Miércoles, 27 de agosto de 2014

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Aminoácidos no naturales para mejorar las propiedades de los péptidos


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Los péptidos de tamaño pequeño y medio son moléculas muy flexibles que adoptan en disolución un gran número de conformaciones distintas e intercambiables a través de un rápido equilibrio. Debido a ello la mayoría de los péptidos naturales que presentan actividad biológica no pueden utilizarse con fines terapéuticos, puesto que los distintos confórmeros presentes pueden interaccionar con diferentes receptores, dando lugar a respuestas múltiples.

La introducción de elementos que confieran rigidez a la cadena peptídica, limitando su libertad conformacional, se hace necesaria en la búsqueda de aplicaciones farmacológicas para este tipo de compuestos. En comparación con los péptidos naturales no modificados sus análogos restringidos suelen mostrar propiedades farmacológicas más favorables, como son mayor selectividad y estabilidad metabólica. Asimismo, esta estrategia proporciona un método muy conveniente para investigar la relación existente entre estructura y actividad, y a través de ella poder determinar la conformación que adopta el péptido al interaccionar con su receptor, lo que permitiría el diseño racional de análogos peptídicos que puedan ser utilizados como medicamentos.

Aspectos estructurales de los péptidos

Una de las aproximaciones para introducir restricciones en péptidos se basa en disminuir la flexibilidad de la cadena principal, derivada de la posibilidad de rotación existente en torno a los enlaces sencillos de cada uno de los aminoácidos que forman el péptido, estrategia que ha sido ampliamente explorada en las últimas décadas.

Existe otro aspecto estructural de igual importancia que no ha sido tan estudiado hasta el momento, que es la disposición tridimensional de las unidades de la cadena lateral, es decir, las preferencias conformacionales de los sustituyentes. Y ello, a pesar de que las cadenas laterales son fundamentales en los procesos de reconocimiento molecular, siendo su interacción con el receptor lo que determina la especificidad biológica. Por ello, de cara a establecer una relación estructura-actividad es esencial dilucidar la disposición que adoptan estos sustituyentes en el momento de interaccionar con el receptor.

La incorporación de aminoácidos en los que la libertad conformacional de los sustituyentes se encuentra limitada constituye un método muy valioso para explorar este importante aspecto de la estructura de un péptido. De este modo, la sustitución en un péptido con actividad biológica de un aminoácido por un derivado restringido del mismo cuya cadena lateral adopta una orientación determinada, debería conducir a la obtención de un análogo mucho más activo, en el caso de que la restricción haya fijado la cadena en la posición adecuada, o una pérdida de actividad, en caso contrario. En todo caso, estos estudios resultan extremadamente útiles para conocer los requisitos conformacionales que deben cumplir los sustituyentes laterales en su unión al receptor.

Este hecho, junto a la disponibilidad de una amplia variedad de análogos restringidos con diferentes grados de control sobre la orientación de la cadena lateral, hace que derivados de aminoácidos hayan sido utilizados en un número importante de estudios, que, en particular, en nuestro grupo de trabajo han dado lugar a importantes resultados que han sido recientemente publicados y que han abierto un camino con excelentes perspectivas científicas, académicas e industriales.

Las propiedades del péptido dependen de su estructura y del tipo de plegamiento, y todo ello es función de los aminoácidos que componen el péptido, de su geometría y de la secuencia en la que se disponen. Así que si se quiere estudiar y mejorar las propiedades del péptido deberemos realizar modificaciones estructurales en las unidades básicas que lo componen, es decir en los aminoácidos, y relacionar los cambios estructurales con los cambios observados en las propiedades. Además, un aminoácido suele existir en formas que se denominan enantiómeras, es decir se presentan como dos imágenes especulares que suelen tener propiedades muy diferentes cuando se encuentran con un receptor biológico.

Figura: Estructura de un pequeño péptido que incorpora un derivado ciclopropánico de la fenilanina con dos restos aromáticos.

Fases del trabajo del equipo investigador

Es en todo este entorno donde se desarrolla la actividad del grupo de investigación y que se encuentra enmarcada en cuatro fases diferentes.

1)Una parte del grupo centra su actividad en la preparación de aminoácidos no naturales y para ello se han desarrollado numerosas estrategias sintéticas que permiten obtener “a la carta” el producto deseado y esto no es una tarea evidente ya que al tener similares propiedades es necesario dirigir la síntesis para obtener principalmente el producto deseado y es lo que se denominan síntesis asimétricas o síntesis selectivas o por el contrario se trata de encontrar sofisticados procedimientos de separación de la mezcla de los dos enantiómeros.

