La present tesi és un reflex de les dues línies d'investigació principals del nostre grup de recerca. Per una banda, l'estudi de la relació estructura funció de les carboxipeptidases i els seus inhibidors, que constitueix la línia de treball en la que el grup hi porta treballant durant més anys. La segona part de la tesi està centrada en l'estudi del plegament i l'agregació proteica, més concretament en l'estudi de models proteics en els que es pot induir la formació d'estructures amiloïdòtiques, i en el desenvolupament de mètodes de predicció de l'agregació de les proteïnes a partir de la seva seqüència. Part I:La carboxipeptidasa A1 és l'enzim prototip de les carboxipeptidases de la subfamília A/B. En aquesta tesi s'ha obtingut l'estructura tridimensional de la CPA1 humana a la resolució de 1,6 Å. L'estructura de la CPA1 humana a alta resolució aporta detalls addicionals per a aprofundir en l'estudi del seu mecanisme catalític, a més a més, constitueix un motlle excel·lent per a modelar sobre d' ella l'estructura de carboxipeptidases de gran rellevància fisiològica com les implicades en el processament d'hormones i neurotransmissors.En el segon capítol de la primera part de la tesi es presenta l'estructura tridimensional del complex entre la latexina i la carboxipeptidasa A4 humanes. La caracterització funcional de la latexina mitjançant estudis d'inhibició permet descriure-la com un inhibidor de carboxipeptidases d'unió forta i de tipus no-competitiu. En el complex, l'inhibidor es situa a la part superior del canal d'entrada al centre actiu de la carboxipeptidasa. La superfície coberta per la latexina és molt més gran que la descrita en altres complexes proteasa-inhibidor i, en la inhibició no hi participa cap dels seu extrems. En base a aquests resultats, en el present treball es suggereix que les latexines constitueixen la família d'inhibidors endògens de les A/B metal·locarboxipeptidases de vertebrats.Part II:El tercer capítol, amb el que s'obre aquesta segona part, demostra que la latexina podria esdevenir un bon model per a l'estudi dels estats prefibril·lars formats a partir d'un estat totalment desplegat. A diferència de la latexina que pot ser emprada com a model de proteïna intrínsecament desestructurada, en el quart capítol de la tesi es presenta un treball desenvolupat amb l'?-quimotripsina. És una proteïna que en l'estat natiu té un plegament de tipus barril-?, un dels més habituals a la natura. En aquest cas la formació de fibres amiloides requereix la formació prèvia d'un intermediari parcialment plegat ric en estructura ?.El primer i el segon treball d'aquesta segona part són un reflex dels dos models de proteïnes que es troben implicades en el desenvolupament de les malalties amiloïdogèniques. En el cas de la latexina, la formació d'estructures amiloides requereix del desplegament total de la proteïna, pel que seria un model adequat per a l'estudi de les malalties en les que la proteïna que origina l'agregació es troba intrínsecament desestructurada. En canvi, el model de l'?-quimotripsina s'ajustaria al de les proteïnes globulars on el procés d'agregació requereix de la formació d'un estat parcialment plegat ric en estructura ?. Els resultats obtinguts són indicatius de que la capacitat de formar aquestes estructures es pot considerar una habilitat general de totes les cadenes polipeptídiques. Tot i això, la propensió per fer-ho varia molt entre seqüències diferents. En el darrer i cinquè treball de la present tesi, s'ha desenvolupat un mètode per a predir aquestes regions facilitadores de l'agregació, les quals són potencials dianes terapèutiques. La diferència principal entre els escassos mètodes de predicció trobats a la literatura i el que es presenta en la tesi és l'origen de les dades que s'utilitzen per generar el perfil d'agregació de la proteïna; mentre que en la resta de mètodes descrits s'usen fórmules matemàtiques amb valors teòrics que són assignats a regions específiques de la seqüència, en aquest treball s'han usat les dades experimentals d'un sistema in vivo desenvolupat anteriorment al grup. / The present thesis reflects the two main research lines of our group. The first part is related with the study of the structure-function relationship in metallocarboxypeptidases and their inhibitors. While the second part, is focused on the study of folding and protein aggregation and more specifically on the study of protein models in which the formation of amyloid structures can be induced and in the development of protein aggregation prediction methods from their primary sequence.Part I:Carboxypeptidase A1 is the prototype of the A/B carboxypeptidase subfamily. In this thesis has been obtained the three dimensional structure of human CPA1 at 1.6 Å resolution. This structure at high resolution provides a template for modeling the structure of physiologically relevant carboxypeptidases, as the ones implied in hormone and neuropeptide processing, as well as for the specific design of inhibitors.In the second chapter the three dimensional structure of human latexin in complex with human CPA4 was been solved. The functional characterization of latexin by inhibition assays describes it as a non-competitive inhibitor of vertebrate A/B metallocarboxypeptidases. In the complex, the inhibitor sits on the top of the funnel rim occluding the entrance to the active site covering a higher area than in other typical protease-inhibitor interfaces. In contrast to other protein inhibitors of metalloproteases, inhibition by latexin does not involve any of its termini. Our molecular studies show that structural determinants simultaneously confer vertebrate-linked specificity to latexins and sufficient variability to strongly inhibit all vertebrate forms tested. Latexins could represent the family of endogenous MCP inhibitors in vertebrates.Part II:The third chapter, which opens the second part, indicates that latexin could be a good model for the study of the prefibrillar states originate from an unfolded state.In contrast to latexin, which can be used as an intrinsically unstructured protein model, in the fourth chapter of the thesis a work developed with ?-chymotripsin is presented. This is a protein which in the native state presents a ?-barrel fold, one of the most abundant in nature. In this case, the amyloid fibril formation requires the previous formation of a partially folded intermediate state rich in ?-sheet structure.The first and second works of the second part of the thesis summarizes the two proteins models that are involved in the development of amyloidogenic diseases. In the case of latexin, the amyloid structure formation requires the completely unfolding of the protein, so it can be a good model for the study of the diseases where the protein that originates the aggregation event is completely unfolded. While, the ?-chymotripsin model fits with the globular proteins, where the aggregation process requires the formation of a partially unfolded state rich in ?-sheet structure. The obtained results indicate that the ability to form these structures is general for all the polypeptide chains, although the propensity changes between different sequences.In the last work, a method to predict the aggregation prone regions of a sequence has been developed. Prediction of such sequence stretches is important since they are potential therapeutic targets. The main difference between the few prediction methods available in the literature and the one presented in the thesis is that the origin of the data used to generate the aggregation profile; while in the other methods mathematical formulas with theoretical values are assigned to specific region of the sequence, in this work, we have used experimental data obtained in an in vivo system using ?-amyloid peptide has been used as a model to derive the relative aggregation propensities of each individual natural amino acid when placed in the central position of the CHC of A?.

Es coneix com a segment d’activació de la procarboxipeptidasa A (PCPA) al fragment proteic situat a l’extrem N-terminal de la molècula que és separat de l’enzim actiu mitjançant activació del zimogen per proteòlisi limitada. Aquest treball té el seu fonament en l’estudi de l’estructura primària i del procés de degradació d’aquest segment d’activació durant l’activació del zimogen.. El coneixement previ sobre aquests fragments o dominis proteics era escàs a l’inici del treball. La seva llargada – aproximadament 100 residus – li conferia un interès intrínsec donat que obligava a un procés de seqüenciació i a la prèvia posada a punt d’un mètode d’anàlisi d’aminoàcids que també constitueix part del cos d’aquesta tesi. Aquest mètode es basa en la derivatització pre-columna amb clorur de dabsil i permet l’anàlisi de tots els aminoàcids proteïnogènics amb elevada reproduïbilitat i en un temps d’anàlisi estàndard de 25 min. L’estructura primària del segment d’activació de 94 aminoàcids és altament homòloga amb la d’altres espècies ja seqüenciades i presenta una elevada proporció de residus acídics i hidrofòbics. Prediccions d’estructura secundària fetes a partir de la seqüència indiquen una estructura globular compacta amb elevada proporció d’hèlix α. La PCPA porcina es presenta en forma monomèrica i en forma de complex binari amb la proproteasa E (PPE). Es va comprovar que les dues formes de PCPA són idèntiques quant a pes molecular, llargada del segment d’activació, mapes peptídics dels mateixos i activació tríptica. Tanmateix, la subunitat PPE es comporta com un modest inhibidor de l’activitat CPA, el que es reflecteix en el procés d’activació. Així, en el cas del complex binari, es produeix una inhibició inicial seguida d’una acceleració en la generació d’activitat que és probablement la conseqüència de la pertorbació inicial i la col·laboració posterior de la PPE en el procés d’activació proteolítica. Tant en la proteïna monomèrica com en el complex l’aparició del segment d’activació primari és immediata a l’inici de l’activació tríptica. Per tant, les diferències en les cinètiques i corbes d’activació són explicables a partir d’interaccions diferencials amb el segment en procés de degradació. El seguiment del procés d’activació tríptica mitjançant tècniques de HPLC i electroforesi permet observar un clar paral·lelisme entre l’aparició d’activitat i la degradació del segment, la qual es produeix de manera gradual a partir del seu extrem C-terminal. Les nostres anàlisis permeten proposar la seqüencialitat dels talls tríptics i fer una aproximació sobre les zones accessibles a l’estructura terciària, demostrant a la vegada la col·laboració de la pròpia CPA en el seu procés d’activació. / Se denomina segmento de activación de la procarboxipeptidasa A (PCPA) al fragmento proteico situado en el extremo N-terminal de la molécula y que se separa de la enzima mediante activación del zimógeno por proteólisis limitada. Este trabajo se basa en el estudio de la estructura primaria y del proceso de degradación de este segmento de activación durante la activación del zimógeno. El conocimiento previo sobre estos fragmentos o dominios proteicos era escaso al inicio del trabajo. Su longitud – aproximadamente 100 residuos – le confería un interés intrínseco puesto que obligaba a un proceso de secuenciación y a la previa puesta a punto de un método de análisis de aminoácidos. Este método se basa en la derivatización pre-columna con cloruro de dabsilo y permite el análisis de todos los aminoácidos proteinogénicos con elevada reproducibilidad, en un tiempo de análisis estándar de 25 min. La estructura primaria del segmento de activación de 94 aminoácidos es altamente homóloga a la de otras especies ya secuenciadas y presenta una elevada proporción de residuos acídicos e hidrofóbicos. Predicciones de estructura secundaria hechas a partir de la secuencia indican una estructura globular compacta con elevada proporción de hélice α. La PCPA porcina se presenta en forma monomérica y en forma de complejo binario con la proproteasa E (PPE). Se comprobó que las dos formas de PCPA son idénticas en su peso molecular, longitud del segmento de activación, mapas peptídicos de los mismos y activación tríptica. La subunidad PPE se comporta como un modesto inhibidor de a actividad CPA, lo que se refleja en el proceso de activación. Así, en el caso del complejo binario, se produce una inhibición inicial seguida de una aceleración en la generación de actividad que es probablemente la consecuencia de la perturbación inicial y la colaboración posterior de la PPE en el proceso de activación proteolítica. Tanto en la proteína monomérica como en el complejo, la aparición del segmento de activación primario es inmediata al inicio de la activación tríptica. Por tanto, las diferencias en las cinéticas y curvas de activación son explicables a partir de interacciones diferenciales con el segmento en proceso de degradación. El seguimiento del proceso de activación tríptica mediante técnicas de HPLC y electroforesis permite observar un claro paralelismo entre la aparición de actividad y la degradación del segmento, la cual se produce de manera gradual a partir de su extremo C-terminal. Nuestros análisis permiten proponer la secuencialidad de los cortes trípticos y hacer una aproximación sobre les zonas accesibles en la estructura terciaria, demostrando a la vez la colaboración de la propia CPA en su proceso de activación. / The activation segment of procarboxypeptidase A (PCPA) is the fragment located at the molecule’s N-terminal which is severed from the enzyme by limited proteolysis. This work is aimed at the study of its primary structure and its degradation process during proenzyme activation. Previous knowledge on this type of fragments or domains was scarce until recently. Its length, approx. 100 residues, endowed it with an intrinsic interest both to elucidate its sequence and to work out a method of amino acid analysis not previously settled in our laboratory. This method is based on pre-column derivatization with dabsyl chloride and allows for the highly reproducible analysis of all proteinogenic amino acids in a standard time of 25 min. The primary structure of the 94-residue activation segment is highly homologous to those of other already sequenced species and displays a high proportion of acidic and hydrophobic residues. Secondary structure predictions indicate the presence of a compact globular structure with a considerable proportion of α helix. Porcine PCPA is found in monomeric and complex form; in the latter case as a binary complex with proprotease E (PPE). Both PCPA forms are identical in molecular weight, length and peptide maps of the activation segment and in their tryptic activation process. The PPE subunit behaves as a modest inhibitor of CPA activity which has a consequence on the activation process. Thus, in the case of the binary complex, an initial inhibition is followed by an acceleration of activity generation that is probably the consequence of both an initial perturbation and a later collaboration of PPE in the proteolytic activation process. Both in the monomeric and the complexed protein the release of the primary activation segment is immediate to the start up of the tryptic activation, indicating that the differences in the kinetics and activation curves may be regarded as the consequence of differential interactions with the dynamically degrading segment. The follow-up of the activation process by means of HPLC chromatography and electrophoresis allows for the observation of a clear correspondence between the increase in enzyme activity and the degradation of the activation segment, which is gradual from its C-terminus. Our analyses lead us to propose a sequence of events for the tryptic hydrolysis and a possible map of accessible areas in the tertiary structure, besides confirming the collaboration of CPA in its own activation process.

L'inhibidor de carboxipeptidasa de patata (PCI) és un antagonista de l'EGF. Un dels problemes del PCI, però, és la baixa afinitat per l'EGFR en comparació amb el lligand natural. En aquest treball s'han dissenyat nous bloquejadors de la via ErbB partint de l'estructura de l'EGF per tal d'augmentar l'afinitat d'unió. S'ha determinat que les variants tenen reduïda la capacitat d'activació del receptor però segueixen promovent la proliferació cel·lular. Tot i així, s'ha obtingut una variant, l'EGF Truncat, que tot i no estar correctament plegada, és la que ofereix uns millors. També s'ha dut a terme un tractament combinat entre el PCI i un inhibidor de tirosin quinases d'aquesta mateixa via, l'Iressa. Els resultats han posat de manifest que hi ha un antagonisme entre els dos tractaments. Aquesta és la primera vegada que s'associa de forma directa un tipus de tractament amb una resistència associada a l'activació de la producció autocrina de lligands, i representa un avenç molt important en la recerca oncològica. / Potato carboxypeptidase inhibitor (PCI) is an EGF antagonist. One of the main problems of PCI is its low affinity for EGFR in comparison to the natural ligand. In this study, blockers of the ErbB pathway have been designed taking as a model the EGF structure, in order to increase binding affinity. It has been observed that the variants have less ability to activate the receptor but they still promote cell proliferation. Nevertheless, the variant called Truncated EGF, although being unfolded, is the one that shows best perspectives.A combined treatment using PCI and a tyrosine kinase inhibitor of the same pathway, Iressa, has also been carried out. Results have shown that there is an antagonism between both treatments. This is the first time that a treatment is associated to resistance involving autocrine loop activation of ligands, and it represents a very important finding in the oncologic research.

In this work we report that potato carboxypeptidase inhibitor suppresses the growth of several human and mouse pancreatic adenocarcinoma cell lines. The inhibitor also reduces the growth of solid tumors obtained by subcutaneous injection of human adenocarcinoma cell line in nude mice and the appearance of metastasis in mice injected intraesplenically with B16H10 melanoma cells. A transgenic line has been characterized, mice develop choroid plexus carcicomas and insulinomas. Lifespan of animals immunized with PCI I s significantly higher than control mice. To further characterize the effects of PCI on tumor cell growth, analyses of cell cycle phase distribution have been performed. A significant increase in the G0/G1 phase is also detected. This finding is correlated with an increase in the mRNA expression of p53. Moreover, we have demonstrated that PCI is easily internalized by the cells and the inhibitor remain altered after the internalization / En el presente trabajo se ha demostrado que el inhibidor de carboxipeptidasa de patata (PCI) tiene un efecto inhibitorio sobre el crecimiento tumoral tanto in vitro como in vivo, y se ha estudiado su mecanismo de acción, lo que ha llevado a descubrir que el PCI es un antagonista del EGF. Con dicho fin se han utilizado técnicas de cultivo celular en conjunción con técnicas bioquímicas, de biología molecular, de análisis computacional y ensayos con modelos animales / En el present treball s’ha demostrat que l’inhibidor de carboxipeptidasa de patata (PCI) té un efecte inhibitori sobre el creixement tumoral tant in vitro com in vivo i s’ha estudiat el seu mecanisme d’acció, que ha permès descobrir que el PCI és un antagonista de l’EGF. Amb aquest fi s’han utilitzat tècniques de cultiu cel·lular amb tècniques bioquímiques, de biologia molecular, d’anàlisi computacional i assajos amb models animals