Les metal·lotioneïnes (MTs), pèptids amb una excepcional capacitat coordinant, constitueixen una gran família de metal·loproteïnes presents en gairebé tots els éssers vius. L'estudi de les propietats coordinants i estructurals de les diverses isoformes de MT és important per a aportar noves dades a la resolució de les funcions que duen a terme, fins ara relacionades amb la destoxicació de metalls pesants i l'homeòstasi de zinc i coure. En aquesta tesi doctoral s'ha estudiat la metal·lotioneïna del cranc Callinectes sapidus CuMT-II (MTC en aquest treball), per la seva atípica estructura primària dins les MTs de crustaci i per contenir triplets de cisteïna, motiu molt poc habitual en aquestes proteïnes. Aquesta MT s'ha obtingut per enginyeria genètica en medis suplementats amb zinc, amb coure i amb ambdós metalls. Els complexos metàl·lics formats en aquestes síntesis s'han caracteritzat mitjançant ESI-MS, CD, UV i ICP-AES. Així mateix, fent ús d'aquestes tècniques, s'ha aprofundit en les propietats coordinants de MTC mitjançant la reconstitució de la forma demetal·lada apoMTC i la valoració de ZnMTC i apoMTC amb diversos ions metàl·lics. Finalment, s'ha estudiat per RMN la proteïna reconstituïda amb 113Cd.Amb aquests estudis s'ha establert que per a una millor estructuració amb coure, aquesta proteïna també ha de contenir ions zinc i que, a diferència del que estava àmpliament acceptat per a altres metal·lotioneïnes, l'estequiometria dels complexos que estableix MTC amb Cd(II) no s'ajusta exactament amb la que estableix amb Zn(II). Els treballs de RMN han permès establir que l'estructuració de MTC amb ions cadmi té lloc en dos dominis, cadascun dels quals coordina 3 - 4 ions Cd(II).Addicionalment, s'ha aportat noves dades sobre el mecanisme de funcionament de les MTs en el seu paper antiinflamatori en lesions cerebrals, mitjançant l'estudi funcional dels dominis de MT-1 de mamífer en ratolins criolesionats, knockout per MT-1/-2 (amb els gens de MT-1 i MT-2 inactivats), concloent que el domini β presenta unes millors condicions antiinflamatòries. / Metallothioneins (MTs), peptides with an exceptional heavy metal coordination capacity, constitute a superfamily of ubiquitous metalloproteins. Study of MTs metal coordinating properties and their structure is necessary to contribute to the determination of their physiological functions. Nowadays, detoxification of heavy metals and homeostasis of zinc and copper are some of the principal functions proposed for MTs.The principal aim of our work is to study the binding properties of isoform CuMT-II form the crab Callinectes sapidus (MTC), a crustacean MT with an atypical peptide sequence containing two cysteine triplets, which is a very unusual motif in MTs. MTC was obtained by genetic engineering protocols in zinc, copper and zinc plus copper supplemented media. The metal complexes recovered were analyzed by ESI-MS, CD, UV and ICP-AES spectroscopies. Metal coordination properties of MTC were deeper studied by means of metal reconstitution from apoMTC and by titration of ZnMTC and apoMTC with Cd(II) and Cu(I). Structural NMR studies of MTC reconstituted with 113Cd have also been carried out.MTC requires the binding of some Zn(II) ion to acquire the most chiral structure in the presence of Cu(I). Interestingly, cadmium total metallated protein shows slightly higher metal to MT stoichiometries than in the case of zinc in contrast with the equal Zn and Cd stoichiometries shown for most MTs. Moreover, NMR studies have shown that CdMTC is structured in two domains, with 3 - 4 Cd(II) ions in each of them.Additionally, we have contribute to determine the mechanism of MTs anti-inflammatory activity in brain, by studying the rule of the α and β domains of mammalian MT-1 in cryolesioned MTKO mice, which indicate that the β domain shows better anti-inflammatory properties than the α domain.

