Efectes no intencionats de transgens i optimització de la producció de pèptids antimicrobians d'ús fitosanitari en plantes-biofactoria

Actualment s’està duent a terme el projecte de tesi consistent en estudiar la producció de pèptids antimicrobians d'ús fitosanitari en plantes-biofactoria. Durant aquest període de la tesi doctoral he realitzat la transformació (mitjançant Agrobacterium tumefaciens) de plantes d’arròs per a la síntesi massiva d’una sèrie de pèptids antimicrobians, BP188, BP183, BP183TAG, BP215, BP173 i BP178. Es tracta d’una sèrie de derivats de BP100 que presenta unes propietats fitosanitàries molt interessants: elevada activitat contra bacteris d’interès fitosanitari, toxicitat reduïda i estabilitat moderada. El treball que he realitzat per dur a terme aquesta tasca ha requerit inicialment realitzar els clonatges necessaris per a les transformacions; per a continuació realitzar les transformacions de calls d’arròs varietat Sènia, seleccionar les cèl•lules transformades, regenerar plantes transgèniques i analitzar-ne la presència del transgén.

Desenvolupament d´un mètode per a la determinació de la fitotoxicitat de pèptids antimicrobians

El projecte té dos gran objectius: L’ànàlisi de la fitotoxicitat d’onze peptids antimicrobians derivats de BP100, utilitzant diferents metodes d’estimacio de toxicitat sobre cèl•lules vegetals. I l’estudi dels resultats de fitotoxicitat obtinguts valorant si permeten predir la possibilitat d’obtenir plantes transgeniques que expressin constitutivament aquests peptids

Resum de la tasca realitzada al Center Biomedical Engineering (CBE) del Massachussets Institute of Technology (MIT). Juliol-Agost 2005

Estudi elaborat a partir d’una estada al Center Biomedical Engineering (CBE) del Massachussets Institute of Technology (MIT), durant els mesos de juliol i agost del 2005. S’investiga una metodologia amb l’objectiu d’obtenir biomaterials que puguin actuar de bastida en la interfície os/cartílag, afavorint la diferenciació i creixement cel·lular de cartílag ossificat que pugui actuar d’unió entre l’articulació i l’os. S’experimenta una metodologia per a establir quins són els péptids afavoridors de la formació de teixit ossi utilitzats en materials d’hidroxiapatita. Es conclou que la tecnologia desenvolupada permet disposar d’una plataforma per assajar l’estudi del signaling sobre cèl·lules embrionàries, que permeti desenvolupar materials amb més capacitat diferenciadora.

Desenvolupament d'hidrogels superficials que contenen motius d'adhesió cel·lular

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada al Departament d’Enginyeria Química del Massachusetts Institute of Technology entre abril i octubre del 2006. S’ha dissenyat i sintetitzat uns nous films polimèrics, amb aplicacions en l’àmbit de l’enginyeria de teixits, utilitzant la tècnica anomenada iCVD (initiated Chemical Vapor Deposition), prèviament desenvolupada pel grup receptor. Es tracta d’uns hidrogels superficials de gruix controlable, que incorporen un monòmer fluorat, el qual s’havia estudiat extensament en el grup d’origen. Aquest monòmer es caracteritza per reaccionar molt fàcilment amb pèptids, de manera que aquests queden units covalentment a la superfície. Diferents estratègies pel desenvolupament d’aquests copolímers han estat avaluades, tant des del punt de vista purament sintètic com de la pròpia aplicació. Les condicions de polimerització han estat optimitzades i els hidrogels s’han caracteritzat químicament per tècniques espectroscòpiques (FTIR, XPS), i físicament per angle de contacte i el·lipsometria. D’aquesta manera, s’ha estudiat la capacitat dels hidrogels d’absorbir aigua i alhora augmentar el seu gruix, depenent de la quantitat d’agent reticulant introduït i de la incorporació del nou monòmer. A continuació, s’han optimitzat les condicions de reacció d’aquestes superfícies amb pèptids que incorporen una molècula fluorescent, la qual permet detectar fàcilment per microscòpia de fluorescència si la reacció ha tingut lloc. Una vegada la plataforma ha estat posada a punt, s’han iniciat assajos cel·lulars tant amb fibroblasts embriònics de ratolí com amb cèl·lules humanes umbilicals. Els resultats preliminars suggereixen una morfologia diferent de les cèl·lules segons si es cultiven sobre films modificats amb pèptids que promouen l’adhesió cel·lular o sobre les seves seqüències permutades no actives. Però, el més interessant és que també s’han observat certes diferències depenent si els films contenen el component hidrogel o no, fet que suggeriria un paper actiu d’aquests noves superfícies en el comportament cel·lular.

