Programas de Investigación
Biología Estructural y Computacional
RMN biomolecular: estructura y dinámica de las proteínas y complejos de proteínas
Miquel Pons
Investigador Principal
Professor (Organic Chemistry Dept. - UB)
Tel Oficina : +34 93 403 46 83 // +34 93 403 92 54
Tel Lab : +34 93 403 46 77 // +34 93 403 71 32
correo-e : miquel.pons
irbbarcelona.org
Introducción
Las interacciones proteína-proteína no constitutivas a menudo realizan una función crucial en los procesos de regulación. Estas interacciones tienden a ser débiles y dan lugar a un interactoma dinámico: el estado de asociación de una proteína o de los otros elementos in interactuantes cambian en respuesta a estímulos ambientales y modulan las respuestas biológicas. La plasticidad inherente de estos sistemas se convierte en un reto para su caracterización estructural, pero lo convierte en dianas atractivas para la modulación utilizando moléculas pequeñas. Para poder hacer frente a estos retos es necesario adoptar un enfoque flexible y muy interdisciplinar.
La RMN aporta información estructural y dinámica a nivel atómico de los sistemas complejos, incluyendo las proteínas aisladas, los complejos entre proteínas y los complejos ligando-proteína en solución, y constituye el centro de nuestra actividad de investigación. Complementamos la RMN con otras técnicas biofísicas, como son la anisotropía de fluorescencia, el dicronismo circular, la calorimetría, la ultracentrifugación analítica, la dispersión de rayos X de pequeño ángulo (SAXS), así como herramientas de biología molecular, química e informática.
Áreas de interés científico
Realizamos estudios estructurales de sistemas biomoleculares dinámicos implicados en las interacciones proteína-proteína o proteína-ligando, con especial énfasis en los métodos de resonancia magnética nuclear. Se está realizando un gran esfuerzo para desarrollar la metodología de RMN necesaria para poder hacer frente a los retos, y para el desarrollo de las pequeñas moléculas como herramientas para modular las interacciones proteína-proteína y como relatores para el estudio de sistemas macromoleculares muy amplios.
Líneas de Investigación
I. La autoasociación de las fosfatasas de bajo peso molecular
Nuestro grupo, en colaboración con el Profesor García de la Torre (Universidad de Murcia), ha realizado una importante contribución al desarrollo y aplicación de métodos predictivos de las velocidades de relajación de RMN y los acoblamientos bipolares residuales a partir de estructuras tridimensionales de proteínas globulares. Estos métodos permiten contrastar las estructuras determinadas en los cristales y a partir de las observaciones en RMN, y remarcan los procesos dinámicos que suceden en solución, incluyendo los movimientos entre dominios o las interacciones débiles proteína-proteína.
La aplicación de estos métodos ha permitido la identificación de tetrámeros formados por una fosfatasa de tirosina de bajo peso molecular. Las fosfatasas de bajo peso molecular participan en los procesos de transducción de señales compitiendo con las quinasas, a pesar de que su regulación no está del todo clara. La formación de tetrámeros para fosfatasas de bajo peso molecular sugiere un mecanismo de regulación de les vías de transducción de señales bajo las condiciones prevalentes de alta concentración de macromoléculas (“crowding” o hacinamiento) del citoplasma celular, que sería el equivalente supramolecular de una proenzima. Utilizamos medidas de relajación de RMN de 15N, juntamente con desplazamientos químicos 129Xe para caracterizar el efecto de las condiciones de la solución en la oligomerización de las fosfatasas de bajo peso molecular. Además, haciendo uso de información estructural, también realizamos calibrajes con el fin de identificar inhibidores de moléculas pequeñas.
Colaboraciones:
- Prof. García de la Torre (Universidad de Murcia)
- Dr. Michael Akke (Universidad de Lund)
- Dr. Eike Brunner (Universidad de Regensburg)
II. Estudios estructurales de las proteínas asociadas al nucleótido de la familia Hha/H-NS (J. García)
El sistema H-NS/H ha estado implicado en la regulación de la expresión génica bacterial en respuesta a los cambios ambientales, como son la temperatura o la fuerza iónica. La HNS tiene un dominio de unión a ADN y dominios adicionales que son responsables de la dimerización i de la oligomerización. La Hha fue descubierta por el grupo del Profesor Antonio Juárez de la Universitat de Barcelona. A pesar de que la Hha no tiene un dominio de unión a ADN, sí interactúa con la H-NS y modula los efectos. Recientemente hemos demostrado que la Hha muestra una plasticidad conformacional que está afectada por su unión a los fragmentos de H-NS o por la temperatura. Esta observación refuerza la hipótesis por la cual la Hha o su interacción con la H-NS actúa como sensor de la temperatura y de la fuerza iónica y controla la expresión génica regulada a través de la H-NS.
Colaboraciones:
- Prof. Antonio Juárez (Universitat de Barcelona)
III. Cribaje de ligandos mediante la combinación de RMN y “docking” computacional de alta eficacia
Nuestro grupo produce protocolos de “docking” computacional de alta eficacia, basados en el programa Autodock, con un algorismo genético mejorado, una conversión optimizada de representaciones de ligandos de 1D a 3D y un nuevo algorismo de selección genética basado en la similitud molecular para la búsqueda en grandes bases de datos. Para esta finalidad se ha desarrollado una medida de similitud muy eficiente (LINGOSim). Este protocolo se complementa con un método nuevo y extremadamente rápido (<120.000 compuestos/segundo) para predecir la solubilidad y los valores logP a fin de facilitar la selección de los candidatos más prometedores para el cribaje de RMN. Estos métodos se pueden utilizar en la investigación inicial de fármacos candidatos o para el desarrollo de moléculas pequeñas como herramientas para la investigación biomédica. Nuestro grupo trabaja en estrecha colaboración con los grupos de química combinatoria del IRB Barcelona.
Colaboraciones:
- Dr. Michael Thormann (Morphochem A.G. Múnic)
- Prof. Fernando Albericio (IRB Barcelona-PCB)
- Dra. Miriam Royo (Química Combinatoria PCB)
- Prof. Antonio F. Tiburcio (Universitat de Barcelona)
IV. Estabilidad de las proteínas y origen del efecto Hofmeister (O. Millet)
La interacción de la superficie de la proteína con el agua afecta su estabilidad y es alterada tanto por las mutaciones en la superficie como por la adición de iones. El análisis termodinámico indica un origen común para ambos efectos, y aporta una explicación y una posible cuantificación del efecto Hofmeister.
V. Movimientos a gran escala (P. Bernadó)
Los movimientos a gran escala, como son los que se producen en el movimiento de dominios o en las proteínas no dobladas, requieren una descripción dinámica de las estructuras mediante modelos estadísticos para describir los valores medios de las propiedades medibles. Los cálculos hidrodinámicos y de forma, así como la generación de conjuntos de conformaciones se utilizan para analizar los datos experimentales obtenidos por RMN o SAXS.
Financiación
Este grupo de investigación recibe financiación de las siguientes instituciones:
- Ministerio de Educación y Ciencia
