Zolessi Elizalde, Flavio Rafael

Línea de investigación

Rol de la polaridad celular en el proceso de diferenciación neural en vertebrados, enfocándonos principalmente en dos aspectos: la formación del tubo neural y la diferenciación neuronal en la retina.

Área de trabajo

El problema central que me interesa abordar, y al que me he dedicado desde mi tesis doctoral hasta el momento, junto con el grupo de Biología Celular del Desarrollo Neural (BCDN) que dirijo, es el de la diferenciación neural en el desarrollo de los vertebrados. Para esto, en el BCDN recurrimos a numerosas herramientas experimentales que nos permiten analizar el proceso de establecimiento del esbozo del sistema nervioso central por un lado, y de la diferenciación de las neuronas por el otro, en embriones de vertebrados. Principalmente utilizamos para esto embriones de pez cebra (Danio rerio) o de pollo, y técnicas de manipulación farmacológica o genética de funciones biológicas, así como microscopía y diversos métodos moleculares para evaluar los resultados.
Por ejemplo, en una de las líneas, hemos caracterizado distintos aspectos de la participación de las proteínas moduladoras de actina de la familia MARCKS en el desarrollo del sistema nervioso. Primero, ante el descubrimiento y caracterización de una forma de MARCKS fosforilada de manera estable en neuronas en diferenciación, y luego encontrando que MARCKS se acumula en la región apical del neuroepitelio de la placa neural durante el cierre del tubo neural, en ambos casos en embriones de pollo (Zolessi y Arruti, 2001a; Zolessi y Arruti, 2001b; Toledo et al., 2013). Otros grupos habían mostrado previamente una función esencial en el cierre del tubo neural de los dos miembros de la familia en ratones (MARCKS y MARCKS Like-1), por lo que nos interesó caracterizar las posibles funciones de estas proteínas en la neurulación de embriones de pollo y de pez cebra. En pollo, encontramos que la reducción en la expresión de MARCKS, así como su fosforilación en el dominio efector por parte de PKC, provoca una pérdida generalizada de la polaridad ápico-basal de las células de la placa neural, con extrusión apical masiva y falla en el cierre del tubo neural (Aparicio et al., 2018). Más recientemente, hemos abordado la comprensión de este fenómeno mediante la modelización computacional de la dinámica del neuroepitelio (S. Bosch, 2024, tesis de Maestría).
También hemos analizado las funciones de los cuatro genes que codifican para proteínas MARCKS en el pez cebra, encontrando que todos se expresan y tienen funciones particulares durante el desarrollo embrionario temprano, pero particularmente dos, MARCKSB y MARCKSL1A, parecen ser más importantes en la morfogénesis del tubo neural (Prieto y Zolessi, 2017). Actualmente, estamos tratando de comprender mejor a estas dos proteínas, habiendo encontrado que tienen localizaciones subcelulares diferentes, y que la reducción de la expresión de MARCKSL1A causa un fenotipo casi idéntico a la mutación del gen de N-cadherina. Hemos encontrado que ambos genes efectivamente interactúan en el proceso generación del tubo neural (L. Veloz, tesis de Doctorado en marcha).
Por otra parte, nos hemos interesado en cómo la polaridad del neuroepitelio influye en la localización y polarización de las neuronas, particularmente en la retina del pez cebra. Hemos caracterizado en detalle el proceso de diferenciación de las células ganglionares de la retina in vivo, mediante experimentos de time-lapse, encontrando un comportamiento altamente estereotipado en todas las células analizadas. Por otra parte, mostramos que en mutantes en los que se altera la polaridad del neuroepitelio, las neuronas polarizan, pero lo hacen de manera desordenada, y hasta con su orientación invertida (Zolessi et al., 2006). Señales polarizadas, como la Laminina A1 de la lámina basal, parecen ser esenciales en determinar la orientación correcta de estas neuronas (Randlett et al., 2011). Además, otras señales como el factor secretado Slit1b, o la presencia de la cilia primaria, también participan en el proceso temprano de diferenciación de estas neuronas, aunque no en su orientación o polarización (Zolessi et al., 2006; Lepanto et al., 2016). Hemos también encontrado funciones complementarias de los factores Slit2 y Slit3 en guiar el crecimiento de los axones de estas neuronas, desde el interior retiniano hasta el blanco sináptico en el téctum óptico (Davison y Zolessi, 2021; Davison et al., 2022).
Otro tipo neuronal de la retina de gran interés por sus características combinadas entre células epiteliales y neuronas, son los fotorreceptores. Registramos la diferenciación de progenitores de fotorreceptores mediante microscopía confocal time-lapse, pudiendo así determinar un proceso ?inverso? al de las células ganglionares: retraen un proceso basal para luego acomodar su cuerpo en la capa nuclear externa, donde permanecen estrechamente unidos. En esa posición, estos progenitores ya comprometidos en su destino de diferenciación, sufren hasta dos divisiones celulares más (Aparicio et al., 2021). En el mismo trabajo, mostramos que la cilia primaria es necesaria en los progenitores de fotorreceptores para la retracción correcta del proceso basal. En esa etapa, además, estas células mostraron una gran actividad cortical en embriones control, extendiendo dinámicamente procesos celulares de tipo filopodio, que llamamos procesos tangenciales (Aparicio et al., 2021). Más recientemente, hemos encontrado que los procesos tangenciales están presentes, aunque disminuyendo gradualmente su frecuencia, hasta etapas postmitóticas, alrededor del momento de formación de los segmentos internos de los fotorreceptores, al tiempo que comienzan a aparecer otro tipo de procesos, más rígidos, los procesos caliceales (Sharkova et al., 2024).
En nuestros proyectos actuales, y perspectivas de futuro cercano, nos interesa comprender mejor: a) los mecanismos de establecimiento y mantenimiento de la polaridad e integridad del neuroepitelio, b) los mecanismos de organización de progenitores neurales y neuronas en diferenciación, tanto en el aspecto ápico-basal como en el planar respecto al neuroepitelio, y c) cómo estos procesos afectan potencialmente el funcionamiento y sobrevida de neuronas. Esto es particularmente importante para comprender varias enfermedades neurodegenerativas de la retina y del sistema nervioso central en general, donde las neuronas mueren en etapas post-embrionarias debido a defectos en los mecanismos de mantenimiento de la polaridad celular generados durante el desarrollo. Gran parte de las nuevas aproximaciones que nos planteamos se están realizando en el marco de colaboraciones nacionales e internacionales, algunas de ellas financiadas (ICGEB; ECOS Sud; ACIP-Pasteur), con investigadores de Perú, Brasil, Canadá, Francia e Italia.