Determinació dels receptors de dopamina en mostres de cervell

Treball de recerca realitzat per alumnes d’ensenyament secundari i guardonat amb un Premi CIRIT per fomentar l'esperit científic del Jovent l’any 2008. Les alteracions del receptor de dopamina D2 són responsables de molts desordres neuronals que condueixen a malalties com el Parkinson, l’esquizofrènia i l’addicció a drogues. L’objectiu ha estat determinar quina espècie animal és més adient per substituir el teixit humà en l’estudi d’aquest receptor. Per dur a terme aquest estudi s’ha treballat amb nou espècies animals diferents en les quals s’ha relacionat, en funció de l’espècie, la concentració de receptor, la seva afinitat pels lligands agonistes i antagonistes, la seva relació evolutiva... El mètode més utilitzat per a la determinació i la quantificació de receptors hormonals als laboratoris d’investigació de les indústries farmacèutiques és la unió de radiolligands a membranes. Entre aquests experiments, els més emprats són els de desplaçament, en els quals el fàrmac no marcat competeix i desplaça el radiolligand dels centres d’unió del receptor i, tot seguit, es mesura la radioactivitat de la mostra amb un comptador de radioactivitat. Per fer aquest treball també ha calgut calcular la concentració de proteïnes per espectrofotometria i emprar tècniques d’homogeneïtzació i centrifugació. Després d’haver analitzat la concentració, l’afinitat i la relació filogenètica del receptor D2 de cada una de les espècies analitzades, es pot concloure que l’espècie ideal per estudiar aquest receptor, quan no es disposa de mostra humana, és un altre mamífer, i entre els estudiats es consideraria millor la vaca, ja que permet obtenir una gran quantitat de teixit, presenta un contingut apreciable de receptor i la seva afinitat per la dopamina és molt elevada.

Screening of highly modular sugar-based ligand libraries in the enantioselective C-C coupling reactions

Projecte de recerca elaborat a partir d’una estada a la University of Nottingham, Gran Bretanya, entre març i abril del 2007. Aquest treball s’ha centrat en l’aplicació de compostos derivats de la D-(+)-glucosa, de la D-(+)-fructosa i la D-galactosa com a lligands de catalitzadors homogenis quirals en dos reaccions asimètriques: addició 1,2 a aldehids catalitzada per níquel i addició 1,4 conjugada catalitzada per coure.(veure figura adjunta al final del document). En primer lloc, s’ha estudiat l’aplicació dels compostos L1-L6 a les reaccions d’addició 1,2 a aldehids catalitzades per níquel. S’ha observat que la selectivitat del procés depèn principalment del grup funcional unit a l’esquelet del lligand, de les propietats estèriques del substituent en la funció oxazolina i de l’estructura del substrat. S’ha obtingut fins a un 59% d’excés enantiomèric utilitzant el precursor de catalitzador que conté el lligand L3a. En segon lloc, aquest treball descriu l’aplicació de les tres famílies de compostos (L1-L11) com a lligands en la reacció d’addició 1,4 catalitzada per coure de compostos organometàl•lics a diferents enones amb diferents propietats estèriques. L’ús de les llibreries de compostos fosfit-oxazolina (L1-L5) i fosfit-fosforamidit (L6) han proporcionat bones enantioselectivitats (fins a 80%) en l’addició de reactius de trialquilalumini a diferents enones. En canvi, la llibreria de compostos monofosfit (L7-L11) ha mostrat bones activitats però enantioselectivitats fins a 57%.

