Structure-based design of glycopeptides featuring unnatural tn antigens and their applications to cancer vaccination and diagnosis stars

Abstract

El objetivo principal de la presente tesis doctoral es el estudio conformacional del antígeno Tn, ya sea solo o incluido en el esqueleto peptídico de la mucina MUC1. Conocer la estructura de este tipo de glicoproteínas es clave para poder mejorar su interacción con moléculas de interés biológico, tales como lectinas, enzimas o, el caso que nos ocupa, anticuerpos. El antígeno Tn se define comúnmente como una unidad de N-acetilgalactosamina (GalNAc) conectada mediante un enlace -O-glicosídico a un aminoácido, ya sea una serina (Ser) o una treonina (Thr), sin ningún tipo de distinción entre las mismas. Sin embargo, ambos derivados presentan diferencias en la orientación del carbohidrato en disolución; mientras que la unidad de GalNAc se presenta de manera perpendicular sobre el residuo de Thr, en el caso de la Ser ésta se dispone de manera paralela sobre el aminoácido subyacente. Sorprendentemente, y observado por primera vez en fase gas, esta diferencia desaparece, siendo indistinguible la geometría de ambos aminoácidos glicosilados. Este hecho pone de manifiesto la importancia que presentan las moléculas de agua que rodean a este tipo de moléculas y su crucial contribución estructural. Glicopéptidos y glicoproteínas del tipo mucina, en particular la mucina MUC1, están relacionados de manera intrínseca con el desarrollo de ciertos tipos de cáncer, y se presentan, por tanto, como candidato prometedores a la hora de diseñar una vacuna o como método para el diagnóstico temprano. Dado que la mucina MUC1 es una glicoproteína endógena, el sistema inmune la percibe como propia durante el desarrollo de la enfermedad, produciéndose circunstancias en las que el sistema inmune tolera su aparición y evita cualquier tipo de respuesta inmune contra ella. Para solucionar esta cuestión, durante esta tesis, se han sintetizado mucinas no naturales y se ha probado su afinidad. Una vez se conoce la estructura original de la MUC1, se han llevado a cabo modificaciones sobre el carbohidrato o el aminoácido del antígeno Tn, demostrando la influencia que sutiles modificaciones estructurales pueden producir en el reconocimiento biológico global de este tipo de compuestos o su efectividad como vacunas. En este contexto, una vacuna basada en un glicopéptido no natural conteniendo un iminoazúcar ha sido probada en ratones. Los resultado muestran que esta vacuna es reconocida por el sistema inmune, siendo capaz de generar anticuerpos que reconocen MUC1 que aparece en la superficie de células cancerosas. Además, la mejora del reconocimiento MUC1-anticuerpo puede presentar interesantes implicaciones en el uso de las mucinas como sensores tumorales o en el seguimiento del tratamiento. De nuevo, conocer la estructura de la mucina MUC1 natural permite poder elegir un residuo determinado para ser modificado. Así, la afinidad hacia los anticuerpos será mayor y se podrá aumentar la sensibilidad de este tipo de pruebas, que pueden ser aplicadas en el diagnóstico precoz del cáncer.