Los transportadores heteroméricos de aminoácidos (HAT) están formados por una subunidad ligera (LSHAT) y una subunidad pesada (HSHAT) unidas entre ellas mediante un puente disulfuro.Se han descrito dos HSHATs: rBAT, y 4F2hc. Son glicoproteínas de membrana de tipo II, con un extremo N-terminal intracelular, un único dominio trans-membrana y un extremo C-terminal extracelular homólogo a las alfa-amilasas.Hasta el momento se han identificado 9 LSHATS: 6 se unen a 4F2hc para dar lugar al transportador funcional (LAT-1, LAT-2, y+LAT-1, y+LAT-2, asc-1, xCT), una se une a rBAT (bo,+ AT) y existen dos miembros "huérfanos" (asc-2, AGT-1), que no interaccionan con las HSHATs descritas y que quizás se unen a HSHATs todavía por identificar. Las diferentes LSHAT presentan las siguientes características estructurales y funcionales comunes: 1. Son proteínas altamente hidrofóbicas no glicosiladas. 2. Presentan una predicción de estructura de 12 segmentos trans-membrana, con extremos N y C-terminal intracelulares. Esta topología se ha demostrado para la subunidad ligera xCT, que presenta además un reentrant-loop entre los segmentos trans-membrana 2 y 3, con evidencias funcionales de su proximidad a la vía de translocación de sustrato.3. El residuo de cisteína conservado que interviene en la formación del puente disulfuro se encuentra localizado en el dominio extracelular putativo II.4. Necesitan la coexpresión de la HSHAT para alcanzar la membrana plasmática en un sistema de expresión heterólogo. 5. Confieren la especificidad de transporte al complejo heteromérico, representando una gran diversidad de sustratos y acoplamiento a iones: aminoácidos neutros de tamaño grande (LAT-1, LAT-2), pequeño (asc-1, LAT-2), cargados negativamente (xCT) y aminoácidos básicos y neutros (y+LAT-1, y+LAT-2 y bo,+AT).6. Se comportan como intercambiadores obligatorios con una estequiometría 1:1 y con una afinidad intracelular aparente por el sustrato mucho menor que la extracelular, excepto para el caso asc-1/4F2hc, y quizás asc-2, que se comporta como un intercambiador no obligatorio.7. La LSHAT es capaz de mediar el transporte en ausencia de la subunidad pesada cuando se consigue expresarla en superficie, como ocurre en un sistema reconstituido.rBAT (codificada por el gen SLC3A1) y bo,+AT (codificada por el gen SLC7A9) forman el sistema bo,+, que transporta aminoácidos neutros y básicos. Defectos en este sistema de transporte causan cistinuria. La cistinuria (OMIM 220100) es una enfermedad hereditaria, autosómica recesiva, causada por el defecto en la absorción intestinal y la reabsorción renal de aminoácidos básicos (lisina, arginina, ornitina) y cistina. Debido a su baja solubilidad, la cistina precipita formando cálculos a lo largo del sistema urinario. Los cálculos causan obstrucción, infecciones y, en último término, insuficiencia renal. Mutaciones en SLC3A1 causan cistinuria tipo I (recesiva completa: los heterozigotos no presentan hiperexcreción de aminoácidos) y mutaciones en SLC7A9 causan cistinuria tipo no I (recesiva incompleta: los heterozigotos hiperexcretan los cuatro aminoácidos en menor medida que los homozigotos cistinúricos y raramente llegan a desarrollar cálculos).En esta tesis se ha realizado un análisis mutacional de rBAT (SLC3A1) en familias cistinúricas, y estudios de relación estructura-función con las LSHATS bo,+AT y xCT. Debido al solapamiento de fenotipos encontrado en los portadores con mutaciones en SLC3A1 o SLC7A9, se ha establecido una nueva clasificación de la cistinuria, basada en datos genéticos. Los estudios de relación estructura-función han dado lugar a la identificación de un residuo en xCT (C327) próximo al lugar de unión y/o translocación de sustrato, y a la determinación de la unidad funcional mínima en xCT y bo,+AT, formada por una única subunidad ligera. Con estos resultados, y con los conocimientos que tenemos de esta familia de transportadores, proponemos que en una subunidad ligera coexisten dos vías de translocación asimétricas, una para el influjo, y otra para el eflujo. / Heteromeric amino acid transporters (HATs) are composed by disulfide-linked heavy (HSHAT) and light (LSHAT) subunits. HSHATs are type II membrane glycoproteins with a large