Combinatorial Synthesis and Biological Evaluation of Inhibitors of D-Ala-D-Ala-Ligase

Report for the scientific sojourn carried out at the Max Planck Institut of Molecular Phisiology, Germany, from 2006 to 2008.The work carried out during this postdoctoral stage was focused on two different projects. Firstly, identification of D-Ala D-Ala Inhibitors and the development of new synthethic approaches to obtain lipidated peptides and proteins and the use of these lipidated proteins in biological and biophysical studies. In the first project, new D-Ala D-Ala inhibitors were identified by using structural alignments of the ATP binding sites of the bacterial ligase DDl and protein and lipid kinases in complex with ATP analogs. We tested a series of commercially available kinase inhibitors and found LFM-A13 and Tyrphostine derivatives to inhibit DDl enzyme activity. Based on the initial screening results we synthesized a series of malononitrilamide and salicylamide derivatives and were able to confirm the validity of these scaffolds as inhibitors of DDl. From this investigation we gained a better understanding of the structural requirements and limitations necessary for the preparation of ATP competitive DDl inhibitors. The compounds in this study may serve as starting points for the development of bi-substrate inhibitors that incorporate both, an ATP competitive and a substrate competitive moiety. Bisubstrate inhibitors that block the ATP and D-Ala binding sites should exhibit enhanced selectivity and potency profiles by preferentially inhibiting DDl over kinases. In the second project, an optimized synthesis for tha alkylation of cysteins using the thiol ene reaction was establisehd. This new protocol allowed us to obtain large amounts of hexadecylated cysteine that was required for the synthesis of differently lipidated peptides. Afterwards the synthesis of various N-ras peptides bearing different lipid anchors was performed and the peptides were ligated to a truncated N-ras protein. The influence of this differently lipidated N-ras proteins on the partioning and association of N-Ras in model membrane subdomains was studied using Atomic Force Microscopy.

Química de l'espín prohibit: la importància dels intermedis a capa oberta en l'activació d'enllaços C-H

Estudi realitzat a partir d’una estada a la School of Chemistry de la University of Bristol, Gran Bretanya, entre 2006 i 2008. La reacció d’activació del pre-catalitzador CH3-Fe(P(iPr)2CH2)3B-Ph, que es dóna en presència de H2 i P(CH3)3, és una reacció spin-prohibida ja que els reactius i els productes tenen diferents estat d’espín en el seu estat fonamental: el pre-catalitzador és quintet, mentre que el producte format després de l’eliminació de metà, PMe3(H3)-Fe[(P(iPr)2CH2)3B-Ph, és singlet. Un dels intermedis d’aquesta reacció és d’especial interès ja que catalitza la hidrogenació d’olefines. Intermedi que experimentalment s’ha proposat com a H-Fe[(P(iPr)2CH2)3B-Ph] o el Hx-Fe[(P(iPr)2CH2)3B-Ph]. Aquestes espècies han estat estudiades computacionalment, mitjançant la combinació de mètodes del funcional de la densitat calibrats mitjançant càlculs ab initio. Els resultats obtinguts mostren que les superfícies d’energia potencial singlet, triplet i quintet es creuen al llarg de les reaccions descrites. La reacció d’activació del pre-catalitzador és una reacció multi spin-prohibida (més d’un canvi d’espín), en la que el mecanisme preferit addiciona primer hidrogen i després la fosfina, el pas determinant de la velocitat és el creuament de la superfície d’energia potencial quintet a la triplet a la geometria del reactiu, que es produeix amb una barrera d’aproximadament 18 kcal/mol. La reacció d’hidrogenació d’olefines en canvi pot ser o no una reacció espín prohibida depenent de les condicions en que es dugui a terme. En cas de que la reacció es dugui a terme en un excés d’hidrogen, en el mecanisme principal l’espècie activa seria el (H2)H-Fe[(P(iPr)2CH2)3B-Ph] singlet en el seu estat fonamental que hidrogenaria l’olefina sense cap pas espín prohibit. Aquest mecanisme és el de barrera més baixa però s’espera que estigui més desafavorit entropicament. Si les condicions no són d’un important excés d’hidrogen, llavors l’espècie activa s’espera que sigui H-Fe[(P(iPr)2CH2)3B-Ph], la reacció llavors seria multi espín prohibida amb una barrera de unes 13 kcal/mol corresponents al creuament entre la superfície quintet i triplet a la geometria del H-Fe[(P(iPr)2CH2)3B-Ph].

