald F, Prousis KC, Roussaki M, Calogeropoulou T, Detsi A, Jaeger T, Šarlauskas J, Peterlin Mašič L, Kunick C, Labadie GR, Flohé L, Comini MA. (2016) Identification of Novel Chemical Scaffolds Inhibiting Trypanothione Synthetase from Pathogenic Trypanosomatids. PLoS Negl Trop Dis. 10(4): e0004617. http://journals.plos.org/plosntds/article?id=10.1371/journal.pntd.0004617

Ortiz C, Moraca F, Medeiros A, Botta M, Hamilton N, Comini M. (2016) Binding Mode and Selectivity of Steroids towards Glucose-6-phosphate Dehydrogenase from the Pathogen Trypanosoma cruzi. Molecules 21(3), 368; http://www.mdpi.com/1420-3049/21/3/368.

Bonilla M, Krull E, Irigoín F, Salinas G, Comini MA. (2016) Selenoproteins of African trypanosomes are dispensable for parasite survival in an animal host. Mol Biochem Parasitol. 206(1-2): 13-19.

Alberca LN, Sbaraglini ML, Balcazar D, Fraccaroli L, Carrillo C, Medeiros A, Benitez D, Comini M, Talevi A. (2016) Discovery of novel polyamine analogs with anti-protozoal activity by computer guided drug repositioning. J Comput Aided Mol Des. 30(4): 305-321.

Comini MA (2016) Measurement and meaning of cellular thiol:disufhide redox status. Free Radic Res. 50(2): 246-71.

Randall L, Manta B, Nelson KJ, Santos J, Poole LB, Denicola A. (2016) Structural changes upon peroxynitrite-mediated nitration of peroxiredoxin 2; nitrated Prx2 resembles its disulfide-oxidized form. Arch Biochem Biophys. 590: 101-108.

2015

Musunda B, Benítez D, Dirdjaja N, Comini MA, Krauth-Siegel RL. (2015) Glutaredoxin-deficiency confers bloodstream Trypanosoma brucei with improved thermotolerance. Mol Biochem Parasitol. 204(2): 93-105.

Bisio H, Bonilla M, Manta B, Graña M, Salzman V, Aguilar PS, Gladyshev VN, Comini MA, Salinas G. (2015) A New Class of Thioredoxin-Related Protein Able to Bind Iron-Sulfur Clusters. Antioxid Redox Signal. Oct 27. [Epub ahead of print] PubMed PMID: 26381228.

Stefani M, Sturlese M, Manta B, Löhr F, Mammi S, Comini M, Bellanda M (2015) (1)H, (13)C and (15)N resonance assignment of the cytosolic dithiol glutaredoxin 1 from the pathogen Trypanosoma brucei. Biomol NMR Assign. 10(1): 85-88.

Rodríguez Arce E, Sarniguet C, Moraes TS, Vieites M, Tomaz AI, Medeiros A, Comini MA, Varela J, Cerecetto H, González M, Marques F, García MH, Otero L, Gambino D (2015) A new ruthenium cyclopentadienyl azole compound with activity on tumor cell lines and trypanosomatid parasites. J Coord. Chem. 1-15.

Fernández M, Arce ER, Sarniguet C, Morais TS, Tomaz AI, Azar CO, Figueroa R, Diego Maya J, Medeiros A, Comini M, Helena Garcia M, Otero L, Gambino D. (2015) Novel ruthenium(II) cyclopentadienyl thiosemicarbazone compounds with antiproliferative activity on pathogenic trypanosomatid parasites. J Inorg Biochem. 153: 306-314.

Miserachs HG, Cipriani M, Grau J, Vilaseca M, Lorenzo J, Medeiros A, Comini MA, Gambino D, Otero L, Moreno V. (2015) Antitumor and antiparasitic activity of novel ruthenium compounds with polycyclic aromatic ligands. J Inorg Biochem. 150: 38-47.

2014

Peña S., Fagundez C., Medeiros A., Comini M.A., Scarone L., Sellanes D., Manta E., Tulla-Puche J., Albericio F., Stewart L., Yardley V. and Serra G. (2014) Synthesis of Cyclohexapeptides as Promising Antimalarial and Anti-trypanosomal Agents. Med. Chem. Comm. 3: 1443-1448.

