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Categoría: Investigación

El mecanismo de actuación de los antibióticos β-lactámicos es el bloqueo irreversible de las enzimas implicadas en la biosíntesis del peptidoclicano de la pared celular bacteriana. El patógeno Gram-positivo Staphylococcus aureus emplea un mecanismo de resistencia basado en una enzima (PBP2a) que participa en esta ruta biosintética y que es capaz de discriminar eficientemente entre antibióticos β-lactámicos PBP2a y el peptidoglicano. La base de esta discriminación tan eficiente es un sitio alostérico (lejos del sitio activo) que, cuando está ocupado, desencadena un cambio conformacional que origina la apertura del sitio activo, realineando la conformación de los aminoácidos clave para permitir la catálisis. Mediante una combinación de diferentes técnicas (cristalografía de rayos X y análisis computacional mediante dinámica molecular y mecánica cuántica), nuestros resultados aportan información crucial sobre el mecanismo de regulación de PBP2a, una proteína clave en el mecanismo de resistencia primaria a antibióticos, proporcionando información detallada acerca de las bases estructurales de la comunicación entre el sitio alostérico y el sitio catalítico. Además, este estudio revela cómo los β-lactámicos mimetizan los substratos del peptidoglicano como punto de partida para el entendimiento de las mutaciones de resistencia emergentes en PBP2a. Este trabajo es parte de un esfuerzo colaborativo entre el IQFR y la Universidad de Notre Dame (Indiana, USA).

Mahasenan, K.; Molina, R.; Bouley, R.; Batuecas, M.; Fisher, J.; Hermoso, J.A.; Chang, M. and Mobashery*, S. “Conformational dynamics in penicillin-binding protein 2a of methicillin-resistant Staphylococcus aureus, allosteric communication network and enablement of catalysis”. J. Am. Chem. Soc. (2017).
DOI: 10.1021/jacs.6b12565

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Categoría: Investigación

El acoplamiento orientado de moléculas en general y proteínas en particular a la interfase de nanopartículas supone hoy día un reto en (bio)nanotecnología. En esta investigación llevada a cabo por grupos del Instituto Rocasolano, Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid e Instituto de Catálisis y Petroleoquímica, se ha conseguido preparar y caracterizar nanopartículas magnéticas de maghemita recubiertas de agarosa y demostrado que constituyen una excelente plataforma experimental para el acoplamiento orientado de proteínas recombinantes fusionadas a la lectina de tipo trébol β LSL150. La optimización del protocolo de preparación de tales nanopartículas recubiertas de agarosa, seguida mediante distintas técnicas biofísicas como medidas de dispersion de luz (DLS), espectroscopía infrarroja (FTIR) y análisis termogravimétricos, requirió el desacoplamiento de las etapas de formación de nanopartículas de hierro y recubrimiento con el polímero. La lectina LSL150 interacciona con estas nanopartículas exclusivamente por el reconocimiento de los azúcares de la agarosa formando complejos estables. La marcada polaridad estructural de esta lectina hace de ella un perfecto adaptador molecular por cuanto su unión a la interfase de las nanopartículas hace que proteínas recombinantes fusionadas a ella queden orientadas hacia el solvente, lo cual abre novedosas posibilidades en el diseño (bio)sensores eficaces.

Iván Acebrón, Amalia G. Ruiz-Estrada, Yurena Luengo, María del Puerto Morales, José Manuel Guisán, and José Miguel Mancheño. “Oriented Attachment of Recombinant Proteins to Agarose-Coated Magnetic Nanoparticles by Means of a β‑Trefoil Lectin Domain”. Bioconjugate Chemistry (2016) 27, 2734−2743.
(doi:10.1021/acs.bioconjchem.6b00504)