Estudis dirigits a la síntesi d'interruptors moleculars fluorescents basats en tautòmers de valència

Aquest treball de recerca està encaminat a la síntesi de lligands tipus catecol fluorescents, els quals, un cop units a un ió metàl·lic adient, podran presentar tautomerisme de valència, i així permetre la síntesi d’interruptors moleculars fluorescents basats en tautòmers de valència. La síntesi d’aquests lligands parteix del 4-metil-2-metoxifenol com a esquelet catecol que, mitjançant una sèrie de reaccions, ha conduït a l’intermedi 1, intermedi clau per a la preparació de diferents lligands tipus catecol. A partir d’aquest intermedi 1 s’han sintetitzat dos lligands tipus catecol diferents: el lligand model 2, que servirà per assajar reaccions de complexació, i un de fluorescent. Després d’explorar diferents rutes sintètiques encaminades a la preparació d’aquest segon tipus de lligand, s’ha obtingut el compost 20.

Síntesi i caracterització de complexos polipiridílics de ruteni com a catalitzadors de la reacció d'oxidació de l'aigua

Aquest treball constitueix un estudi sobre els complexos polipiridílics de ruteni i les seves aplicacions en catàlisis oxidativa. Concretament es centren en la reacció d’oxidació de l’aigua per produir oxigen molecular (tot i que també poden ser utilitzats de manera eficient sobre altres substrats). Recull, per tant, la síntesi i caracterització d’alguns lligands nitrogenats tridentats de caràcter facial i/o meridional, així com la seva complexació amb Ru.

Síntesi de nanopartícules de platí per mitjà de metallosurfactants

En aquest treball es descriu un nou mètode per a la síntesi de nanopartícules de platí per mitjà de metallosurfactants preparats amb fosfines ambifíliques. L’objectiu bàsic consisteix en aprofitar la capacitat d’aquests compostos per formar agregats col·loïdals a fi d’afavorir i intentar controlar els processos de formació de nanopartícules metàl·liques. S’han emprat tres fosfines ambifíliques {Ph2P(CH2)nSO3Na; n=2 (L2), n=6 (L6), n=10 (L10)} per tal d’estudiar la influència de la llargada de la cadena hidrocarbonada en el procés de formació de nanopartícules. D’aquests tres lligands, s’han sintetitzat i caracteritzat els compostos L6 i L10 seguint els procediments descrits en estudis anteriors Per a la síntesi i estudis de complexació amb K2PtCl4, s’han fet servir unes condicions de treball que faciliten la formació de nanopartícules de platí. L’anàlisi dels complexos de platí existents en el medi de reacció mitjançant RMN 31P ha demostrat que es formen especies cis-[PtCl2(Ln)] en tots els casos i que l’augment de la temperatura de reacció afavoreix la formació de complexos quelats (P,O). Aquest fenomen és més important en els lligands amb la cadena hidrocarbonada més curta (L2&& L6& L10). S’han dut a terme estudis d’adsorció i d’agregació mitjançant mesures de tensiometria i de Dynamic Ligth Scattering (DLS) per tal de poder determinar les propietats tensioactives dels metallosurfactants i comparar-les amb estudis anteriors. Finalment, per tal d’obtenir nanopartícules de platí, s’ha dut a terme la reducció després de la formació dels metallosurfactants fent servir borhidrur de sodi com agent reductor. La caracterització de les nanopartícules s’ha centrat en l’ús de tècniques de microscòpia electrònica.

Estudio de una nueva metodología de α-hidroxilación directa de β-cetoésteres catalizada por iterbio

Aquesta memòria recull l'estudi realitzat sobre els paràmetres que influeixen en la α-hidroxilació directa de β-cetoesters catalitzada per metalls amb l'objectiu d'assolir una transformació més eficaç. Es van estudiar els paràmetres com la temperatura, metall, dissolvent, atmosfera, oxidant i additius. Es va estudiar l'abast del la reacció amb els paràmetres optimitzats utilitzant diferents β-cetoesters comercials o sintetitzats prèviament. Es va estudiar l'ee de la reacció utilitzant diferents β-cetoesters i complexos metàl•lics amb lligands quirals mitjançant HPLC.

