CARACTERISTICAS DEL COMPLEJO PARAMECIUM OSCAR FERNANDO GONZALEZ ONTIVEROS [email protected] UNIVERSIDAD AUTONOMA DE SINALOA

Laboratorio de Zoología Escuela de Biología Avenida Universitarios S/n CP:80010 Culiacán Rosales Sinaloa México

DICIEMBRE DEL 2003

INDICE - CARACTERISTICAS DEL COMPLEJO PARAMECIUM -REFERENCIAS

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CARACTERISTICAS DEL COMPLEJO PARAMECIUM

Paramecium es mucho mas que un simple ciliado de agua dulce, debido a sus propiedades particulares se ha estudiado muy a fondo, incluso en la rama de la Psicología donde se estudian las propiedades aversivas mediante estimulación eléctrica, resultados que podrían servir incluso para estudiar los efectos en el hombre. Se tiene evidencia de que el choque de ánodos es aversivo para la estimulación eléctrica DC en paramecium mientras que la estimulación eléctrica DC de un cátodo puede tener propiedades de atracción si la intensidad del choque es muy baja (1). Entonces, vale la pena conocer lo mejor posible tanto la morfología como la fisiología de Paramecium. Como ya sabemos, las redes citoesqueleticas corticales atraviesan toda la célula, modelan y sostienen la forma del organismo; el enredado infraciliar (ICL) de Paramecium desarrolla 2 tipos de organización , su patrón global es moldeado por el patrón del cuerpo basal y sus microfilamentos en mallas muestran variabilidad (2). Los constituyentes del ICL son codificados por familias multigenicas y producidos para coensamblar. Los efectos del gen silencing sobre la morfogénesis de los tricocistos resultan de cambios cualitativos en vez de cambios cuantitativos en las TMPs disponibles para el ensamblaje. En las estructuras celulares construidas a partir de los productos de los genes silencing se crean fenotipos mutantes mediante la inyección de secuencias de codificación que dañan las copias de genes endógenos (3). Como podemos ver, el genoma determina la conformación del complejo. Los ciliados presentan dualismo nuclear; micronucleo y macronucleo cuyo desarrollo incluye arreglos del genoma, la eliminación de una de sus partes puede ser característico de los ciliados, por tanto, el electrocariotipo es muy útil para estudiar genética molecular y rastrear nuevos arreglos del genoma (4) ; mientras que el gen silencing, el microscopio electrónico y los análisis de inmunolocalizacion revelan una participación ubicua de PtNSF en el trafico por vesículas que ocurren en Paramecium, como buscar SNAREs , otros patrones de NSF y los mecanismos de SNAREs (5).El factor sensitivo NSF es una ATPasa ubicua que se desarrolla en fusión de membranas durante el trafico intracelular, actúa como chaperón en el desmontaje de (SNAREs). La exportación de moléculas de células eucarióticas sigue una ruta de secreción del retículo endoplásmico a la membrana plasmática (6). En Paramecium primaurelia, la adhesión célula-célula seguida de apareamiento celular ocurre después de la mezcla de adecuadas poblaciones hambrientas de los dos tipos celulares discretos aptos de entrar en conjugación, la adhesión es llevada a cabo con la ayuda de un sistema colinergético que regula las interacciones celulares (7). Gracias a exposiciones ultrasónicas se ha podido determinar, que el máximo índice de crecimiento celular corresponde a las frecuencias de resonancia supuestas de la vacuola. La teoría para la oscilación de las vacuolas celulares es una guía útil prediciendo las mayores frecuencias sónicas de eficiencia, por lo tanto, bajo regulación cuidadosa de parámetros se pueden obtener resultados positivos en la exposición ultrasónica (8), y no únicamente resultados negativos como se creía anteriormente. Muchas mutaciones genéticas están involucradas en procesos biológicos de Paramecium. La autogamia es un proceso que consta de tres divisiones pregameticas micronucleares, en el mutante ts401 de P. tetraurelia cuando se trata con calor el desarrollo del anlagen oral es frecuentemente inhibido y en sus células algunas proteínas estructurales como las que controlan eventos nucleares en la autogamia pueden ser alteradas por choques de calor (9). 3

