Detalles moleculares de gating mecánico en acuaporinas : FaPIP2;1 de Fragaria x ananassa como modelo

Caviglia, Agustín Francisco

Registro:

Documento:	Tesis Doctoral
Título:	Detalles moleculares de gating mecánico en acuaporinas : FaPIP2;1 de Fragaria x ananassa como modelo
Título alternativo:	Molecular details of mechanical gating in aquaporins : FaPIP2;1 from Fragaria x ananassa as a model
Autor:	Caviglia, Agustín Francisco
Editor:	Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales
Lugar de trabajo:	Universidad de Buenos Aires - CONICET. Instituto de Biodiversidad y Biología Experimental y Aplicada (IBBEA)
Fecha de defensa:	2025-03-13
Fecha en portada:	13/03/2025
Grado Obtenido:	Doctorado
Título Obtenido:	Doctor de la Universidad de Buenos Aires en el área de Ciencias Biológicas
Departamento Docente:	Departamento de Biodiversidad y Biología Experimental
Director:	Ozu, Marcelo
Director Asistente:	Gárate, José Antonio
Consejero:	Santos, Javier
Jurado:	Alleva, Karina Edith; Ferreiro, Diego Ulises; General, Ignacio José
Idioma:	Español
Formato:	PDF
Handle:	https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7736_Caviglia
PDF:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/download/tesis/tesis_n7736_Caviglia.pdf
Registro:	https://bibliotecadigital.exactas.uba.ar/collection/tesis/document/tesis_n7736_Caviglia
Ubicación:	BIO 007736
Derechos de Acceso:	Esta obra puede ser leída, grabada y utilizada con fines de estudio, investigación y docencia. Es necesario el reconocimiento de autoría mediante la cita correspondiente. Caviglia, Agustín Francisco. (2025). Detalles moleculares de gating mecánico en acuaporinas : FaPIP2;1 de Fragaria x ananassa como modelo. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7736_Caviglia

Resumen:

Las acuaporinas (AQPs) son una superfamilia de proteínas ubicuas que facilitan el movimiento del agua y de pequeños solutos a través de las bicapas lipídicas. A pesar de ser canales constitutivamente abiertos, las AQPs están reguladas por diversos estímulos vinculados al cierre, incluídos estímulos mecánicos. Aunque los enfoques experimentales han revelado comportamientos mecanosensibles en las AQPs, los procesos moleculares subyacentes siguen siendo poco claros. En este trabajo ofrecemos por primera vez un mecanismo molecular asociado a la mecanosensibilidad (MS) en AQPs mediante un estudio in-silico detallado de la acuaporina FaPIP2;1, de Fragaria x ananassa. Mediante distintas simulaciones de Dinámica Molecular (DM), que reproducen cualitativamente la disminución en la permeabilidad osmótica bajo tensión observada en los registros experimentales, se observa que la rotación de la Isoleucina 106 (I106) del loop B produce una barrera hidrofóbica en la parte citoplasmática de la región de fila india, cerrando el canal bajo tensión. Curiosamente, también observamos que la Histidina 105 (H105), un residuo adyacente a la I106, presenta una conformación de cierre bien definida e independiente de la tensión de membrana, y que el filtro de selectividad ar/R produce una barrera menor a la permeación en la región extracelular del canal, en lo que puede considerarse como un estado de semi-cierre también independiente de la tensión. Estos hallazgos, al constituir el primer mecanismo plausible que vincula los cambios funcionales y estructurales de las AQPs mecanosensibles bajo tensión, ofrecen valiosas perspectivas sobre los complejos mecanismos que rigen las respuestas de las AQPs a las señales mecánicas, mejorando nuestra comprensión de su regulación funcional.

Abstract:

Aquaporins (AQPs) are a superfamily of ubiquitous proteins that facilitate the movement of water and small solutes across lipid bilayers. Despite being constitutively open channels, AQPs are regulated by various stimuli linked to channel closure, including mechanical stimuli. Although experimental approaches have revealed mechanosensitive behaviors in AQPs, the underlying molecular processes remain unclear. In this work, we present for the first time a molecular mechanism associated with mechanosensitivity (MS) in AQPs through a detailed in-silico study of the aquaporin FaPIP2;1 from Fragaria x ananassa. Through various Molecular Dynamics (MD) simulations, which qualitatively reproduce the decrease in osmotic permeability under tension observed in experimental records, we find that the rotation of Isoleucine 106 (I106) in loop B generates a hydrophobic barrier in the cytoplasmic side of the single file region, closing the channel under tension. Interestingly, we also observe that Histidine 105 (H105), a residue adjacent to I106, adopts a well-defined closure conformation that is independent of membrane tension. Additionally, the ar/R selectivity filter creates a minor permeability barrier in the extracellular region of the channel, which could be considered a semi-closed state also independent of tension. These findings, representing the first plausible mechanism linking the functional and structural changes in mechanosensitive AQPs under tension, offer valuable insights into the complex mechanisms governing AQP responses to mechanical signals, enhancing our understanding of their functional regulation.

Citación:

---------- APA ----------

Caviglia, Agustín Francisco. (2025). Detalles moleculares de gating mecánico en acuaporinas : FaPIP2;1 de Fragaria x ananassa como modelo. (Tesis Doctoral. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales.). Recuperado de https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7736_Caviglia

---------- CHICAGO ----------

Caviglia, Agustín Francisco. "Detalles moleculares de gating mecánico en acuaporinas : FaPIP2;1 de Fragaria x ananassa como modelo". Tesis Doctoral, Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, 2025.https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n7736_Caviglia

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