Solid-phase synthesis and NMR studies of modified oligonucleotides forming triplex helix and of oligonucleopeptides mimicking the topoisomerase I-DNA covalent complex

Report for the scientific sojourn carried out at the Institut de Biologia Molecular de Barcelona of the CSIC –state agency – from april until september 2007. Topoisomerase I is an essential nuclear enzyme that modulates the topological status of DNA, facilitating DNA helix unwinding during replication and transcription. We have prepared the oligonucleotide-peptide conjugate Ac-NLeu-Asn-Tyr(p-3’TTCAGAAGC5’)-LeuC-CONH-(CH2)6-OH as model compound for NMR studies of the Topoisomerase I- DNA complex. Special attention was made on the synthetic aspects for the preparation of this challenging compound especially solid supports and protecting groups. The desired peptide was obtained although we did not achieve the amount of the conjugate needed for NMR studies. Most probably the low yield is due to the intrinsic sensitive to hydrolysis of the phosphate bond between oligonucleotide and tyrosine. We have started the synthesis and the structural characterization of oligonucleotides carrying intercalating compounds. At the present state we have obtained model duplex and quadruplex sequences modified with acridine and NMR studies are underway. In addition to this project we have successfully resolved the structure of a fusion peptide derived from hepatitis C virus envelope synthesized by the group of Dr. Haro and we have synthesized and started the characterization of a modified G-quadruplex.

Síntesis estereodivergente de indolicidinas precursoras de peptidomiméticos

Se ha planteado la síntesis estereocontrolada de 1, con esqueleto de 1-aza-9-oxobiciclo[4.3.0]nonano dentro de un proyecto que persigue la síntesis de peptidomiméticos y alcaloides de indolicidina con actividad biológica. Inicialmente, se ha llevado a cabo una reacción de N-alquilación enantioselectiva para obtener el alcohol (+)-16 a partir de trabajos realizados en nuestro grupo. Por otro lado, se ha estudiado el efecto de diversos grupos protectores de 6 en la diastereoselectividad de la etapa de alilación siguiente. Finalmente, se ha realizado una reacción de cierre de anillo y la separación de los diastereoisómeros bicíclicos 33, intermedios en la síntesis de 1.

Selección de péptidos sintéticos del Virus de la Hepatitis G (GBV-C/HGV) inhibidores del Péptido de Fusión HIV-I

