Funcions de les molècules associades a la mielina i la proteïna priònica cel•lular (PrPc) en neurodegeneració (Malaltia d’Alzheimer) i neuroinflamació (Esclerosi Múltiple)

Les proteïnes associades a la mielina (MAIS), Nogo-A, MAG i OMgp, són molècules que presenten una capacitat inhibitòria molt important per el recreixement axonal i la neuroreparació després de lesió. No obstant des de fa anys les seves funcions han estat ampliades i s’han involucrat en diferents processos degeneratius del sistema nerviós o en processos neuroinflamatoris del sistema nerviós central i el perifèric com ara l'Escleresi Múltiple (MS). La base neurobiològica d’indicadors moleculars que són responsables del dany axonal en MS segueixen sense estar plenament descrits. Recentment s’ha publicat que el mecanisme de senyalització Nogo-A pot regir els primers canvis de la desmielinització immunomediada del sistema nerviós central en el model animal de MS, l’encefalomielitis autoimmune experimental (EAE). De la mateixa forma la proteïna priònica cel•lular és una proteïna que s’ha associat majoritàriament a malalties espongiformes, però que recentment s’ha vinculat (no sense controvèrsia) amb la seva possible relació amb la Malaltia d'Alzheimer (AD), ja que seria capaç de reclutar els oligòmers d’Aβ (ADDLs), els quals correlacionen millor amb el grau de demència, i amb els que interacciona directament, actuant així com un possible mediador de la fosforilació de tau en la malaltia. No obstant, les funcions de les MAIS i de la PrPc en aquests models de la malaltia no estan clarament definits i, per altra banda, es desconeixen els mecanismes de senyalització implicats, no descartant de forma clara el component neural i l’immune.

Protein oligomers studied by solid-state NMR the case of the full-length nucleoid-associated protein histone-like nucleoid structuring protein

Members of the histone-like nucleoid structuring protein (H-NS) family play roles both as architectural proteins and as modulators of gene expression in Gram-negative bacteria. The H-NS protein participates in modulatory processes that respond to environmental changes in osmolarity, pH, or temperature. H-NS oligomerization is essential for its activity. Structural models of different truncated forms are available. However, high-resolution structural details of full-length H-NS and its DNA-bound state have largely remained elusive. We report on progress in characterizing the biologically active H-NS oligomers with solid-state NMR. We compared uniformly ((13)C,(15)N)-labeled ssNMR preparations of the isolated N-terminal region (H-NS 1-47) and full-length H-NS (H-NS 1-137). In both cases, we obtained ssNMR spectra of good quality and characteristic of well-folded proteins. Analysis of the results of 2D and 3D (13)C-(13)C and (15)N-(13)C correlation experiments conducted at high magnetic field led to assignments of residues located in different topological regions of the free full-length H-NS. These findings confirm that the structure of the N-terminal dimerization domain is conserved in the oligomeric full-length protein. Small changes in the dimerization interface suggested by localized chemical shift variations between solution and solid-state spectra may be relevant for DNA recoginition.

Protein loop compaction and the origin of the effect of arginine and glutamic acid mixtures on solubility, stability and transient oligomerization of proteins

Addition of a 50 mM mixture of l-arginine and l-glutamic acid (RE) is extensively used to improve protein solubility and stability, although the origin of the effect is not well understood. We present Small Angle X-ray Scattering (SAXS) and Nuclear Magnetic Resonance (NMR) results showing that RE induces protein compaction by collapsing flexible loops on the protein core. This is suggested to be a general mechanism preventing aggregation and improving resistance to proteases and to originate from the polyelectrolyte nature of RE. Molecular polyelectrolyte mixtures are expected to display long range correlation effects according to dressed interaction site theory. We hypothesize that perturbation of the RE solution by dissolved proteins is proportional to the volume occupied by the protein. As a consequence, loop collapse, minimizing the effective protein volume, is favored in the presence of RE.