Las células transformadas son capaces de expresar un fenotipo desordenado hasta la siguiente autogamia que restaura las características mutadas. La inyección de genoma ADN macronuclear wild-type resulta en líneas celulares transformadas del mutante d4-84 y expresa la temprana habilidad del intercambio de tricocistos (10). Inclusiones cristalinas del citoplasma en algunos protozoarios que parecen moverse a través del citoplasma son muy prominentes características de modelos genéticos y de organismos, pero la presencia de mutaciones como “sombre” sugieren que son productos de regulación de posible significancia psicológica. Como componente purina menos abundante en Paramecium tenemos a Xantina, que es el mayor en “sombre” (11). La concentración intracelular libre de Mg2+ ([Mg2_]i) es herméticamente regulada y modulada por ligandos extracelulares. Las células carecen de un transportador funcional que pudiera ser abrumado y exterminado por concentraciones extracelulares de Mg2+, pero es posible que la mutación mgx incremente la permeabilidad al Mg2+(12). Vale la pena señalar que muy pocos genes que transportan o regulan Mg2+ han sido clonados, por lo que Paramecium proporciona una oportunidad única de aclarar la base molecular para el transporte de Mg2+.En el gen eccentric, XNTA, y su producto, XntAp, la serie colocada de cargas negativas en XntAp, pudieran jugar un rol en la penetración de iones. Tal asociación electrostática a través de coordinación secundaria podría ser un pasaje mas rápido y preferible de Mg2+ a través del filtro (13). Algunas especies de Paramecium abrigan bacterias intracelulares como las de P. putrinum entre otras, en P. calkinsi se encontró la bacteria GN5-3 que resulta interesante por invadir al citoplasma y por no encontrarse en las vacuolas de los anfitriones (14). La mayoría de las bacterias intracelulares encontradas en ciliados, especialmente en especies Paramecium son del género Holospora que presentan dos formas de vida y que utilizan un puente entre los dos macronucleos hijos como pieza conectiva entre el proceso de liberación de formas de infección de núcleos infectados y una estructura nuclear (15). A su vez, estudios han demostrado que los ciliados son efectivos apaciguando las poblaciones de varias cianobacterias, el ciliado Paramecium cf. caudatum Ehrenberg es capaz de apaciguar a las poblaciones de la tóxica Cylindrospermopsin Raciborskii en el laboratorio; las concentraciones de toxinas son modificadas por los procesos de apaciguamiento(16). Existen también virus que codifican enzimas; PBCV-1 es el primer virus conocido que codifica enzimas involucradas en el metabolismo de las azucares nucleótidos. Presumiblemente el hospedante es incapaz de proporcionar suficiente cantidad de los monosacáridos GDP-D-ramnosa y GDP-L- fucosa para la producción de virus. A diferencia de enzimas GMD de otros organismos, el virus codificado GMD es una enzima bifuncional (17). Si hablamos de proteínas, la hemoglobina de Paramecium tiene sus particularidades. La afinidad de ligand binding es muy diferente entre las clases de globinas en vertebrados e invertebrados, en Paramecium Hb y la hemoglobina y mioglobina de los mamíferos la similaridad en la secuencia de aminoácidos es del 15%, en Paramecium Hb, el oxígeno implicado en la conformación es estabilizado por los residuos distales(18). En su hábitat normal ,un protozoario de agua dulce se enfrenta siempre a condiciones hipotónicas. La permeabilidad al agua de la membrana plasmática de P. multimicronucleatum disminuye conforme aumenta la osmolaridad citosolica. Este sugiere la presencia de mecanismos en las membranas para detectar la osmolaridad citosolica de la célula y para cambiar permeabilidad al agua (19). El CV es un complejo muy importante en 4