En el primer caso se suelen utilizar sistemas catalíticos tanto homogéneos como heterogéneos trabajando en colaboración con otros grupos de investigación. En el segundo se utilizan técnicas como la cromatografía líquida de alta resolución con la utilización de fases estacionarias quirales o la utilización de procedimientos de resolución enzimaticos que permiten separar los dos enantiomeros (imágenes especulares) para trabajar con cada uno de manera independiente.

2) y 3) En la segunda fase de la investigación se trata de obtener los péptidos que incorporan los nuevos aminoácidos sintetizados para lo cual se utilizan las técnicas mas modernas de preparación de las cadenas peptídicas así como las de identificación y elucidación de la estructura de los productos finales. Para estudiar la influencia de los nuevos aminoácidos no naturales se preparan una serie de péptidos modelo en los que utilizando sofisticadas técnicas como son la difracción de Rayos X, la Resonancia Magnética Nuclear y diferentes técnicas espectroscópicas se pueden conocer las tendencias para cambiar el tipo de plegamiento que induce cada uno de los aminoácidos sintetizados.

4)Finalmente, y en colaboración con laboratorios externos, normalmente de tipo farmacológico, se incorporan los aminoácidos seleccionados en un péptido de interés biológico y se correlacionan las propiedades observadas con la diferente geometría del producto de partida para así llegar a conocer los requerimientos estructurales necesarios que permitan obtener los péptidos con las propiedades óptimas. Cálculos teóricos basados en cada vez más avanzados métodos computacionales es el adecuado complemento que debe de permitir en un futuro próximo establecer las correlaciones entre la estructura de un compuesto y sus propiedades biológicas o farmacológicas y ser optimistas para que la adecuada optimización de recursos y avances científicos permitan una mejora sustancial en la calidad de vida de futuras generaciones.

PROYECTOS DE INVESTIGACION

Proyectos académicos

Síntesis asimétrica de aminoácidos no-proteinogénicos y su incorporación en pequeños péptidos. (DGES Ref: PB97-0998)

Participantes: Carlos Cativiela, María Dolores Díaz-de-Villegas, José Antonio Gálvez, María Pilar López, Ana Isabel Jiménez, Ramón Badorrey, Miriam Alías.

Síntesis asimétrica de aminoácidos no-proteinogénicos y su incorporación en pequeños péptidos. (DGA Ref: P22/98)

Participantes: Carlos Cativiela, María Dolores Díaz-de-Villegas, José Antonio Gálvez, María Pilar López, Ana Isabel Jiménez, Ramón Badorrey, Miriam Alías.

Nuevos aminoácidos en forma enantiomericamente pura: Diseño, síntesis e incorporación en péptidos con interés estructural, industrial y/o biológico. (MCYT Ref: PPQ2001-1834).

Participantes: Carlos Cativiela, María Dolores Díaz-de-Villegas, José Antonio Gálvez, María Pilar López, Ana Isabel Jiménez, Ramón Badorrey, Miriam Alías, Gema Ballano, Soledad Royo, Marta Lasa, Ana Gil, Roberto Díaz.

Proyectos de transferencia de tecnología:

Desarrollo de nuevos edulcorantes dipéptidos. (PETRI Ref: PTR95/0422-OP).

Proyectos de interés industrial (OTRI):

Trabajos de investigación en Química Orgánica. (ROLABO Ref: 00/247, 01/261, 02/307)

Desarrollo de nuevos edulcorantes dipéptidos. (PRODUCTOS ADITIVOS Ref: 99/113).

Catálisis heterogénea en la reacción de Friedel-Crafts para la síntesis de precursores de p-hidroxifenilglicina (DSM-DERETIL Ref: 00/174).

Sintesis de dihidrofenilglicina (DSM-DERETIL Ref: 02/0356)

Proyectos FEDER

Analgésicos no opioides potentes análogos de epibatidina (FEDER Ref: 2FD97/1530).

Proyectos de infraestructura

Sistema de cromatografía líquida de alta resolución para trabajar a nivel semipreparativo (Infraestructura DGA).

