Estudios computacionales de interacciones carbohidrato-proteína

Resumen

En esta Tesis Doctoral, se han empleado técnicas de modelado molecular para la elucidación a nivel atómico de las interacciones carbohidrato proteína de varios sistemas con interés biológico y terapéutico. Estos estudios han permitido aportar nuevas perspectivas para la comprensión de los procesos de reconocimiento molecular implicados en las funciones biológicas de estos sistemas. En concreto, junto con datos experimentales 19F NMR, se han propuesto los modos de unión de un trimanósido fluorado y sus disacáridos fluorados con una lectina modelo de Pisum sativum. Este estudio combinado ha requerido el uso de glicómiméticos fluorados sintéticos para la elucidación de detalles estructurales y detalles de la interacción de cada manosa fluorada con la proteína, identificando el epítopo. Este tipo de estudio no hubiera sido posible sin la presencia del flúor. Se ha realizado también el estudio computacional del modo de unión de varios ligandos con beta galactosa. En particular hemos estudiado el comportamiento de la lactosa, de la dilactosamina y de dos derivados sintéticos de lactosamina con la galectina 3 humana. Estos ligandos contienen los epítopos LacdiNAc y alphagal, que se han propuesto como patrones moleculares de reconocimiento de la galectina 3 que media la respuesta inmune. Buscamos la caracterización de las interacciones claves necesarias para el reconocimiento por parte de la galectina 3, señalando las diferencias más destacadas. Por otra parte, se ha realizado el diseño computacional de nuevos ligandos para diferentes galectinas mejorando la afinidad y la selectividad. Para ello, nos hemos centrado en las galectinas 1, 3 y 7, ya que están involucradas en diferentes procesos biológicos como la adhesión, el crecimiento celular y también en procesos patológicos como el cáncer. Por medio de protocolos de cribado virtual, se exploraron los bolsillos vecinos del dominio de reconocimiento de carbohidratos para identificar fragmentos adecuados capaces de anclarse a este bolsillo en cada una de las galectinas. Diseñamos derivados de metil lactosa capaces de unirse a estas galectinas con mejores valores predichos de afinidad y selectividad. En colaboración con otros grupos, los compuestos diseñados se han sintetizado y los resultados preliminares de resonancia magnética nuclear y de calorimetría isoterma de titulación son muy prometedores. Se ha propuesto también un modelo computacional para la interacción del epítopo glicosilado de la podoplanina y la lectina de las semillas de Maackia amurensis o MASL. Se ha demostrado que estas lectinas ejercen una acción protectora contra la degradación del cartílago en la osteoartritis. El estudio de modelado molecular ha permitido proponer un modo de interacción del tetrasacarido unido a la podoplanina con la isoforma hemoaglutinina de la MASL. Este tipo de estudio contribuye al entendimiento del mecanismo de unión carbohidrato proteína en la patofisiología de la osteoartritis. La capacidad de MASL de unirse a glicoproteínas sialiladas como la podoplanina, que se inducen durante la osteoartritis y la artritis reumatoide, protege a los condrocitos de insultos que conducen a la degradación del cartílago. Este mecanismo puede suponer nuevas formas de intervención terapéutica y nuevos tratamientos para la artritis que incluyan la regulación de sialilación durante estadios agudos de la enfermedad. Finalmente, hemos estudiado también el modo de unión de una serie de miméticos sintéticos de nucleósidos como inhibidores de una glicosiltransferasa modelo, la GalNAc T2. Estos análogos de nucleótidos son compuestos menos polares derivados de la uridina que contienen sólo el beta fosfato y podrían ser ligandos eficientes para la inhibición de la enzima, como se deduce de los datos experimentales. Hemos propuesto un modelo computacional para el modo de unión de estos ligandos para proporcionar más información sobre el mecanismo del ciclo catalítico de esta familia de enzimas.