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Categoría: Investigación

La Apoptina es una proteína pequeña del virus de la anemia de pollo que induce apoptosis (suicido célular programado) en más de 80 tipos de células tumorales, pero no afecta a las células sanas. Por ello, se considera a la Apoptina como un fármaco prometedor y se encuentra en fase de ensayos clínicos. No obstante, su fuerte tendencia a oligomerizar reduce su capacidad de entrar en las células e impide los estudios estructurales. Por ello, hemos preparado y caracterizado una variante monómerica de la Apoptina que conserva, en gran medida, la actividad anti-tumoral de la proteína silvestre. Utilizando la RMN, mostramos que esta variante es desordenada y dinámica en escalas de tiempo de ps-ms. El ensamblaje conformacional no se altera significativamente por fosforilación, adición de Mg++, cambios de pH, o condiciones redox. Estos resultados apoyan un modelo para el mecanismo de acción de la Apoptina en el cual ciertas quinasas específicas de células tumorales fosforilizan la Apoptina, lo que lleva a su acumulación en el núcleo y la activación de la apoptosis de tipo p53-independiente.

Referencias:

1. "Insights into the mechanism of Apoptin's exquisitely selective anti-tumor action from atomic level characterization of its conformation and dynamics." Ruiz-Martínez S, Pantoja-Uceda D, Castro J, Vilanova M, Ribó M, Bruix M, Benito A, Laurents DV. Arch Biochem Biophys. (2017) 614:53-64.
doi:10.1016/j.abb.2016.12.010

2. "A truncated Apoptin protein variant selectively kills cancer cells." Ruiz-Martínez S, Castro J, Vilanova M, Bruix M, Laurents DV, Ribó M, Benito A. Invest New Drugs (2017).
doi:10.1007/s10637-017-0431-6

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Categoría: Investigación

El complejo formado por el sensor neuronal de Ca2+ NCS-1 y el factor intercambiador de guanina Ric8a co-regulan de manera antagónica el número de sinapsis y la probabilidad de liberación de neurotransmisor, siendo por tanto potenciales dianas terapéuticas para enfermedades de la sinapsis, tales como el síndrome del “X frágil” (FXS), la forma más común de autismo hereditario. La combinación de estudios cristalográficos y cribados virtuales ha permitido encontrar una pequeña molécula derivada de la fenotiazina capaz de inhibir la interacción entre estas dos proteínas, con una superficie de contacto grande y compleja. La administración del compuesto reduce el aberrantemente elevado número de sinapsis y mejora el aprendizaje en un modelo de mosca del síndrome del cromosoma X frágil. Además, los estudios de relación estructura-función han demostrado el mecanismo de acción de esta molécula. Este trabajo abre la puerta al desarrollo de nuevos fármacos para tratar enfermedades neuronales con alteración de la sinapsis, como en el caso del autismo y el Alzheimer.

Este trabajo ha sido realizado por investigadores de tres centros del CSIC (el Instituto de Química-Física “Rocasolano”, el Instituto Cajal y el Centro de Investigaciones Biológicas) y el Centro de Investigaciones Biomédicas “Alexander Fleming” de Grecia.

Alicia Mansilla, Antonio Chaves-Sanjuan, Nuria E. Campillo, Ourania Semelidou, Loreto Martínez-González, Lourdes Infantes, Juana María González-Rubio, Carmen Gil, Santiago Conde, Efthimio M. C. Skoulaki, Alberto Ferrús, Ana Martínez, María José Sánchez-Barrena. “Interference of the complex between NCS-1 and Ric8a with phenothiazines regulates synaptic function and is an approach for fragile X syndrome”. Proc. Nat. Acad. Sci., PNAS (2017).
doi:10.1073/pnas.1611089114
Nota de prensa de EFE
Nota de prensa del CSIC

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Categoría: Investigación

Existe una conexión compleja entre el reciclaje de la pared bacteriana y la manifestación de resistencia a antibióticos β-lactámicos en muchas enterobacterias y Pseudomonas aeruginosa. Este proceso está mediado por productos específicos del reciclaje de la pared (muropétidos) que son internalizados en el citoplasma y reconocidos por el regulador transcripcional AmpR para la expresión de la enzima β-lactamasa clave en la resistencia a antibióticos. Mediante una combinación de diferentes técnicas (cristalografía de rayos X, espectrometría de masas y dinámica molecular) hemos caracterizado el dominio de unión al efector (EBD) de AmpR. Nuestros resultados proporcionan información crucial sobre el reconocimiento de los muropéptidos que desencadenan la resistencia y revisan el dogma establecido hasta el momento. Este trabajo es parte de un esfuerzo colaborativo entre el IQFR y la Universidad de Notre Dame (Indiana, USA).