Estudi de les addicions de Michael i aza-Michael. I, Catalitzades per lantànids. II, Catalitzades per un nou organocatalitzador suportat en nanopartícules d'or

Aquesta memòria es centra en un gran tema de la química orgànica que és la catàlisi asimètrica de les addicions de Michael. Més concretament, en aquest treball s’estudia la enantioselectivitat que proporcionen dos lligand en qüestió, un d’ells basat en metalls i l’altre organocatalític, en unes reaccions de Michael. Així doncs, s’estudiaren dos tipus de sistemes. El primer cas és l’addició de Michael entre 2-tert-butoxicarbonil-1-indanona i tres acceptors de Michael diferents com són la metilvinilcetona, el Nacriloïloxazolidinona i l’azodicarboxilat de di-tert-butil, catalitzat per combinacions de metalls lantànids (majoritariament Yb) amb lligands quirals de tipus pybox. La segona part de la memòria es centra en l’estudi d’enantioinducció que proporciona un nou organocatalitzador en les addicions de Michael esmentades en l’apartat anterior. Aquest catalitzador està format pel derivat de la cincona 11-(9-mercaptononiltio)-10,11-dihidrocinconina suportat en nanopartícules d’or.

Síntesis de nuevas triarilfosfinas carboxiladas mediante hidrólisis del grupo trifluorometilo. Aplicaciones en catálisis de intercambio de fase y anclaje sobre sílica

En el presente trabajo se describe una nueva familia de ligandos trifenilfosfina con sustituyentes trifluorometilo y ácidos carboxílicos. Se ha desarrollado un procedimiento sintético optimizado para estos compuestos, en el que se parte de derivados fácilmente accesibles y permite obtener las fosfinas con elevada pureza y rendimiento. El procedimiento es, además, fácilmente escalable. Las fosfinas sintetizadas han sido completamente caracterizadas por las técnicas habituales. Uno de los ligandos preparados se ha usado en una prueba preliminar de hidroformilación de alqueno con un catalizador Rh/fosfina, en la que se ha ensayado la recuperación del catalizador mediante intercambio de fase a pH controlado. Otro de los ligando se ha anclado a una sílica mesoporosa comercial, usando la función carboxílica. El material resultante del anclaje se ha caracterizado por medio de análisis elemental y RMN en estado sólido (SSNMR) de 31P y 29Si. El proceso de obtención de estas nuevas fosfinas ha permitido explorar el alcance y limitaciones de la reacción de hidrólisis del grupo trifluorometilo en fosfinas arílicas, mediante el uso de ácido sulfúrico fumante y ácido bórico. Parte de estos resultados han sido depositados como patente (Patente española P201231702, 2012). Por otra parte, la nueva familia de ligando fosfinas descrita en este trabajo será comercializados próximamente por Strem, bajo licencia de la UAB.

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.

Controle de Rhyzopertha dominica pela atmosfera controlada com CO2, em trigo

A utilização de gases inertes como fumigantes no controle de pragas é uma alternativa ao uso de fosfina. O objetivo deste trabalho foi avaliar a eficiência de uma atmosfera com CO2 no controle de Rhyzoperta dominica (Fabr.) (Coleoptera: Bostrichidae) em grãos de trigo armazenado. O trabalho constou de cinco concentrações de CO2 (0, 30 , 40, 50 e 60%, completadas com N2), três períodos de exposição (5, 10, 15 dias), três populações de R. dominica (Fabr.) (Coleoptera: Bostrichidae) (Campo Mourão, PR, Sete Lagoas, MG e Santa Rosa, RS) e sete fases de desenvolvimento do inseto (ovo, larva de 1º, 2º, 3º e 4º ínstar, pupa e adulto) com três repetições. As diferentes fases da R. dominica foram acondicionadas em tecido organza e levadas para câmaras de expurgo de 200 litros com 75% deste volume repletos de grãos. As câmaras foram vedadas com borracha de silicone para garantir a hermeticidade. Após a vedação das câmaras injetavam-se os gases contendo diferentes teores de CO2. Os resultados mostraram que todos os teores de CO2 causaram 100% de mortalidade de adultos das três populações nos três períodos de exposição utilizados. Em pupas a mortalidade atingiu 100% no teor de 60% de CO2 para as três populações no período de 15 dias de exposição; porém, todos os teores de CO2 utilizados no período de 15 dias de exposição causaram 100% de mortalidade das pupas da população de Santa Rosa. Para o adequado controle de larvas de diferentes ínstares são necessários teores de CO2 iguais ou acima de 50%. Nos períodos de 10 e 15 dias de exposição, todos os teores de CO2 causaram 100% de mortalidade dos ovos das três populações avaliadas.