Paramecium y en general en todos los protozoarios con el cual regulan su osmolaridad citosolica. En Paramecium el CVC consiste de una vacuola contráctil central y 5-10 brazos radiales que se abren en abanico, por si mismo posee un mecanismo por el cual las membranas planares del CV son reducidas. La técnica electrofisiológica ha permitido mostrar que el incremento tubular comienza adyacente a las cintas microtubulares cuando el CV está en fase de recorrido (20). El rodeamiento del CV por los brazos radiales corresponde a una tensión incrementada en la membrana del CV, se sabe de una estructura (s) citoesqueletica que se asocia a la membrana del CV para sujetarla cuando hay extrema tensión, para protegerla de la desintegración además de cubrir la membrana del CV cubre sus túbulos de 40 nm (21). En Paramecium multimicronucleatum la trayectoria del CV alcanza el máximo justo antes de la descarga de fluidos, el CV in vitro, cuando se aísla de la célula y se limita bajo aceite mineral, algunas veces se vuelve motil en el citosol pareciéndose a un ameboide, mas frecuentemente cuando el CV comienza a mostrar ciclos irregulares de actividad (22). En células adaptadas de Paramecium, el fluido de la vacuola contráctil, es hipertónico al citosol y contiene K+ y Cl-; la energía electroquímica necesaria para el transporte activo ion/osmolito del citosol dentro del CV viene aparentemente del Vcvc (potencial de la membrana del CVC)que es generado por V-H+-ATPasas ; por lo tanto la composición iónica del CV refleja los procesos de transporte a través de la membrana plasmática (23). La actividad de los osmolitos K+ y Cl- además de las osmolaridades del fluido en conjunto permanecen mas altos en el CV que en el citosol. En Paramecium ,un transporte de estos osmolitos dependientes de agua que transporta a través de la membrana del CV está involucrado en la regulación del volumen celular en condiciones hipotónicas (24). El complejo ha tenido mucho éxito extendiéndose prácticamente por todos los continentes como todos los protozoarios, pero en este caso hablaremos solo del continente europeo en donde P. novaurelia es el dominante, seguido de P. biaurelia y P. primaurelia.. Paramecium tetraurelia, P. triaurelia , y P. sexaurelia son especies raras .P. pentaurelia , P. octaurelia , y P. tredecaurelia son muy raras. En Grecia por primera vez se descubre P. primaurelia, en Europa su aparición parece estar limitada por una barrera climática (25). Paramecium triaurelia, es caracterizado por su moderada procreación manifestada por la carencia de diferenciación genética de cepas originadas de diferentes habitats en Europa o diferentes continentes, lo cual tiene algunas ventajas selectivas (26). Grecia, por ser uno de los países europeos menos estudiados en este complejo ha recibido mucha atención últimamente. Se ha confirmado la ocurrencia de P. sexaurelia en Lake Pamvotis (Ioannina, N. W. Grecia). Parece que las condiciones bióticas y abióticas ahí son adecuadas para las especies y resulta interesante que ninguna otra especie del grupo aurelia fue encontrada en los lugares muestreados (27). Ucrania, también ha sido estudiado incansablemente y se tienen estudios muy profundos para determinar la aparición de especies Paramecium en Ucrania (the Eastern Carphathians), pero no se había encontrado ninguna del complejo Paramecium aurelia, como en los ríos Prut y Tisa que mostraban características químicas similares excepto la absorción bioquímica y la concentración de sustancias orgánicas ,se creía que la ausencia de estas especies obedecía a la química del agua y a la temporada de muestreo (28). Sin embargo en fechas recientes, en las Carphathians del este (Ucrania) la presencia de P. triaurelia y P. novaurelia fue demostrada en los Medobory Mts , y de P. primaurelia en el Dniester Valley. En el Volyn-Podolian Upland, la especie mas frecuente fue P. novaurelia (29). Aunque en las Carphathians del este los cuerpos de agua son oligotróficos y la 5