Sousa A.F., Gomes-Alves A.G., Benítez D., Comini M.A., Flohé L., Jaeger T., Passos J., Stuhlmann F., Tomás A. M., Castro H. (2014) Genetic and chemical analyses reveal that trypanothione synthetase but not glutathionylspermidine synthetase is essential for Leishmania infantum. Free Rad. Biol. Med. 73: 229-238.

Maiwald F; Benítez D; Charquero D; Abad Dar M; Erdmann H; Preu L;Koch O; Hoscher C; Meijer L; Comini MA; Kunick C (2014) 9- and 11-substituted 4-azapaullones are potent and selective inhibitors of African trypanosoma. Eu. J. Med. Chem. 83: 274-283.

Randall LM, Manta B, Hugo M, Gil M, Batthyàny C, Trujillo M, Poole LB, Denicola A (2014) Nitration transforms a sensitive peroxiredoxin 2 into a more active and robust peroxidase. J Biol Chem. 289(22): 15536-43.

Sturlese M, Lelli M, Manta B, Mammi S, Comini MA, Bellanda M. (2014) (1)H, (13)C and (15)N resonance assignment of the mature form of monothiol glutaredoxin 1 from the pathogen Trypanosoma brucei. Biomol NMR Assign 9: 143-146.

Hiller C., Nissen A., Benitez D., Comini M., Krauth-Siegel R. L (2014) Cytosolic Peroxidases Protect the Lysosome of Bloodstream African Trypanosomes from Iron-Mediated Membrane Damage. PLoS Pathogens 10(4):e1004075.

2013

Manta B., Pavan C., Sturlese M., Medeiros A., Crispo M., Berndt C., Krauth-Siegel R.L., Bellanda M. and Comini M.A. (2013) Iron-sulfur cluster binding by mitochondrial monothiol glutaredoxin-1 of Trypanosoma brucei: molecular basis of iron-sulfur cluster coordination and relevance for parasite infectivity. Antioxid. Redox Signal. 19(7):665-82

Sardi F, Manta B, Portillo-Ledesma S, Knoops B, Comini MA, Ferrer-Sueta G. 2013. Determination of acidity and nucleophilicity in thiols by reaction with monobromobimane and fluorescence detection. Anal Biochem. 435(1):74-82.

Manta B, Comini M, Medeiros A, Hugo M, Trujillo M, Radi R. 2013. Trypanothione: A unique bis-glutathionyl derivative in trypanosomatids. Biochim Biophys Acta. 1830(5):3199-216.

Fernández M., Becco L., Correia I., Benítez J., Piro O.E., Echeverria G.A., Medeiros A., Comini M., Lavaggi M.L., González M., Cerecetto H., Moreno V., Pessoa J.C., Garat B. and Gambino D. (2013) Oxidovanadium(IV) and dioxidovanadium(V) complexes of tridentate salicylaldehyde semicarbazones: Searching for prospective antitrypanosomal agents. J. Inorg Biochem. 127:150-60.

Comini M.A., Krauth-Siegel R.L., Bellanda M. (2013) Mono- and di-thiol glutaredoxins in the trypanothione-based redox metabolism of pathogenic trypanosomes. Antiox. Redox Signal. 19(7):708-22.

2012

Peña S., Scarone L., Medeiros A., Manta E., Comini M., Serra G. 2012. Synthesis of precursors and macrocycle analogs of aerucyclamides as anti-trypanosomal agents. Med. Chem. Commun. 3(11):1443-1448 [PDF].

Comini MA, Krauth-Siegel L, Bellanda M. 2012. Mono- and Dithiol Glutaredoxins in the Trypanothione-based Redox Metabolism of Pathogenic Trypanosomes. Antioxid Redox Signal. 2012 Oct 25. [Epub ahead of print] PMID: 22978520. [PubMed] [PDF].

