Novel ligand-based 19f-nmr and computational approaches for studying sugar-lectin molecular recognition events

  1. Martínez Ordóñez, José Daniel
Dirigida por:
  1. Jesús Jiménez Barbero Director/a
  2. Francisco Javier Cañada Vicinay Director/a

Universidad de defensa: Universidad Complutense de Madrid

Fecha de defensa: 08 de junio de 2021

Tribunal:
  1. María Angeles Canales Mayordomo Presidente/a
  2. Maria del Henar Vazquez Villa Secretario/a
  3. Gonzalo Jiménez Oses Vocal
  4. Filipa Margarida Barradas de Morais Marcelo Vocal
  5. Francisco Corzana López Vocal

Tipo: Tesis

Resumen

Los carbohidratos juegan un papel fundamental en una enorme variedad de procesos biológicos. Se encuentran en todos los organismos vivos en la naturaleza, donde intervienen en funciones que abarcan desde su uso como fuente de energía o como fragmentos estructurales, hasta procesos de infección en organismos superiores. En vertebrados, se localizan tanto en la superficie celular como en el espacio extracelular, formando estructuras muy diversas y complejas, pero también están presentes en el núcleo y citoplasma de células eucariotas unidos a proteínas (glicoproteínas).Los carbohidratos median procesos de reconocimiento molecular entre distintos organismos, como el reconocimiento de patógenos y parásitos por la célula de un huésped. De entre todas las biomoléculas que interaccionan con carbohidratos, en esta Tesis nos hemos centrado en su reconocimiento molecular por parte de lectinas. Las lectinas son proteínas que carecen de actividad catalítica y no son producidas por una respuesta inmune (no son anticuerpos). Sin embargo, juegan un papel fundamental en la comunicación entre células, median en procesos de infección e inmunidad, o participan en la limpieza de glicoproteínas extracelulares entre otros. Para abordar el estudio a nivel atómico/molecular de los procesos de reconocimiento entre azúcares y lectinas, hemos empleado la espectroscopía de Resonancia Magnética Nuclear (RMN) como técnica analítica principal. En particular hemos utilizado ampliamente RMN de flúor, ya que las posibilidades que ofrece este heteronúcleo desde el punto de vista del análisis de interacciones ligando-receptor son enormes. Hemos abarcado estos estudios fundamentalmente desde el punto de vista del carbohidrato, para lo que hemos utilizado distintos glicomiméticos fluorados (es decir, moléculas químicamente modificadas que imitan a carbohidratos naturales). Nuestro objetivo ha sido doble: implementar nuevas metodologías basadas en RMN de flúor para la identificación y caracterización del estado unido de azúcares que interaccionan con lectinas; y profundizar en el entendimiento de cómo estas interacciones suceden, así como de la influencia que el flúor puede tener en las mismas. De forma paralela a los experimentos de RMN, hemos utilizado métodos computacionales para dar soporte a los datos experimentales obtenidos. En concreto, hemos hecho uso principalmente de simulaciones de Dinámica Molecular (MD) que han sido esenciales en la interpretación de los resultados de RMN, así como para guiar los pasos experimentales a seguir en algunos casos. Hemos empleado a su vez otras herramientas computacionales en menor medida, pero que sin duda han resultado de suma utilidad, como es el caso de CORCEMA-ST. A lo largo de los próximos capítulos, expondré las contribuciones que hemos realizado en los últimos años. Éstas incluyen: - La descripción de una metodología basada en filtros de relajación T2 para, de forma simultánea, identificar en una librería de azúcares aquellos que se unen a lectinas, así como realizar el mapeo químico de los grupos OH implicados en la interacción. - La detección y caracterización -aplicando la metodología anterior- de un modo de unión desconocido de la interacción entre la lectina DC-SIGN y la manosa. - La aplicación del nuevo experimento 2D-STD-TOCSYreF, con detección en flúor, para estudiar la interacción de DC-SIGN con un glicomimético fluorado, derivado del núcleo trimanósido que se encuentra en todas las glicoproteínas de mamíferos. Este experimento resulta especialmente útil en casos en los que el solapamiento de señales en el espectro de 1H-RMN hace imposible la estimación adecuada de los efectos STD en cada protón. - El desarrollo de una metodología para estudiar múltiples modos de unión de ligandos a un mismo receptor en disolución, utilizando datos de STD-RMN, simulaciones de MD, cálculos de CORCEMA y un nuevo programa desarrollado para el análisis combinado de todos estos datos, BM-Mixer.