Laboratorio de glicosistemas

El Laboratorio de Glicosistemas tiene como objetivo fundamental el estudio en profundidad de los procesos de reconocimiento molecular de interés biológico en los que están involucrados los carbohidratos, así como el diseño de estrategias para interferir en ellos. En concreto, a través de sus diferentes proyectos financiados, el laboratorio lleva a cabo:

• La síntesis de carbohidratos, glicoconjugados y sistemas multivalentes de los mismos
• Su caracterización estructural mediante técnicas computacionales y de Resonancia Magnética Nuclear (RMN)
• El análisis de las interacciones de dichos carbohidratos con sus correspondientes receptores mediante diferentes técnicas.

El fin último de estos estudios es comprender el papel de los carbohidratos en estos procesos y desarrollar sistemas de utilidad en las áreas de la glicobiología y la biomedicina.

Principales líneas de investigación

1. Glicosaminoglicanos: síntesis, estructura y reconocimiento molecular por receptores proteicos

Responsables: Pedro M. Nieto y José Luis de Paz

Esta línea se centra en el estudio del papel de los glicosaminoglicanos (GAG) en algunos procesos biológicos importantes, como la proliferación celular y la infección por patógenos. Los GAG son polisacáridos con carga negativa (principalmente sulfatados) que son componentes cruciales de la matriz extracelular y las superficies celulares. Para descifrar el patrón de sulfatación responsable de una actividad determinada, sintetizamos fragmentos oligosacáridos de tipo GAG como modelos simples de los polisacáridos naturales. Sin embargo, la síntesis química de estos compuestos es muy difícil y, por esta razón, también preparamos oligosacáridos sulfatados no GAG que son sintéticamente más accesibles y pueden imitar la estructura y la función de los productos naturales (glicomiméticos).

Las interacciones entre estos derivados sintéticos y sus receptores proteicos (por ejemplo, factores de crecimiento neuronal como la midkina y la pleiotrofina) se estudian utilizando diferentes técnicas. Los experimentos de polarización de fluorescencia proporcionan valores relativos de afinidad de unión con un consumo mínimo de muestras y tiempo, lo que permite identificar compuestos de alta afinidad con posibles aplicaciones terapéuticas. La RMN y la MD (dinámica molecular) ofrecen una visión más estructural, lo que permite proponer estructuras tridimensionales del complejo.

2. Glicoconjugados como herramientas para estudiar la interacción con lectinas implicadas en la respuesta inmune.

Responsables: F. Javier Rojo y Javier Ramos-Soriano

Esta línea de investigación se centra en la preparación de glicoconjugados o glicomiméticos que permiten entender, a nivel molecular, la interacción con lectinas como DC-SIGN, L-SIGN, Langerina, entre otras, presentes en células especializadas del sistema inmunitario. En este marco, se desarrollan estrategias sintéticas que permiten acceder a carbohidratos que incorporan fluoroazúcares, agentes quelantes de lantánidos, desoxiazúcares y otros derivados, los cuales se emplean como herramientas sintéticas para estudiar la interacción carbohidrato-lectina mediante diferentes técnicas como la RMN, biosensores, etc.

Por otra parte, estos glicoderivados se conjugan sobre diferentes plataformas (dendrímeros, nanoformas de carbono, etc.) para dar lugar a versiones multivalentes de los mismos, produciendo glicosistemas capaces de interaccionar de forma efectiva con las lectinas. Dichos sistemas multivalentes pueden inducir procesos de internalización en células presentadoras de antígenos, activarlas, desencadenar vías de señalización específicas o inhibir procesos de infección.  En consecuencia, estos sistemas podrían emplearse en el desarrollo de antivirales o vacunas con aplicaciones en biomedicina.       

3. RMN estructural y MD de glicanos.

Responsable: Pedro M. Nieto.

Esta línea de investigación es común a las dos anteriores. Mediante RMN y MD se lleva a cabo la determinación de las estructuras tridimensionales de los ligandos libres y el análisis de su dinámica, con el fin de caracterizar sus propiedades intrínsecas. Cuando existe un equilibrio inestable entre el ligando libre y el ligando unido dentro del régimen de intercambio rápido en la escala de tiempo de RMN, podemos aplicar un conjunto de técnicas de RMN basadas en la transferencia de magnetización para obtener información sobre la conformación del ligando en el complejo e identificar las regiones del ligando y del receptor que están en contacto más cercano. Este enfoque nos permite evaluar si el ligando sufre reordenamientos conformacionales al unirse, lo cual es relevante, ya que tanto la unión como los cambios estructurales tienen consecuencias energéticas. Además, los experimentos STD (diferencia de transferencia de saturación) ayudan a delinear la zona de unión, aunque una definición detallada requiere simulaciones MD exhaustivas.

Hemos estudiado principalmente dos tipos de sistemas: factores de crecimiento con GAG y C-lectinas con sacáridos neutros.