composición de organismos planctónicos es muy pobre también se ha encontrado la presencia de P. caudatum y P. multimicronucleatum (30). REFERENCIAS 1. Armus HL, Montgomery AR. Aversive and attractive properties of electrical stimulation for Paramecium caudatum. Psychol Rep 2001;89(2):342-4. 2. Beisson J, Clerot JC, Fleury-Aubusson A, Garreau de Loubresse N, Ruiz F, Klotz C. Basal body-associated nucleation center for the centrin-based cortical cytoskeletal network in Paramecium. Protist 2001;152(4):339-54. 3. Ruiz F, Vayssié L, Klotz C, Sperling L, Madeddu L. Homology-dependent gene silencing in Paramecium. Molecular Biology of the Cell 1998;9:931–943. 4. Rautian MS, Potekhin AA. Electrokaryotypes of macronuclei of several Paramecium species. J Eukaryot Microbiol 2002;49(4):296-304. 5. Kissmehl R, Froissard M, Plattner H, Momayezi M, Cohen J. NSF regulates membrane traffic along multiple pathways in Paramecium. J Cell Sci 2002;115(Pt 20):3935-46. 6. Froissard M, Kissmehl R, Dedieu JC, Gulik-Krzywicki T, Plattner H, Cohen J. Nethylmaleimide-sensitive factor is required to organize functional exocytotic microdomains in paramecium. Genetics 2002;161(2):643-50. 7. Delmonte Corrado MU, Politi H, Ognibene M, Angelini C, Trielli F, Ballarini P, et al. Synthesis of the signal molecule acetylcholine during the developmental cycle of Paramecium primaurelia (Protista, Ciliophora) and its possible function in conjugation. J Exp Biol 2001;204(Pt 11):1901-7. 8. Yang SK, Huang YC. Biological effect of paramecium in diffused ultrasonic fields. Ultrasonics 2002;39(7):525-31. 9. Prajer M, Iftode F. Anomalies of autogamy in Paramecium tetraurelia temperature sensitive mutant induced by heat treatment. Folia Biol (Krakow) 2001;49(1-2):13-27. 10. Prajer M, Kosciuszko H. Effect of wild-type macronucleoplasm transplantation into trichocyst mutant cells of Paramecium tetraurelia. Folia Biol (Krakow) 2001;49(3-4):125-8. 11. Creutz CE, Mohanty S, Defalco T, Kretsinger RH. Purine composition of the crystalline cytoplasmic inclusions of Paramecium tetraurelia. Protist 2002;153(1):39-45. 12. Hammond JA, Preston RR. Isolation and characterization of magbane, a magnesium-lethal mutant of paramecium. Genetics 2001;158(3):1061-9. 13. Haynes WJ, Kung C, Saimi Y, Preston RR. An exchanger-like protein underlies the large Mg2+ current in Paramecium. Proc Natl Acad Sci U S A 2002;99(24):15717-22. 14. Fokin SI, Sabaneyeva EV, Borhsenious ON, Schweikert M, Gortz HD. Paramecium calkinsi and P. putrinum (ciliophora,protista) harboring alpha-subgroup bacteria in the cytoplasm. Protoplasma 2000;213:176-183. 15. Fokin SI, Sabaneyeva EV. Release of endonucleobiotic bacteria Holospora bacillata and Holospora curvata from the macronucleos of their host cells Paramecium woodruffi and Paramecium calkinsi. Endocytobiosis & Cell Res 1997;12:49-55. 16. Fabbro L, Baker M, Dilvenvoorden L, Pegg G, Shiel R. The effects of the ciliate Paramecium cf. caudatum Ehrenberg on toxin producing Cylindrospermopsis isolated from the Fitzroy River, Australia. Environ Toxicol 2001;16(6):489-97. 17. Tonetti M, Zanardi D, Gurnon JR, Fruscione F, Armirotti A, Damonte G, et al. Paramecium bursaria Chlorella virus 1 encodes two enzymes involved in the biosynthesis of GDP-L-fucose and GDP-D-rhamnose. J Biol Chem 2003;278(24):21559-65. 6

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