El GB virus C (GBV-C) o virus de l'hepatitis G (HGV) es un virus format per una única cadena de RNA que pertany a la familia Flaviviridae. En els últims anys, s'han publicat nombrosos treballs en els quals s'associa la coinfecció del GBV-C i del virus de la immunodeficiència humana (VIH) amb una menor progressió de l'esmentada malaltia així com amb una major supervivència dels pacients una vegada que la SIDA s'ha desenvolupat. El mecanisme pel qual el virus GBV-C/HGV exerceix un “efecte protector” en els pacients amb VIH encara no està descrit. L’estudi de la interacció entre els virus GBVC/HGV i VIH podria donar lloc al desenvolupament de nous agents terapèutics per al tractament de la SIDA.Treballs recents mostren com la capacitat inhibitòria del virus del GBV-C/HGV és deguda a la seva glicoproteina estructural E2. S’ha vist que aquesta proteina seria capaç d’inhibir la primera fase de replicació de VIH, així com la unió i la fusió amb les membranes cel•lulars. Sobre la base d’aquests estudis, l’objectiu d’aquest treball ha estat seleccionar inhibidors del pèptid de fusió del VIH utilitzant pèptids sintètics de la proteina E2 del GBV-C/HGV. El treball realitzat ha consistit en estudiar, utilitzant assajos biofísics de leakage i de lipid mixing, la capacitat dels pèptids de la proteina estructural del virus del GBV-C/HGV per inhibir la interacció i el procés de desestabilització de membranes induïdes pel pèptid de fusió de la glicoproteina de l’embolcall, GP41, del VIH. Aquests assajos, com es descriu en treballs anteriors, han resultat útils per a la selecció i la identificació de compostos amb activitat específica anti-GP41. Es pot afirmar que efectivament els pèptids seleccionats de la proteina E2 del virus del GBV-C/HGV inhibeixen l’activitat del pèptid de fusió del VIH probablement com a consequència d’un canvi conformacional en aquest darrer.

Desenvolupament de vacunes peptídiques y dendrímers basats en polietilenglicol per al tractament del càncer

El principal problema de les teràpies actuals contra el càncer es la baixa especificitat envers les cèl•lules tumorals, cosa que comporta gran quantitat d’efectes secundaris. Per això es important el desenvolupament de nous tipus de teràpies i sistemes d’alliberament efectius per als fàrmacs ja existents al mercat. En la immunoteràpia contra el càncer es pretén estimular el sistema immunològic per a eliminar les cèl•lules canceroses de manera selectiva. En aquest projecte s’han sintetitzat derivats de l’antigen peptídic de melanoma NY-ESO1 i s’ha estudiat la seva capacitat per a estimular el sistema immunològic com a vacunes contra el càncer. També s’han encapsulat el antígens peptídics en liposomes com a adjuvants i sistemes d’alliberament. De totes les variants peptídiques la que resultà més immunogènica fou la que contenia el grup palmitoil i el fragment toxoide tetànic en la seva estructura. La utilització de liposomes com a sistema adjuvant sembla una estratègia interessant per al disseny de vacunes contra el càncer donat que l’encapsulació del pèptid en liposomes va augmentar notablement la resposta immunològica de l’antigen. Per altra banda, s’han desenvolupat dendrímers basats en polietilenglicol com a sistemes alliberadors de fàrmacs per al tractament de tumors. El polietilenglicol és àmpliament utilitzat com a sistema d’alliberament de fàrmacs degut a les seves interessants propietats, augment de la solubilitat i dels temps de residència en plasma, entre d’altres. La metodologia química descrita permet la diferenciació controlada de varies posicions en la superfície del dendrímer a més del creixement del dendrímer fins a una segona generació. S’ha sintetitzat la primera generació del dendrímer contenint el fàrmac antitumoral 5-fluorouracil i s’han realitzat estudis de citotoxicitat comprovant que l’activitat del nanoconjugat és del mateix ordre de magnitud que el 5-fluorouracil sense conjugar.

Estudis estructurals dels canvis conformacionals de les E3 ubiquitin lligases per RMN