Proyecto Grupo Consolidado

Aminoácidos y peptidos (DGA Ref: 23285)

Proyección exterior del grupo investigador

El historial científico del grupo de investigación pone de manifiesto que se trata de un grupo consolidado y que ha venido desarrollando una investigación de calidad durante ya muchos años donde se ha demostrado su capacidad para generar abundantes resultados de interés como se pone de manifiesto con la participación en numerosos proyectos de investigación, la publicación de más de doscientos sesenta artículos científicos en revistas de la especialidad de alto índice de impacto y su capacidad de formación con la presentación de casi veinte tesis doctorales y un número muy importante de tesinas de licenciatura.

El buen nivel alcanzado ha permitido igualmente la colaboración con muchos grupos de investigación de diferentes países y en la preparación de proyectos conjuntos. Así por ejemplo se ha venido colaborando de manera sistemática con el grupo de investigación del profesor Luis Oro, líder mundial en el tema de la catálisis homogénea que ha permitido la publicación de numerosos artículos conjuntos. De la misma manera de ha colaborado con otros grupos del Departamento de Química Inorgánica de la Universidad de Zaragoza y del Química Orgánica como es el grupo del profesor José Antonio Mayoral en el tema de la catálisis heterogénea.

Mención especial merece el grupo de investigación del Departamento de Química Orgánica de la Universidad de La Rioja del profesor Avenoza con quien se ha colaborado de manera sistemática ya que este grupo de trabajo tiene sus orígenes en nuestro propio grupo de investigación, ahora escindido desde la creación de la Universidad de La Rioja. Así mismo se viene colaborando de manera sistemática con los grupos de los profesores Carlos Alemán y Juan José Pérez de la Universidad de Barcelona en la realización de los cálculos de modelización molecular. Con el grupo del profesor Laureano Oliveros (París, Francia) en la preparación de nuevas fases estacionarias quirales, con los grups del profesor Michel Marraud (Nancy, Francia) y Claudio Toniolo (Padova, Italia) en el estudio estructural de peptidos modelo y con el grupo del profesor Fernando Albericio (Parque Científico de Barcelona) en la síntesis de péptidos de interés biológico. Finalmente se ha comenzado una nueva colaboración con el profesor Vicente Gotor de la Universidad de Oviedo para estudiar las posibilidades de resolución enzimatica a nuestras mezclas racemicas.

Además de estas colaboraciones de carácter académico merece la pena destacar el gran número de colaboraciones industriales que ha permitido la realización de numerosos proyectos de interés industrial, dando lugar a la generación de fondos del sector privado con empresas del sector farmacéutico y la firma de numerosos contratos de investigación con firmas como Rolabo, Productos Aditivos, Esteve, DSM-Deretil, Almirall-Prodesfarma…..y con otras que han mostrado mucho interés por nuestros productos y con las que se está negociando en la actualidad.

Composición del grupo investigador

  • Dr. CARLOS CATIVIELA MARIN.Catedrático de Química Orgánica. Dirección y coordinación
  • Dra. MARIA DOLORES DIAZ-DE-VILLEGAS. Investigadora CSIC: Responsable de la Síntesis asimétrica de aminoácidos y responsable de los estudios de resonancia magnética nuclear.
  • Dr. JOSE ANTONIO GALVEZ.. Profesor Titular de Química Orgánica: Responsable de la síntesis diastereoselectiva de aminoácidos y responsable de los estudios de difracción de RX.
  • Dra. MARIA PILAR LOPEZ. Profesora Titular de Química Orgánica: Responsable de la síntesis enantioselectiva de aminoácidos y responsable de los estudios de cromatografía líquida de alta resolución.
  • Dra. ANA ISABEL JIMENEZ. Contratada Programa Ramón y Cajal: Responsable de la síntesis y estudio estructural de los péptidos y responsable de la espectroscopía infrarroja.
  • Dr. RAMON BADORREY. Profesor Ayudante de Química Orgánica: Diferentes trabajos de investigación posdoctorales de apoyo. Catálisis enantioselectiva
  • Dra. MIRIAM ALIAS. Profesora Asociada de Química Orgánica: Diferentes trabajos de investigación posdoctorales de apoyo. Memoria de quiralidad.

  • Becarios predoctorales: Gema Ballano, Roberto Díez, Ana Gil, Marta Lasa, Soledad Royo.
  • Becarios OTRI: Daniel Aguirre.

Fecha Aragón Investiga: 19/06/2003


Ficheros adjuntos


   c3diPhe_1 a.jpg
   c3Phe_1a(4).jpg