Demoro B., Sarniguet C., Sánchez-Delgado R., Rossi M., Liebowitz D., Caruso, F., Olea-Azar C., Moreno V., Medeiros A., Comini M.A., Otero L., Gambino D. 2012New organoruthenium complexes with bioactive thiosemicarbazones as co-ligands: potential anti-trypanosomal agents. Dalton Transactions. 41(5):1534-43.

2011

Ortiz C., Larrieux N., Medeiros A., Botti H., Comini M., Buschiazzo, A. 2011. Expression, crystallization and preliminary X-ray crystallographic analysis of glucose-6-phosphate dehydrogenase from the human pathogen Trypanosoma cruzi in complex with substrate. Acta Crystallogr Sect F Struct Biol Cryst Commun. 67(Pt 11):1457-61 / 67(Pt 12):1674

Roldan A., Comini M.A., Crispo M., Krauth-Siegel R.L. (2011) Lipoamide dehydrogenase is essential for both bloodstream and procyclic Trypanosoma brucei. Mol. Microbiol. 81(3):623-39

Manta B., Obal G., Ricciardi A., Pritsch O., Denicola A. (2011) Tools to evaluate conformation in protein products. 2011. Biotechnology Journal 6(6):731-41.

Ferrer-Sueta G., Manta B., Botti H., Radi R., Trujillo M., Denicola A. 2011. Factors affecting protein thiol reactivity and specificity in peroxide reduction. Chem. Res. Tox. 24(4):434-50.

2009

Comini M.A., Dirdjaja N., Kaschel M., Krauth-Siegel R.L., 2009. Preparative enzymatic synthesis of trypanothione and trypanothione analogues. Int. J. Parasitol. 39, 1059-1062.

2008

Comini M.A., Rettig J., Dirdjaja N., Hanschmann E.M., Berndt C., Krauth-Siegel R.L., 2008. Monothiol Glutaredoxin-1 Is an Essential Iron-Sulfur Protein in the Mitochondrion of African Trypanosomes. J Biol. Chem. 283, 27785-27798.

Irigoín F., Cibils L., Comini M.A., Wilkinson S.R., Flohé L., Radi R., 2008. Insights into the redox biology of Trypanosoma cruzi: Trypanothione metabolism and oxidant detoxification. Free Radic. Biol. Med. 45, 733-742.

Buchholz K., Comini M.A., Wissenbach D., Schirmer R. H., Krauth-Siegel R. L. and Gromer S. (2008) Cytotoxic interactions of methylene blue with trypanosomatids-specific disulfide reductases and their dithiol products. Mol. Biochem. Parasitol., 160: 65-69.

Krauth-Siegel R. L. and Comini M.A. (2008) Redox control in trypanosomatids, parasitic protozoa with trypanothione-based thiol metabolism. Biochem. Biophys. Acta, 1780: 1236-1248.

Filser M., Comini M.A., Dirdjaja N., Molina-Navarro M., Herrero E., and Krauth-Siegel R. L. (2008) Cloning, functional analysis and localization of monothiol glutaredoxin-1 from Trypanosoma brucei. Biol. Chem., 389: 21-32.

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2007  y años previos

Schlecker T., Comini M.A., Melchers J., Ruppert T., and Krauth-Siegel R. L. (2007) Catalytic mechanism of the glutathione peroxidase-type tryparedoxin peroxidase of Trypanosoma brucei. Biochem. J., 405: 445-454.

Xolalpa W., Vallecillo A., Lara M., Spallek R., Comini M., Singh M., and Espitia C. (2007) Identification of novel bacterial plasminogen-binding proteins in the human pathogen Mycobacterium tuberculosis. Proteomics, 7: 3332-3341.

Comini M.A., Krauth-Siegel R.L., and Flohé, L. (2007) Depletion of the thioredoxin homologue tryparedoxin impairs anti-oxidative defense in African trypanosomes. Biochem. J., 402: 43-49.

Trujillo M., Mauri P., Benazzi L., Comini M.A., De Palma A., Flohé L., Radi R., Stehr M., Singh M., Ursini F. and Jäger T. (2006) The mycobacterial thioredoxin peroxidase can act as a one-cysteine-peroxiredoxin. J. Biol. Chem., 281: 20555-20566.