L'estudi a nivell molecular de la ruta de senyalització activada per TGF-B té un impacte notable en el panorama actual donada la seva implicació en processos autoimmunitaris i carcinogènics. D'altra banda, l'elucidació a nivell estructural dels mecanismes moleculars que permeten a les ubiquitin lligases de tipus E3 marcar específicament llurs dianes per a la degradació proteosòmica - entre d'altres - resulta fonamental donada la seva importància pel que fa al control sobre el turnover proteic a nivell intracel•lular. En aquest projecte es pretén elucidar els mecanismes d'activació i catlàlisi de les ubiquitin lligases E3 tipus HECT Smurf1 i Nedd4L al mateix temps que se n'estudia la implicació en la regulació dels agents missatgers de la ruta del TGF-B. Així, la tasca es divideix en tres sub-projectes els quals se centren en a) l'estudi de la interacció d'aquestes lligases amb llurs dianes; b) l'elucidació del mecanisme d'activació i c) del de catàlisi d'aquests enzims. Per tal d'assolir aquests objectius ens servim principalment dels avantatges que ens aporta la Ressonància Magnètica Nuclear i altres tècniques biofísiques, principalment la ITC. Durant el temps que he gaudit de la beca FI, m'he centrat principalment en la preparació de pèptids per SPPS, llur purificació per HPLC i caracterització per MS i RMN. Aquests pèptids representen diferents patrons de fosforilació de certes dianes de les lligases esmentades, de manera que han estat emprats per a l'estudi d'interaccions proteïna-proteïna per ITC i RMN. M'he iniciat doncs en l'ús d'aquestes tècniques. D'altra banda, també he preparat mostres protèiques mitjançant l'ús de sistemes d'expressió bacterians basats en E.coli, incloent l'amplificació i clonació del gen que codifica per la proteïna d'interés així com la seva expressió, purificació i caracterització per MS i RMN.

Efecto de las Estatinas sobre el Peptidoma Plasmático y Urinario de Pacientes Trasplantados Renales

Estudiem l’efecte de l’atorvastatina sobre perfil lipídic, funció renal, marcadors d’inflamació, peptidoma plasmàtic i urinari de 54 pacients trasplantats renals. L’estudi proteòmic es basa en tecnologia d’esferes magnètiques combinada amb espectrometria de masses MALDI-TOF. L’atorvastatina va millorar el perfil lipídic dels pacients i va provocar canvis significatius al peptidoma plasmàtic. Es va observar la disminució en plasma de pèptids derivats de fragments del quininogen i de C4. Atès que bradiquinina i C4a, que s’alliberen de quininogen i C4, son potents mediadors de la inflamació, els nostres resultats poden aclarir els efectes antiinflamatoris atribuïts a les estatines.

Síntesis y estudio estructural de nuevos γ-péptidos ciclobutánicos

En el presente trabajo se ha llevado a cabo la síntesis y el estudio estructural de tres series diferentes de γ-péptidos conteniendo un ciclobutano como elemento constrictor del esqueleto péptidico. También se han sintetizado una serie de γ-péptidos híbridos formados a partir de monómeros ciclobutánicos y un derivado de prolina para su potencial uso como péptidos capaces de penetrar en las células (CPPs).

The Molecular Basis for Antimicrobial Activity of Pore-Forming Cyclic Peptides

The mechanism of action of antimicrobial peptides is, to our knowledge, still poorly understood. To probe the biophysical characteristics that confer activity, we present here a molecular-dynamics and biophysical study of a cyclic antimicrobial peptide and its inactive linear analog. In the simulations, the cyclic peptide caused large perturbations in the bilayer and cooperatively opened a disordered toroidal pore, 1–2 nm in diameter. Electrophysiology measurements confirm discrete poration events of comparable size. We also show that lysine residues aligning parallel to each other in the cyclic but not linear peptide are crucial for function. By employing dual-color fluorescence burst analysis, we show that both peptides are able to fuse/aggregate liposomes but only the cyclic peptide is able to porate them. The results provide detailed insight on the molecular basis of activity of cyclic antimicrobial peptides

Vasopressina, un nou biomarcador en insuficiència cardíaca.