Dik, D.A.; Domínguez-Gil, T.; Lee, M.; Hesek, D.; Byun, B.; Fishovitz, J.; Boggess, B.; Hellman, L.M.; Fisher, J. F.; Hermoso, J.A.; Mobashery, S. “Muropeptide Binding and the X-Ray Structure of the Effector Domain of the Transcriptional Regulator AmpR of Pseudomonas aeruginosa”. J. Am. Chem. Soc. (2017).
doi:10.1021/jacs.6b12819

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Categoría: Investigación

Hemos estudiado las propiedades termoquímicas [1] y electrónicas [2] de especies químicas halogenadas, de especial relevancia en diversos procesos atmosféricos (p.ej. en la destrucción catalítica del ozono y calidad del aire).
Encontramos, por una parte, que cálculos ab initio del tipo Gn (Gaussian-n, n=3,4) son una excelente alternativa para determinar valores precisos de calores de formación y energías de enlace carbono-halógeno de una amplia variedad de especies orgánicas incluyendo cloro y bromo [1]. Estos datos serán posteriormente implementados en modelos climáticos para la evaluación del impacto atmosférico de dichos compuestos.

Por otra parte, mostramos que la metodología CASPT2 (“Complete Active Space Self Consistent Field Perturbation Theory”) permite determinar valores fiables de parámetros ópticos de absorción (en el rango UV-Visible) de especies representativas como IBr o HgBr2 que tienen particular connotación en procesos fotoquímicos de la atmósfera [2].

[1] J.Z. Dávalos, R. Notario, C.A. Cuevas, J.M. Oliva, A. Saiz-Lopez: “Thermochemistry of halogen-containing organic compounds with influence on atmospheric chemistry”. Comp. Theor. Chem. 1099 (2017) 36-44. DOI:10.1016/j.comptc.2016.11.009
[2] S.P. Sitkiewicz, J.M. Oliva, J.Z. Dávalos, R. Notario, A. Saiz-Lopez, D.R. Alcoba, O.B. Oña, D. Roca-Sanjuán; “Ab initio quantum-chemical computations of the electronic states in HgBr2 and IBr: Molecules of interest on the Earth's atmosphere”. J. Chem. Phys. 145 (2016) 244304, 1-14. DOI:10.1063/1.4971856

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Categoría: Premios

Alejandro Manjavacas Arévalo ha sido distinguido con el Premio a Investigadores Noveles 2016 de la Real sociedad Española de Física-Fundación BBVA

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Categoría: Noticias

Alfonso Saiz-López, Investigador Científico CSIC y Jefe del Departamento de Química Atmosférica y Clima de este Instituto, ha obtenido 2 M euros del programa “Consolidator Grant 2016” (ERC, European Research Council) para desarrollar el proyecto “Climate dimension of natural halogens in the Earth system: Past, present, future (CLIMAHAL)” a lo largo de los próximos 5 años.
Como resultado de un proceso de selección extremadamente competitivo, el programa “Consolidator” del ERC financiará 314 proyectos (24 en España) que destacaron entre las 2300 solicitudes recibidas por su notable contribución a la creación de nuevos conocimientos. En el caso específico del Proyecto CLIMAHAL, se propone utilizar un vasto conjunto de métodos espectroscópicos, cinéticos y de modelado teórico para determinar por primera vez cómo intervienen radicales y otras especies moleculares conteniendo halógenos, que tienen un origen natural, en los procesos que modulan el clima de nuestro planeta, en diferentes épocas históricas.
Los proyectos “Consolidator Grant” del Consejo Europeo de Investigación (ERC) se convocan cada año para apoyar la investigación de científicos ya consolidados y reconocidos como excepcionales, de cualquier nacionalidad y edad. El ERC selecciona proyectos pioneros y de alto riesgo que abran nuevos caminos en sus respectivos campos de investigación o en otros dominios.

Enlace a la nota de prensa del ERC