On the role of G protein-coupled receptors oligomerization

The existence of a supramolecular organization of the G protein-coupled receptor (GPCR) is now being widely accepted by the scientific community. Indeed, GPCR oligomers may enhance the diversity and performance by which extracellular signals are transferred to the G proteins in the process of receptor transduction, although the mechanism that underlies this phenomenon still remains unsolved. Recently, it has been proposed that a trans-conformational switching model could be the mechanism allowing direct inhibition/activation of receptor activation/inhibition, respectively. Thus, heterotropic receptor-receptor allosteric regulations are behind the GPCR oligomeric function. In this paper we want to revise how GPCR oligomerization impinges on several important receptor functions like biosynthesis, plasma membrane diffusion or velocity, pharmacology and signaling. In particular, the rationale of receptor oligomerization might lie in the need of sensing complex whole cell extracellular signals and translating them into a simple computational model.

BioSuper: A web tool for the superimposition of biomolecules and assemblies with rotational symmetry

Background Most of the proteins in the Protein Data Bank (PDB) are oligomeric complexes consisting of two or more subunits that associate by rotational or helical symmetries. Despite the myriad of superimposition tools in the literature, we could not find any able to account for rotational symmetry and display the graphical results in the web browser. Results BioSuper is a free web server that superimposes and calculates the root mean square deviation (RMSD) of protein complexes displaying rotational symmetry. To the best of our knowledge, BioSuper is the first tool of its kind that provides immediate interactive visualization of the graphical results in the browser, biomolecule generator capabilities, different levels of atom selection, sequence-dependent and structure-based superimposition types, and is the only web tool that takes into account the equivalence of atoms in side chains displaying symmetry ambiguity. BioSuper uses ICM program functionality as a core for the superimpositions and displays the results as text, HTML tables and 3D interactive molecular objects that can be visualized in the browser or in Android and iOS platforms with a free plugin. Conclusions BioSuper is a fast and functional tool that allows for pairwise superimposition of proteins and assemblies displaying rotational symmetry. The web server was created after our own frustration when attempting to superimpose flexible oligomers. We strongly believe that its user-friendly and functional design will be of great interest for structural and computational biologists who need to superimpose oligomeric proteins (or any protein). BioSuper web server is freely available to all users at http://ablab.ucsd.edu/BioSuper webcite.

Protected maleimide building blocks for the decoration of peptides, peptoids and peptide nucleic acids

Monomers allowing for the introduction of [2,5-dimethylfuran]-protected maleimides into polyamides such as peptides, peptide nucleic acids, and peptoids were prepared, as well as the corresponding oligomers. Suitable maleimide deprotection conditions were established in each case. The stability of the adducts generated by Michael-type maleimide-thiol reaction and Diels-Alder cycloaddition to maleimide deprotection conditions was exploited to prepare a variety of conjugates from peptide and PNA scaffolds incorporating one free and one protected maleimide. The target molecules were synthesized by using two subsequent maleimide-involving click reactions separated by a maleimide deprotection step. Carrying out maleimide deprotection and conjugation simultaneously gave better results than performing the two reactions subsequently.

Noves aproximacions a la síntesi i caracterització de poliglicols al·lílics, polihidrosiloxans i surfactants copolimèrics. Avaluació d'aquests surfactants en formulacions de poliuretà