Introducció. Les concentracions plasmàtiques dels pèptids natriürètics són biomarcadors útils en el diagnòstic i en el maneig de la insuficiència cardíaca (IC). L’objectiu de l’estudi va consistir en avaluar un nou biomarcador, la vasopressina, per predir la mortalitat i el reingrés a mig termini dels pacients que ingressen per IC aguda. Mètodes. Des del novembre de 2004 fins setembre de 2010 s’estudien de forma prospectiva el pacients que ingressen al Servei de Cardiologia per IC aguda i es distribueixen en dos grups: grup 1, pacients amb nivells baixos de vasopressina ( ≤ 2’9 pg/mL) i grup 2, pacients amb nivells alts de vasopressina (  2’9 pg/mL). Es realitza una anàlisi multivariada de Cox i es construeixen corbes de Kaplan-Meier. Resultats. S’inclouen 322 pacients, amb una mediana de seguiment de 14,6 mesos. Els pacients del grup 1 presenten una major supervivència als 12 i 24 mesos del 93% i 72% respecte els pacients del grup 2 que és del 75% i 61% amb una HR 2.90 (IC 95%: 1.47-5.75, p=0.002), respectivament. Tanmateix s’aprecia una major supervivència cardiovascular en els pacients del grup 1 (97% vs. 87% al 12 mesos i de 87% vs. 75% als 24 mesos) amb HR 2.72 (IC 95%: 1.97 – 6.73, p&0.031). Un 56% i 29% dels pacients del grup 1 estaven lliures de reingrés als 12 i 24 mesos, respectivament, versus el 49% i el 21% del grup 2 amb una HR 1.48 (IC 95%: 1.04 – 2.11, p&0.02). Igualment pel primer reingrés per IC , el 71% i 46% del grup 1 respecte del 60% i 39% del grup 2 als 12 i 24 mesos, respectivament (HR 1.57 (IC 95%: 1.03 – 2.41, p&0.038). Conclusions. Els nivells alts de vasopressina en pacients amb insuficiència cardíaca aguda estabilitzats són un predictor independent de mortalitat i de reingressos als 12 i 24 mesos de seguiment.

Análisis del perfil de péptidos en sangre y orina en pacientes con nefropatía IgA y su asociación con las lesiones histológicas según la clasificación de Oxford

La nefropatía IgA (NIgA) es causa importante de insuficiencia renal crónica. Se propone estudiar el perfil proteómico en sangre/orina de pacientes con NIgA y su asociación con las lesiones histológicas según la clasificación de Oxford. Se incluyeron pacientes con NIgA entre 2006-2009, evaluando las lesiones histológicas según la Clasificación de Oxford. Se realizó análisis proteómico mediante microesferas magnéticas y espectrometría de masas (MALDI-TOF MS). Encontramos una asociación significativa entre péptidos en sangre/orina y las lesiones histológicas. Uromodulina, alfa-1-antitripsina y bradiquinina, mostraron una asociación significativa con la lesión tubulointersticial y glomerulosclerosis. Los péptidos m/z (1769,1898,1913,1945,2378,2491,2977,3004,3389,3406,4752,5337,9289) se asociaban con una peor función renal. Palabras claves: Clasificación de Oxford, Nefropatía IgA, perfil de péptidos.

Antimicrobial peptide genes in Bacillus strains from plant environments

The presence of the antimicrobial peptide (AMP) biosynthetic genes srfAA (surfactin), bacA (bacylisin), fenD (fengycin), bmyB (bacyllomicin), spaS (subtilin), and ituC (iturin) was examined in 184 isolates of Bacillus spp. obtained from plant environments (aerial, rhizosphere, soil) in the Mediterranean land area of Spain. Most strains had between two and four AMP genes whereas strains with five genes were seldom detected and none of the strains had six genes. The most frequent AMP gene markers were srfAA, bacA, bmyB, and fenD, and the most frequent genotypes srfAA-bacA-bmyB and srfAAbacA-bmyB-fenD. The dominance of these particular genes in Bacillus strains associated with plants reinforces the competitive role of surfactin, bacyllomicin, fengycin, and bacilysin in the fitness of strains in natural environments. The use of these AMP gene markers may assist in the selection of putative biological control agents of plant pathogens