Resumen de Miméticos del antígeno tn conformacionalmente restringidos: síntesis, análisis estructural y propiedades biológicas
- español
En esta Tesis Doctoral se presentan nuevos aminoácidos glicosilados no naturales conformacionalmente restringidos, con el objetivo de fijar una estructura tridimensional bioactiva. Así, la interacción de estos compuestos con biomoléculas diana, tales como enzimas, lectinas o anticuerpos, se incrementaría, debido al gasto energético asociado a los cambios conformacionales que tienen lugar entre la molécula en estado libre y cuando está interaccionando con la proteína. De esta forma, se espera producir una inhibición más potente, un reconocimiento más fuerte o, incluso, una respuesta inmune mayor.
A lo largo del capítulo 2, se expone la síntesis de distintas familias de C-glico-aminoácidos conformacionalmente restringidos, que fueron obtenidos a partir de una reacción de Michael doblemente diastereoselectiva entre un equivalente bicíclico de serina quiral y un derivado de nitrogalactal. Estos glicósidos no naturales adoptan estructuras rígidas y muestran afinidades por lectinas similares a las obtenidas para compuestos bioactivos naturales, tales como el antígeno Tn, que es una de las estructuras asociadas a tumores hu-manos más específicas, relacionada además con la agresividad del carcinoma y considerado un importante biomarcador del cáncer.
Siguiendo la misma metodología, en el capitulo 3 se presenta la síntesis de una librería de potenciales inhibidores de glicosidasas. Éstas son enzimas que hidrolizan enlaces glicosídicos y están involucradas en multitud de procesos biológicos, de ahí la importancia de obtener nuevos inhibidores más potentes y selectivos. Los inhibidores que contienen cadenas alifáticas largas mostraron una inhibición selectiva de β-galactosidasa bovina y una inhibición específica de la enzima lisosomal humana β-glucocerebrosidasa. El mejor de los candidatos mostró, además, aumentos en la actividad de dicha enzima similares al compuesto de referencia Ambroxol®, actuando como chaperona farmacológica en fibroblastos de Gaucher con las mutaciones N370S y F213I.
En el capítulo 4 se discute la síntesis de glicomiméticos de serina y treonina unidos a sp2-iminoazúcares mediante un enlace α-O-glicosídico. La etapa clave en la síntesis es la α-O-glicosilación completamente diastereoselectiva, debida a fuertes efectos anoméricos y al reducido estrés torsional impuesto por el sistema bicíclico. Estos aminoácidos se incorporaron en péptidos de tipo mucina, en concreto MUC1, que está sobreexpresada y aberran-temente glicosilada en células cancerosas, y se estudió su capacidad de ser reconocidos por anticuerpos anti-MUC1. Dada la alta afinidad mostrada por uno de los derivados sintetizados, siendo superior a la encontrada para el antígeno Tn natural, se realizó un estudio conformacional completo, combinando técnicas cristalográficas y modelos teóricos, con el fin de diseñar una vacuna terapéutica contra el cáncer, la cual está siendo actualmente evaluada.
Por último, en el capítulo 5 se comentan brevemente los resultados más notorios obtenidos durante dos estancias predoctorales. Por un lado, en el grupo de investigación de M. Brimble (Universidad de Auckland, Nueva Zelanda), se sintetizó el glicopéptido bactericida glycocin F así como un análogo que incorpora un aminoácido no natural. Por otra parte, en el laboratorio de W. van der Donk (Universidad de Illinois, EEUU), se estudió la reacción de formación de lisinoalaninas en el lantipéptido duramycin catalizada por la enzima DurN desde un punto de vista teórico.
- English
In this Doctoral Thesis, novel unnatural and conformationally restricted glyco-amino-acids are presented. The restrictions aim to fix a bioactive three-dimensional structure in order to increase the interactions with target biomolecules, such as enzymes, lectins or antibodies, given the energetic penalty associated to conformational changes from the free-state to the bound-state. In this way, higher inhibition ratios, stronger recognition, or even higher immune responses are expected. The synthesis of a new family of conformationally-locked C-glyco-amino-acids is exposed throughout chapter 2. These compounds were ob-tained through a double diastereoselective Michael addition between a chiral bicyclic serine equivalent and a nitrogalactal derivative. These unnatural glycosides adopt quite rigid structures and show affinities for lectins similar to those found for natural compounds, like the Tn antigen. This antigen is one of the most specific human tumor-associated structures, which has been related to carcinoma aggressiveness and is considered an important cancer biomarker.
Following the same methodology, a set of potential glycosidase inhibitors is presented in chapter 3. Glycosidases hydrolyze glycosidic bonds and are involved in several biological processes, being the desing of more potent and selective glycosidase inhibitors therefore essential. In vitro screening of such compounds showed highly selective inhibition of bovine liver beta-galactosidase and specific inhibition of human beta-glucocerebrosidase among lysosomal glycosidases for derivatives bearing long alkyl chains. The best lead was found to behave as pharmacological chaperone in Gaucher fibroblast with homozygous N370S and F213I mutations, with enzyme activity enhancements similar to those encountered for the reference compound Ambroxol®.
The synthesis of serine and threonine glycomimetics alpha-O-linked to sp2-iminosugars is addressed in chapter 4. The key step in our synthesis is the completely diastereoselective alpha-O-glycosylation, which is mainly due to strong anomeric effects and reduced torsional strains imposed by the bicyclic system. These amino acids were incorporated into mucin-type peptides, particularly MUC1, which is overexpressed and aberrantly glycosylated in cancer cells, and their ability to be recognized by anti-MUC1 antibodies was then evaluated. Owing to the high affinity showed by one of the candidates, being even higher to that found for the natural Tn antigen, a complete conformational study was performed, combining crystallographic techniques and computational modelling, with the aim of designing and synthesizing a carbohydrate-based cancer vaccine, which is currently being evaluated.
Finally, the most relevant results obtained during two international short-term research stays are briefly discussed in chapter 5. At M. Brimble research group (University of Auckland, New Zealand), the bacteriocin glycocin F was fully synthesized, as well as an analog incorporating an unnatural amino acid. On the other hand, at W. van der Donk’s lab (University of Illinois, US), the formation of lisinoalanine in the lantipeptide duramycin catalyzed by the enzyme DurN was studied from a computation-al point of view.