Metal complexation by electroanalytical techniques: hard- and soft-modelling approaches

En la investigació de la complexació de metalls mitjançant eines electroanalítiques són emprades dues aproximacions generals. La primera, anomenada de modelatge dur (hardmodelling), es basa en la formulació d'un model fisicoquímic conjunt per als processos electròdic i de complexació i en la resolució analítica o numèrica del model. Posteriorment, l'ajust dels paràmetres del model a les dades experimentals donarà la informació desitjada sobre el procés de complexació. La segona aproximació, anomenada de modelatge tou (soft-modelling), es basa en la identificació d'un model de complexació a partir de l'anàlisi numèrica i estadística de les dades, sense cap assumpció prèvia d'un model. Aquesta aproximació, que ha estat extensivament emprada amb dades espectroscòpiques, ho ha estat poquíssim amb dades electroquímiques. En aquest article tractem de la formulació d'un model (hard-modelling) per a la complexació de metalls en sistemes amb mescles de lligands, incloent-hi lligands macromoleculars, i de l'aplicació d

Lipid binding by the unique and SH3 domains of c-Src suggests a new regulation mechanism

c-Src is a non-receptor tyrosine kinase involved in numerous signal transduction pathways. The kinase,SH3 and SH2 domains of c-Src are attached to the membrane-anchoring SH4 domain through the flexible Unique domain. Here we show intra- and intermolecular interactions involving the Unique and SH3 domains suggesting the presence of a previously unrecognized additional regulation layer in c-Src. We have characterized lipid binding by the Unique and SH3 domains, their intramolecular interaction and its allosteric modulation by a SH3-binding peptide or by Calcium-loaded calmodulin binding to the Unique domain. We also show reduced lipid binding following phosphorylation at conserved sites of the Unique domain. Finally, we show that injection of full-length c-Src with mutations that abolish lipid binding by the Unique domain causes a strong in vivo phenotype distinct from that of wild-type c-Src in a Xenopus oocyte model system, confirming the functional role of the Unique domain in c-Src regulation.

rDock: A Fast, Versatile and Open Source Program for Docking Ligands to Proteins and Nucleic Acids

Identification of chemical compounds with specific biological activities is an important step in both chemical biology and drug discovery. When the structure of the intended target is available, one approach is to use molecular docking programs to assess the chemical complementarity of small molecules with the target; such calculations provide a qualitative measure of affinity that can be used in virtual screening (VS) to rank order a list of compounds according to their potential to be active. rDock is a molecular docking program developed at Vernalis for high-throughput VS (HTVS) applications. Evolved from RiboDock, the program can be used against proteins and nucleic acids, is designed to be computationally very efficient and allows the user to incorporate additional constraints and information as a bias to guide docking. This article provides an overview of the program structure and features and compares rDock to two reference programs, AutoDock Vina (open source) and Schrodinger's Glide (commercial). In terms of computational speed for VS, rDock is faster than Vina and comparable to Glide. For binding mode prediction, rDock and Vina are superior to Glide. The VS performance of rDock is significantly better than Vina, but inferior to Glide for most systems unless pharmacophore constraints are used; in that case rDock and Glide are of equal performance. The program is released under the Lesser General Public License and is freely available for download, together with the manuals, example files and the complete test sets, at http://rdock.sourceforge.net/