Identificación de reacciones controladoras en un modelo computacional multi-ómico astrocitario de lipotoxicidad inducida por ácido palmítico.

Nuestro objetivo es identificar las reacciones controladoras que controlan la respuesta astrocítica humana al ácido palmítico (PA) en una reconstrucción metabólica multómica a escala genómica (GEM). Los astrocitos son esenciales para mantener la homeostasis cerebral y su deterioro funcional se reconoce cada vez más como primordial en la etiología de varias enfermedades neurodegenerativas (ND). Tal deterioro puede ser inducido mediante insultos tóxicos con PA, un ácido graso común en la diabetes y la obesidad, que interrumpe la autofagia, aumenta las especies reactivas de oxígeno y desencadena la inflamación, entre otros. A pesar de que se han abordado los efectos del PA en los astrocitos, la mayoría de los aspectos de la homeostasis del PA siguen siendo desconocidos. Por ejemplo, ¿cuáles son los cambios inducidos por PA a nivel sistémico? ¿Cuáles son las reacciones metabólicas últimas que fomentan los cambios metabólicos en astrocitos después de un insulto con PA? ¿Cómo diseñar nuevas estrategias terapéuticas para minimizar el efecto tóxico de la sobre-exposición del PA? Para abordar estas preocupaciones, las representaciones matemáticas del metabolismo celular, como las GEM, son herramientas invaluables, ya que 1) simulan con éxito los cambios metabólicos a nivel sistémico, 2) son ideales para integrar información ómica para mejorar su representación biológica y 3) permiten identificar las reacciones controladoras del metabolismo. Por lo tanto, hipotetizamos que las reacciones controladoras de la respuesta astrocítica al PA pertenecen al metabolismo primario. Además, esperamos cambiar la respuesta de los astrocitos al PA mediante la modulación de las reacciones controladoras. Para eso, nosotros: Objetivo 1: Integrar información transcriptómica, proteómica y metabolómica en un GEM astrocitario. Hipótesis: un GEM multiómico bien integrado produce mejores predicciones y permite identificar las reacciones controladoras de la respuesta al PA en los astrocitos. Enfoque: Después de los pasos de procesamiento y expresión diferencial, la transcriptómica y la proteómica se incluirán a través de reacciones gen-proteína utilizando el algoritmo MADE y los datos metabolómicos utilizando el algoritmo MBA. Impacto: este será el primer GEM astrocítico multiómico, que sentará las bases para futuras investigaciones sobre la biología astrocítica y su papel en la homeostasis cerebral y la enfermedad desde una perspectiva sistémica. Objetivo 2: comparar las reacciones controladoras entre los GEM multiómicos de los astrocitos tratados con PA y los no tratados. Hipótesis: las reacciones controladoras se activan de manera diferencial entre los astrocitos tratados con PA y los no tratados. Enfoque: Seguiremos a Basler et al. (2016) y emplearemos JMassBalanc para la validación. Impacto: las reacciones controladoras arrojarán luz sobre los posibles cambios metabólicos que causan enfermedades inducidas por el PA y presentes en varias ND, ofreciendo información etiológica desde una perspectiva sistémica y guiando un mejor diseño terapéutico para una mejor identificación de blancos. Objetivo 3: validar las reacciones controladoras identificadas que controlan la respuesta astrocítica a la PA en un laboratorio húmedo y seco. Hipótesis: el silenciamiento de las reacciones controladoras activadas en la condición tratada con PA aumenta la viabilidad celular, restaura el potencial de membrana mitocondrial (MMP), disminuye la producción de citoquinas y reduce las ROS. Debido a su relevancia, las reacciones controladoras son el blanco de medicamentos aprobados por la FDA y moléculas pequeñas similares a medicamentos. Enfoque: Se silenciarán las proteínas clave que pertenecen a las reacciones controladoras de la respuesta astrocítica al PA, y se evaluará la viabilidad celular, la producción de MMP, citoquinas y ROS. Además, se llevará a cabo una exploración de las propiedades estructurales de dichas proteínas y sus cavidades druggable comunes, que emplean interacciones de múltiples objetivos de fármacos, asistidas por computadora y abarcadas en un ámbito polifarmacológico. Impacto: la identificación de proteínas clave involucradas en la respuesta astrocítica a PA permitirá diseñar nuevas estrategias terapéuticas para ND donde una molécula podrá modular múltiples objetivos a la vez, mejorando así su eficacia y seguridad terapéutica. Esta investigación es relevante para la salud pública colombiana, ya que ampliar la comprensión mecanicista de la respuesta astrocítica al PA en un GEM multiómico allanará el camino para un diagnóstico efectivo y un mejor diseño farmacológico dirigido a ND. Además, distinguirá los cambios metabólicos causantes de la respuesta astrocítica al PA de aquellos meramente relacionados con la misma, varios de ellos emulados en varias ND. En consecuencia, esta propuesta es pertinente para Colciencias, porque contribuye a resolver los desafíos del país en relación con el área clave de ND a través de los enfoques in silico e in humedo en la investigación básica en salud.