Els polímers són una sèrie de compostos que troben un ampli ventall d'aplicacions en la indústria actual. Un exemple són les espumes de poliuretà, estructures de tipus cel·lular obtingudes mitjançant la reacció química entre compostos de tipus isocianat i compostos de tipus poliol (polièters amb diferent nombre de grups hidroxil). És imprescindible l'ús d'additius d'estructura tensioactiva (surfactants de silicona) per estabilitzar el procés d'espumació i per proporcionar una estructura cel·lular ordenada i homogènia en mida i distribució. La síntesis i caracterització de les molècules precursores (polihidrosiloxans i polièters al·lílics), l'estudi de la reacció d'hidrosililació com a via d'obtenció dels diferents surfactants per reacció d'addició entre els polihidrosiloxans i els polièters al·lílics i la caracterització i avaluació en formulacions comercials de poliuretà dels surfactants sintetitzats han constituït els objectius del present treball. MEMÒRIA La Tesi Doctoral ha estat presentada seguint el següent esquema: CAPÍTOL I. INTRODUCCIÓ A LA QUÍMICA DEL POLIURETÀ. Es presenten els principis de la química del poliuretà, fent esment dels recents avenços en la síntesis i caracterització d'aquests compostos polimèrics, així com un apartat concret centrat en els surfactants de silicona. Es presenten les estructures habituals d'aquests compostos comercials i es detallen les reaccions de síntesi i les característiques físiques que aquests compostos proporcionen a les espumes de poliuretà. CAPÍTOL II. OBJECTIUS. 1.- Síntesis y caracterització d'una àmplia gamma de poliglicols al·lílics i de polihidrosiloxans amb grups hidrur reactius, ambdós precursors d'estructures polimèriques de tipus surfactant. 2.- Estudi de la reacció d'hidrosililació com a via de formació d'enllaços Si-C no hidrolitzables, mitjançant la reacció d'addició entre els substrats al·lílics insaturats i els polisiloxans amb grups hidrur reactius. 3.- Caracterització de les estructures polimèriques de tipus surfactant sintetitzades i avaluació d'aquestes en formulacions de poliuretà, a fi de relacionar l'estructura química d'aquests oligómers amb els efectes físics que originen en l'espuma de poliuretà. CAPÍTOL III. SÍNTESI I CARACTERITZACIÓ DE SUBSTRATS AL·LÍLICS INSATURATS DE TIPUS POLIGLICOL. S'han caracteritzat per HPLC-UV una sèrie de polietilenglicols comercials. S'ha estudiat la reacció de derivatització al·lílica sobre els grups hidroxil dels polièters comercials (PEG, PPG i copolímers PEG-PPG) i s'han caracteritzat exhaustivament els productes sintetitzats (1H,13C-RMN, GC, GC-MS, FTIR, ESI-MS, HPLC-UV). S'ha iniciat un estudi de polimerització aniònica sobre nous epòxids amb un punt de diversitat molecular, sintetitzant-se i caracteritzant-se els corresponents nous polièters obtinguts. CAPÍTOL IV. SÍNTESI I CARACTERITZACIÓ DE POLIHIDROSILOXANS REACTIUS. S'estudia la síntesis de polihidrosiloxans amb grups hidrur reactius, mitjançant la reacció de polimerització aniònica d'obertura d'anell ("AROP, anionic ring opening polimerization") i mitjançant la reacció de polimerització per equilibració catiònica. Es presenta una caracterització exhaustiva dels productes sintetitzats i es descriu la naturalesa de la microestructura polimèrica a partir de la distribució bivariant dels copolímers PDMS-co-PHMS (poli(dimetilsiloxà)-co-poli(hidrometilsiloxà)). CAPÍTOL V. ESTUDI SISTEMÀTIC DE LA REACCIÓ D'HIDROSILILACIÓ. S'ha estudiat la reacció d'hidrosililació amb la finalitat de sintetitzar estructures copolimèriques poliglicol-polisiloxà a partir de la reacció de polisiloxans hidrur reactius i polièters al·lílics. S'han provat diferents catalitzadors (Pt/C 5%, cat. de Speier i cat. de Karstedt), s'han sintetitzat diferents estructures tensoactives (lineals i ramificades) i s'ha modelitzat les diferents reaccions secundàries observades, per presentar un estudi mecanístic de la reacció d'hidrosililació aplicada a la síntesis de molècules d'elevat PM a partir de la reacció entre substrats al·lílics insaturats i polihidrosiloxans. CAPÍTOL VI. AVALUACIÓ DELS SURFACTANTS EN FORMULACIONS DE POLIURETÀ. S'ha estudiat la idoneïtat dels surfactants de silicona sintetitzats en diferents formulacions de poliuretà comercials. S'ha relacionat el comportament físic d'aquests surfactants en les espumes de poliuretà amb la seva estructura química a partir de l'anàlisi per microscòpia electrònica de rastreig. CAPÍTOL VII. CONCLUSIONS. S'han esposat les conclusions extretes de cada capítol.