Biophysical study of water movements across biological membranes: from cellular monolayers to isolated membranes from Xenopus laevis oocytes

El objetivo de esta tesis fue profundizar, con enfoque biofísico, el estudio del transporte de agua a través de membranas biológicas impulsado por gradientes osmóticos o hidrostáticos, o por el acoplamiento con el movimiento de solutos. El contenido de esta tesis se divide en dos partes: 1) El estudio del movimiento de agua y solutos a través de una barrera epitelial, tomando como modelo, el de células T84 (de origen intestinal humano) y 2) El análisis de las propiedades osmóticas del primer canal hídrico clonado, la acuaporina-1 (AQP-1), en condiciones de control de las composiciones de los medios que bañan ambos extremos de la proteína insertada en una membrana biológica. La primera parte lleva a la conclusión de que no es posible estimar directamente el flujo de agua a partir del movimiento electrogénico de iones, aún en condiciones de hiperestimulación, como se probó con potentes secretagogos. La segunda parte presenta una nueva tecnología que permite, por primera vez, controlar las condiciones experimentales a ambos lados de una acuaporina expresada de manera natural en una membrana biológica. También presenta los resultados experimentales obtenidos, que fueron complementados con simulaciones computacionales sobre la base de modelos matemáticos. Se aportan nuevos datos sobre el comportamiento osmótico de la AQP-1, así como su regulación.The objective of this thesis was to deepen, from a biophysical approach, into the study of water transport through biological membranes driven by osmotic or hydrostatic gradients, or by its coupling to solute movements. The content of this thesis is divided into two parts: 1) The study of water and solute movements through an epithelial barrier, using the T84 cells (from human intestine origin) as model; and 2) The analysis of the osmotic properties of the first cloned water channel, the aquaporin-1 (AQP-1), controlling the compositions of the media on both sides of the protein inserted into a biological membrane. The first part arrives to the conclusion that is not possible to suppose that estimating the magnitude of the transepithelial ions movements from electrical records it could be possible to estimate the associated water movement, even under conditions of electrogenic hyper-stimulation. The second part presents a new methodology that allows, for the first time, controlling the experimental conditions on both sides of an aquaporin expressed on a natural way into a biological membrane. In addition, it presents the obtained experimental results, which were complemented with computational simulations based on mathematical models. New data contribute to the acknowledgement of the osmotic behaviour of AQP-1, just as its regulation.Fil:Ozu, Marcelo. Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina