Tesis presentada a la Universidad de Chile para optar al grado de Doctor en Farmacología / No autorizada por el autor para ser publicada a texto completo en el Portal de Tesis Electrónicas / La polimerización y agregación del péptido Aβ1-42 son procesos poco dilucidados hasta el momento, sin embargo, están fuertemente relacionados al desarrollo de la Enfermedad de Alzheimer, trastorno neurodegenerativo, causante principal de demencia senil para el cual no existe cura o prevención efectiva hasta nuestros días. Una de las estrategias estudiadas con el fin de prevenir y buscar la cura de esta enfermedad es la de buscar compuestos que inhiban la agregación de Aβ1-42 y consecuentemente la formación de especies tóxicas que causan la muerte neuronal y el desarrollo de la enfermedad. En esta tesis se evaluó la acción inhibidora de la agregación de una serie de 6 derivados dihidropiridínicos (fenil-DHP, 3-OH-DHP, 4-OH-DHP, 3,4-OH-DHP, 3,5-OH- DHP y 3,4,5-OH-DHP) que difieren en el número y posición de hidroxilos en la molécula que por semejanzas estructurales con otros compuestos encontrados en la literatura se constituyeron en buenos candidatos para este fin. Estos compuestos poseen además las propiedades de ser inhibidores de la generación de radicales libres, inhibidores de canales de calcio y posibles antihipertensivos, constituyéndose en compuestos aún más atractivos, ya que el estrés oxidativo, el desbalance en la homeostasis de calcio y la hipertensión, son también factores desencadenantes de la EA. Mediante las técnicas de Fluorescencia por Interacción con tioflavina-T, Electroforesis en Geles y TEM, los resultados demostraron que los compuestos con uno o ningún grupo hidroxilo (fenil-DHP, 3-OH-DHP y 4-OH-DHP) no son inhibidores de la agregación de Aβ1-42. Sin embargo, los compuestos , 3,4-OH-DHP, 3,5-OH-DHP y 3,4,5-OH-DHP son inhibidores de la agregación siendo 3,4-OH-DHP el compuesto más eficaz con una inhibición máxima de 88±5% y una IC50 de 5.6±0.1µM siendo significativamente más potente que el resveratrol (IC50=9.8±1.3 µM), compuesto polifenólico usado como control en esta tesis. Los efectos sobre la toxicidad celular inducida por fibras amiloides fueron evaluados, para los compuestos activos, en cultivo primario de hipocampo de ratas E18; observándose que una inhibición en la agregación de Aβ1-42 está relacionada con una inhibición de la muerte celular inducida por fibras amiloides. Por otra parte, en esta tesis se desarrolló un nuevo método electroquímico que permite evaluar el proceso de agregación y desagregación de Aβ1-42 con el fin de complementar, con nueva información, la metodología existente, ya que los métodos convencionales poseen diversas limitaciones y no pueden ser constituidos como un único método válido. Se generaron electrodos de carbón vítreo modificados con nanotubos de carbono y fue posible seguir el proceso de agregación mediante la señal de oxidación del residuo de Tyr en estadios tempranos cuando oligómeros pequeños son formados, revelando información conformacional del extremo N-terminal de la molécula. Además, este nuevo método fue útil para evaluar la desagregación del péptido LPFFD-NH2, conocido desagregante. / Polymerization and aggregation of the Aβ1-42 peptide are not complete elucidated processes until now, however, they are strongly related to the development of Alzheimer's disease, a neurodegenerative disorder, the primary cause of dementia for which no cure or effective prevention exist so far. One of the strategies studied in order to prevent and to find a cure for this disease is to find compounds that inhibit the aggregation of Aβ1-42 and consequently the formation of toxic species that cause neuronal death and disease development. In this thesis, the aggregation inhibitory activity of a series of 6 dihydropyridine derivatives (phenyl-DHP, 3-OH-DHP, 4-OH-DHP, 3,4-OH-DHP, 3,5-OH-DHP and 3,4,5- OH-DHP) was evaluated. These compounds differ to each other in the number and position of hydroxyl groups in the molecule and since they have structural similarities with other compounds found in the literature they are constituted in good candidates for this purpose. These compounds also have other characteristics like inhibitors of free radical generation, calcium channel blockers and potential antihypertensive activity that make them more attractive since oxidative stress, the imbalance in calcium homeostasis and hypertension, are also triggers factors of Alzheimer's disease. By mean of Thioflavin-T Fluorescence Assay, Gel Electrophoresis and TEM the results demonstrated that the compounds with one or no hydroxyl group (phenyl-DHP, 3-OH-DHP and 4-OH-DHP) are not inhibitors of Aβ1-42 aggregation. However, the compounds, 3,4-OH-DHP, 3,5-OH-DHP and 3,4,5-OH-DHP are inhibitors of the aggregation being 3.4-OH-DHP the inhibitor compound with the highest maximum inhibition of 88 ± 5% and an IC50 of 5.6 ± 0.1μM being significantly more potent than resveratrol (IC50 = 9.8 ± 1.3 µM), a polyphenolic compound used as a control in this thesis. The effects on cellular toxicity induced by amyloid fibrils were evaluated for these compounds in primary cultures of E18 rat hippocampus. It was observed that the inhibition on the aggregation of Aβ1-42 is related to the inhibition of cell death induced by amyloid fibers. On the other hand, in this thesis was developed a new electrochemical method to assess the process of aggregation and disaggregation of Aβ1-42 in order to supplement, with new information, the existing methodology, since conventional methods have several limitations and cannot be constituted as a single valid method. Glassy carbon electrodes modified with carbon nanotube were generated and it was possible to follow up the aggregation process by mean of the oxidation signal of Tyr residue in the early stages when small oligomers are formed, revealing conformational information of the N-terminal part of the molecule. In addition, this new methodology was useful for assessing the disaggregation activity of LPFFD-NH2 peptide, a known disaggregating compound. / Fondecyt

La proteína beta amiloide (Aβ), involucrada en la enfermedad de Alzheimer, cambia su conformación en condiciones patológicas formando agregados tóxicos (AT) que tienen un efecto neurodegenerativo. La estructura molecular de los AT todavía no se ha dilucidado debido a que Aβ no cristaliza. Su conocimiento contribuirá al diseño de fármacos capaces de interferir eficientemente en el proceso de agregación. En este, Aβ1_42 puede formar estructuras como protofibrillas, amiloesferoides o fibras amiloides (FAs). Para obtener información estructural y sondear si existe exposición de grupos hidrofóbicos en los AT de Ab1¡42, se emplearon diferentes técnicas como AFM, TEM, FV, y sondas de nanopartículas (NP) metálicas. Se estudió la interacción de los AT con sustratos hidrofílicos e hidrofóbicos y también se usaron NP de oro conjugadas al péptido CLPFFD, que reconocen selectivamente los AT. A través de espectroscopia de fuerza (FV), se estudió la interacción de los AT adsorbidos a HOPG (grafito pirrolítico altamente ordenado) con una sonda de oro funcionalizada con CLPFFD. Una de las interacciones observadas fue la adhesión, atribuible a la interacción entre residuos hidrofóbicos de los AT y CLPFFD. Además, se estudió la interacción entre LPFFD y FAs in volumen observándose la desagregación de FAs. Paralelamente, se realizaron experimentos in situ observándose que LPFFD no produce desagregación de FAs sobre HOPG, debido a que los sitios de interacción con LPFFD se encuentran bloqueados por la interacción con el HOPG. Los resultados obtenidos revelaron interesantes propiedades fisicoquímicas de los agregados, que concuerdan con algunos de los modelos actuales para la agregación de la proteína Aβ1_42. / Memoria para optar al título de Químico Farmacéutico / The amyloid beta peptide (Ab ), involved in Alzheimer´s disease, can change its conformation in pathologic conditions forming toxic aggregates (TA) with a neurodegenerative effect. Structure of Ab at a molecular level is unknown yet due to this protein has not been crystalized. The knowledge of the structure will contribute to the design of new drugs that can efficiently halt the aggregation process. In the aggregation process, is possible to recognize clear structures of Ab1¡42, like protofibrils, globular aggregates or amyloid fibrils (AF). To obtain information about the structure of amyloid aggregates and to probe wether exist exposition of hydrophilic or hydrophobic groups in different regions, AFM, TEM, FV and metal nanoparticles probes will be used. The interaction between the TA and hydrophobic and hydrophyilc substrates has been studied. In addition, gold nanoparticles (AuNP) were linked to the peptide CLPFFD that selectively attaches to the AF of Ab1¡42. We study with force spectroscopy (FV) mode, the interaction of the TA of Ab1¡42 adsorbed in a HOPG surface, with a gold-CLPFFD linked probe. The force curves gave information of the interaction between the AF of Ab1¡42 and the peptide sequence CLPFFD. One of the interactions observed was the adhesion, attributable to the interaction between hydrophobic residues. Therefore, we study the interaction between LPFFD and AF of Ab1¡42 in volumen observing the disaggregation. In contrast, in experiments done in situ, disaggregation was not observed due to the blocking of the AF by HOPG to LPFFD that avoid the interaction. The obtained results reveals interesting physicochemical properties of the TA which are in agreement with some of the recently proposed models for the Ab1¡42 aggregation

FE65 es una proteína adaptadora que actualmente se ha relacionado con la formación del péptido β-amiloide y la hiperfosforilación de tau, procesos que se ven incrementados en pacientes con Alzheimer, probablemente como consecuencia de un aumento en la actividad transcripcional de FE65. Una de las principales interacciones que se asocian con la activación de ésta proteína es la unión de su dominio PTB2 con el dominio citoplasmático de la proteína precursora del amiloide (AICD), interacción que se ve estabilizada por la proteína adaptadora 14-3-3γ. En esta tesis se llevó a cabo la construcción de un modelo por homología de PTB2 y un segmento de AICD, correspondiente a la secuencia de interacción con FE65. A partir de éstos, mediante técnicas de docking se determinó el modo conformacional de interacción más probable para el complejo, cuya interfaz de interacción fue estudiada mediante un análisis de geometrías de interacción, principalmente de formación de puentes de hidrógeno y también mediante el estudio del cambio en el área de superficie accesible a solvente entre los monómeros y el complejo. Una vez determinados los aminoácidos que interaccionan en la interfaz se realizó un estudio de la contribución de éstos en la estabilidad del complejo mediante una técnica conocida como Alanine Scanning. Se logró determinar la importancia de cada uno de estos aminoácidos en la formación del complejo, presentando así las bases necesarias para el futuro diseño de ligandos inhibidores de la interacción como estrategia farmacoterapéutica para combatir la patología del Alzheimer. A su vez se presenta un estudio preliminar de otro complejo involucrado en la interacción de FE65 y AICD, aquel formado entre 14-3-3γ con AICD, pudiendo determinar dos posibles sitios de unión. Por otra parte se realizó un breve estudio de un potencial sitio de unión de PTB2 a fosfoinositidos de membrana, interacción que se ha señalado como probable, pero cuyo posible papel en los procesos moleculares de FE65 no ha sido determinado aun.