extracellular domain and are involved in trafficking of the heterodimer to the plasma membrane. The LSHAT is a polytopic membrane protein that confers transport function and specificity. Two HSHATs are known, rBAT and 4F2hc. rBAT forms system b0,+ with the light subunit b0,+AT. 4F2hc forms two different system L isoforms with LAT1 and LAT2, two different system y+L isoforms with y+LAT1 and y+LAT2, system asc with asc1, and system xC- with xCT.Mutations in rBAT (SLC3A1 gene) or b0,+AT (SLC7A9 gene) cause cistinuria, an autosomal inherited metabolic disorder characterised by impaired transport of cystine and dibasic amino acids in the renal tubule and the gastrointestinal tract. High cystine concentration in the urinary tract often causes the formation of cystine stones. SLC3A1 mutations cause type I cystinuria (recessive form) and SLC7A9 mutations cause non-type I cistinuria (dominant form with incomplete penetrance). Mixed cistinuria has also been described. Mutational analysis in SLC3A1 realized in this thesis, together with mutational analysis in SLC7A9 in 164 families of the International Cystinuria Consortium database, established a new genetic classification: type A, with two mutations in SLC3A1; type B, with two mutations in SLC7A9; and type AB, with one mutation on each gene. Digenic inheritance in two mixed families caused partial phenotype.Little is known about the structure-function relationships of the HATs. Structure-function studies realized in this thesis demonstrate that Cys327 in transmembrane domain 8 of xCT is the target for transport inactivation by sulfhydril reagents. Protection and kinetic experiments suggest that Cys327 is close to the substrate permeation pathway. On the other hand, co-injection of xCT or b0,+AT sensitive (wild type) and insensitive (xCT C327S and b0,+AT C321S) to the inactivation by sulfhydryl reagents, and/or the effect of these reagents on concatamers indicate that the heterodimer is the functional unit of systems b0,+ and xc-. Together, with earlier studies on system b0,+, the results suggest that two asymmetric translocation pathways (export and import) co-exist simultaneously on a single LSHAT subunit.

El càncer de pàncrees és altament agressiu i representa la cinquena causa de mort al mon occidental. Anteriorment, en el nostre laboratori, vam identificar que el receptor tissular del plasminogen (tPA) hi està sobre-expressat i juga un paper important el la progressió tumoral. En la present tesi hem profunditzat en l'estudi del mecanisme molecular de tPA i seus receptors en aquest càncer. En primer lloc hem caracteritzat en detall la interacció de tPA amb Annexina A2 (principal receptor de tPA en endoteli i altament expressada en pàncrees) demostrant que les dades publicades sobre la seqüència responsable de la interacció no eren correctes. A més a més hem caracteritzat les proteïnes de lisats cel·lulars pancreàtics que interaccionen amb tPA mitjançant un assaig pull down i posterior anàlisi proteòmic. de tot identificant un conjunt de possibles lligands de tPA. D'entre aquests hem seleccionat galectina 1, una lectina que mai s'ha descrit que interaccioni amb tPA, per realitzar la caracterització bioquímica i funcional del seu paper com a nou lligand de tPA en càncer de pàncrees. / Pancreatic cancer is a highly aggressive disease and represents the fifth cause of death in occidental world. Our laboratory has previously reported tissue type plasminogen activator (tPA) over expression in this cancer and its role in tumoral progression. During the present thesis we have studied tPA and its molecular mechanism through its receptors in this tumor.We have first characterized tPA interaction with annexin A2 (its main receptor in endothelium and highly expressed in pancreas). Our results showed that published data about the sequence responsible of this interaction was not correct. We have also identified a set of new putative tPA receptors in pancreatic cell lisates using a pull down assay and proteomic analysis. One of the proteins identified was galectin 1, a lectin with not know relation with tPA. We performed a biochemical and functional characterization of the interaction between these two proteins in pancreatic cancer.