Comini M.A., Menge U., Wissing J. and Flohé L. (2005) Trypanothione synthesis in Crithidia revisited. J. Biol. Chem., 280: 6850-6860.

Comini M.A., Menge U., and Flohé L. (2005) “Convenient isolation and kinetic mechanism of glutathionylspermidine synthetase from Crithidia fasciculata. Vol. 272 (1997) 11908–11915”. J. Biol. Chem., 280: 7407.

Comini M.A., Guerrero S. A., Haile S., Menge U., Lünsdorf H. and Flohé L. (2004) Validation of Trypanosoma brucei trypanothione synthetase as drug target. Free Radic. Biol. Med., 36: 1289-1302.

Imaz S. M., Comini M.A., Zerbini E., Sequeira M. D., Latini O., Claus J. D. and Singh M. (2004) Evaluation of commercial ELISA kits for the detection of Tuberculosis in Argentinean population. J. Clin. Microbiol., 42: 884-887.

Comini M.A., Menge U. and Flohé L. (2003) Biosynthesis of trypanothione in Trypanosoma brucei brucei. Biol. Chem., 384: 653-656.

Imaz M. S., Comini M.A., Zerbini E., Sequeira M. D., Spoletti M. J., Etchart A. A., Pagano H. J., Bonifasich E., Díaz N., Claus J. D. and Singh M. (2001) Evaluation of the diagnostic value of measuring IgG, IgM and IgA antibodies to the recombinant 16-kilodalton antigen of Mycobacterium tuberculosis in childhood tuberculosis. Int. J. Tuberc. Lung Dis., 5 (11): 1036-1043.

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Capítulos de Libros

Comini M.A, Ortiz C., Cazzulo, J.J. (2013). Drug Targets in Trypanosomal and Leishmanial Pentose Phosphate Pathway. In: Trypanosomatids diseases, molecular routes to drug discovery. Ed. T. Jäger, O. Koch, L.Flohé, Wiley-Blackwell. ISBN: 978-3-527-33255-7. [link to book]

Comini M.A., Flohé L. (2013). The trypanothione-based redox metabolism of trypanosomatids. In: Trypanosomatids diseases, molecular routes to drug discovery. Ed. T. Jäger, O. Koch, L.Flohé, Wiley-Blackwell ISBN: 978-3-527-33255-7. [link to book]

Manta B., Fleitas A.L., Comini M.A. (2012). Iron Metabolism in Pathogenic Trypanosomes. In: Iron Metabolism. Ed. S.Arora, InTech Press. ISBN 979-953-307-162-5. [Open Access Full Chapter]

Comini M.A., Medeiros A., Manta B. (2012). Stress response in the infective stage of Trypanosoma brucei. In: Stress Response in Microbiology. Ed. J.M. Requena, Horizon Scientific Press. ISBN 978-1-908230-04-1. [Link to book]

Bollati-Fogolín M. and Comini M. A. (2008). Chapter 3: Clonagem e Expressão de Proteínas Heterólogas em Células Animais, pp. 40-76. In: Tecnologia do Cultivo de Células Animais: de Biofármacos a Terapia Gênica. Eds. Ângela Maria Moraes Elisabeth F. P. Augusto e Leda Dos Reis Castilho. Editora Roca, São Paulo, Brazil.

Bollati-Fogolín M. and Comini M. A. (2007). Chapter 3: Cloning and Expression of Heterologous Proteins in Animal Cells, pp. 39-73. In: Animal Cell Technology: From Biopharmaceuticals to Gene Therapy. Eds. Leda R. Castilho, Ângela Maria Moraes, Elisabeth F. P. Augusto and Michael Butler. Taylor & Francis, New York, US and Abingdon, UK.

Schlecker T., Comini M. A., and Krauth-Siegel R. L. (2007) . Chapter 11: The trypanothione system, pp. 231-252. In: Peroxiredoxin systems: Structures and functions. Eds. Leopold Flohé and Robin J. Harris. Springer-Verlag, Berlin, Germany.

CONTACTO

mcomini@pasteur.edu.uy