Exploring unfrequent events with accelerated molecular dynamics simulations: from photochemistry to drug design

La meva incorporació al grup de recerca del Prof. McCammon (University of California San Diego) en qualitat d’investigador post doctoral amb una beca Beatriu de Pinós, va tenir lloc el passat 1 de desembre de 2010; on vaig dur a terme les meves tasques de recerca fins al darrer 1 d’abril de 2012. El Prof. McCammon és un referent mundial en l’aplicació de simulacions de dinàmica molecular (MD) en sistemes biològics d’interès humà. La contribució més important del Prof. McCammon en la simulació de sistemes biològics és el desenvolupament del mètode de dinàmiques moleculars accelerades (AMD). Les simulacions MD convencionals, les quals estan limitades a l’escala de temps del nanosegon (~10-9s), no son adients per l’estudi de sistemes biològics rellevants a escales de temps mes llargues (μs, ms...). AMD permet explorar fenòmens moleculars poc freqüents però que son clau per l’enteniment de molts sistemes biològics; fenòmens que no podrien ser observats d’un altre manera. Durant la meva estada a la “University of California San Diego”, vaig treballar en diferent aplicacions de les simulacions AMD, incloent fotoquímica i disseny de fàrmacs per ordinador. Concretament, primer vaig desenvolupar amb èxit una combinació dels mètodes AMD i simulacions Car-Parrinello per millorar l’exploració de camins de desactivació (interseccions còniques) en reaccions químiques fotoactivades. En segon lloc, vaig aplicar tècniques estadístiques (Replica Exchange) amb AMD en la descripció d’interaccions proteïna-lligand. Finalment, vaig dur a terme un estudi de disseny de fàrmacs per ordinador en la proteïna-G Rho (involucrada en el desenvolupament de càncer humà) combinant anàlisis estructurals i simulacions AMD. Els projectes en els quals he participat han estat publicats (o estan encara en procés de revisió) en diferents revistes científiques, i han estat presentats en diferents congressos internacionals. La memòria inclosa a continuació conté més detalls de cada projecte esmentat.

Design and evaluation of a panel os single-nucleotide polymorphisms in microRNA genomic regions for association studies in human disease

MicroRNAs (miRNA) are recognized posttranscriptional gene repressors involved in the control of almost every biological process. Allelic variants in these regions may be an important source of phenotypic diversity and contribute to disease susceptibility. We analyzed the genomic organization of 325 human miRNAs (release 7.1, miRBase) to construct a panel of 768 single-nucleotide polymorphisms (SNPs) covering approximately 1 Mb of genomic DNA, including 131 isolated miRNAs (40%) and 194 miRNAs arranged in 48 miRNA clusters, as well as their 5-kb flanking regions. Of these miRNAs, 37% were inside known protein-coding genes, which were significantly associated with biological functions regarding neurological, psychological or nutritional disorders. SNP coverage analysis revealed a lower SNP density in miRNAs compared with the average of the genome, with only 24 SNPs located in the 325 miRNAs studied. Further genotyping of 340 unrelated Spanish individuals showed that more than half of the SNPs in miRNAs were either rare or monomorphic, in agreement with the reported selective constraint on human miRNAs. A comparison of the minor allele frequencies between Spanish and HapMap population samples confirmed the applicability of this SNP panel to the study of complex disorders among the Spanish population, and revealed two miRNA regions, hsa-mir-26a-2 in the CTDSP2 gene and hsa-mir-128-1 in the R3HDM1 gene, showing geographical allelic frequency variation among the four HapMap populations, probably because of differences in natural selection. The designed miRNA SNP panel could help to identify still hidden links between miRNAs and human disease.