La hipòtesi de treball d'aquesta tesi es que les malalties neurodegenerativespoden considerarse formes accelerades de l'envelliment, selectives per adeterminades localitzacions anatòmiques del teixit nerviós. D'acord a això, aquellsprocessos subjacents a les bases biològiques de l'envelliment (estrès oxidatiu,accumulació de proteïnes agregades, disfunció mitocondrial) i les sevesconseqüències son més intenses i prematures en aquestes poblacions cel.lulars.L'objectiu d'aquest treball es investigar la possible relació entre estrès oxidatiu ide retícle (ER) i les vies de senyalització iniciades per ambdós processos, com amecanisme patogènic en el desenvolupament de les malalties neurodegeneratives, dediferents localitzacions i caracteritzades per la presència d'agregats proteics. Així,hem caracteritzat la modificació oxidativa proteica, els seus causants més importants iles seves conseqüències fisiopatològiques en la forma esporàdica de l'esclerosi lateralamiotròfica (ELA) amb inici lumbar, en la taupatia frontotemporal malaltia de Pick(MdP) i en la malaltia de granuls argirofílics (MGA). Els resultats dels analisis demostres de pacients amb ELA s'han comparat amb els obtinguts en models in vitro dela malaltia.Desprès de la caracterització anatomopatològica exhaustiva, les mostres demèdul.la espinal (ME) i d'escorça frontal (EF) de malalts amb ELA, d'escorça occipital(EO) i EF de malalts amb MdP, i d'hipocamp (HC) de malalts amb MGA, es varenanaltizar en comparació amb mostres d'individus sans amb edats comparables. Laconcentració de marcadors de vies específiques de modificació oxidativa proteica(oxidació directa, glicoxidació i lipoxidació), així com la composició en àcids grasos esva analitzar mitjançant espectrometria de masses combinada amb separaciócromotogràfica. Com a factors reguladors d'oxidació proteica es varen emprar laquantitat de complexes respiratoris mitocondrials, sistemes de defensa antioxidant isistemes proteolíticis, estimats mitjançant western-blot. A més s'establí, emprant lamateixa metodologia, les conseqüències en forma d'ER i de resposta a proteïnesdesplegades (RPD). Així mateix, s'estimà la biogènesi mitcondrial mitjançant anàliside la quantitat de factors reguladors de la mateixa, mitjançant western-blot.Les mostres dels pacients amb ELA mostraren increments en els marcadorsd'oxidació directa, glicoxidació i lipoxidació en ME, i, de forma menys important, enmostres d'EF. Això s'associava a un increment en peroxidizabilitat lipídica, i a unadisminució de respostes neuroprotectores, degut a la disminució en el contingut d'àciddocosahexaenoic, i a alteracions proteasomals i en el contingut de complexesrespiratoris mitocondrials. Es va evidenciar estrés de reticle en ME, però no a l'EF.Així, es va concloure que l'ELA esporàdica duu a increments en lesió oxidativaproteica i a estrés de reticle en ME, mentres que a EF, hi ha menys afectació, bo i noestar indemne.D'altra banda, en mostres de EF, però no en EO de MdP, es varen detectarevidències compatibles amb estrés de reticle, com la RPD, associada a deplecció dexaperones de reticle. Aquestes troballes es relacionen amb un increment en laubiquitinització, compatible amb alteracions en l'activitat proteasomal. En EF, es varentrobar increments en lesió oxidativa directa i lipoxidació, afectant a enzimsantioxidants, amb disminució en la concentració de marcadors de glicoxidació.Sorprenentment, es varen evidenciar increments a la majoria de marcadors de lesióoxidativa en EO, localització morfològicament preservada a la MdP. Els canvispresents en aquesta malaltia s'associaven a canvis en la dotació de complexesrespiratoris mitocondrials, compatibles amb pèrdues de biogenesi mitocondrial i dedefensa antioxidant, combinats amb deplecció de l'àcid docosahexaenoic, consideratun neuroprotector, en EF. En aquest context, el contingut dels factors de transcripciórelacionat amb respostes antioxidants i amb biogènesi mitocondrial, mostrarendisminucions significatives en EF i de forma menys marcada, a EO. En contrast,mentres que a EO es va veure increment d'estrés oxidatiu, les cadenes respiratoriesmitocondrials i la biogenesi no semblaven afectades, de forma conjunta amb unincrement d'àcid docosahexaenoic, suggerint una resposta apropiada a l'estrésoxidatiu.L'anàlisi dels marcadors d'estrés oxidatiu en HC de MGA revelarendisminucions significatives en marcadors de glicoxidació, de manera similar a MdP,troballes compatibles amb un dèficit glicolitic. Aquests defectes glicolítics, s'han descritpreviament en altres malalties neurodegeneratives i podrien associarse amodificacions oxidatives d'enzims glicolítics, també evidenciats aquí. Això suggerreixun paper preferencial d'altres modalitats de lesió oxidativa, com la lipoxidació, comevidencien els increments en concentració de malondialdehid-lisina en aquestamalaltia. La medició dels carbonils proteics va reforçar l'existència d'estrés oxidatiu aHC, atribuible a la disfunció mitocondrial, evidenciada per canvis en complexes i en elnombre de mitocondris. Així mateix, diverses molecules clau en la RPD varen mostrarincrements a les mostres procedents de malalts de MGA, causant increments a lesxaperones de reticul endoplasmàtic. De forma remarcable, a pesar de les troballescompatibles amb la reducció mitocondrial, els factors transcripcionals implicats en laseva biogènesi no s'elevaren, suggerint que un defecte en biogènesi mitocondrialpodria estar implicat a la patogenesi de la MGA.Els resultats descrits a la present memòria de tesi, indiquen la relació entreestrés oxidatiu i de retícul endoplasmàtic, en ELA, MdP i MGA, suggerint la sevarelació recíproca, a travès de disfunció proteolítica, i un paper clau de la funciómitocondrial, o la seva pèrdua, conduint al procès neurodegeneratiu. / La hipótesis a contrastar en esta tesis es que las enfermedadesneurodegenerativas (ENDs) pueden ser una forma acelerada del envejecimiento,selectiva para determinadas localizaciones anatómicas del tejido nervioso.Consiguientemente, aquellos procesos subyacentes en las bases biológicas delenvejecimiento (estrés oxidativo, acumulación de proteínas con alto grado deagregación, disfunción mitocondrial) y sus consecuencias son más intensas yprematuras en estas poblaciones celulares.El objetivo de este trabajo es investigar la posible interrelación entre estrésoxidativo y de retículo (ER) y vías de señalización iniciadas por ambos procesos,como mecanismo patogénico en el desarrollo de ENDs de diferentes localizaciones ycaracterizadas por la presencia de agregados proteicos. Así, hemos caracterizado lamodificación oxidativa proteica, sus causantes más importantes y sus consecuenciasfisiopatológicas en la forma esporádica de esclerosis lateral amiotrófica (ELA) coninicio lumbar, en la taupatía frontotemporal enfermedad de Pick (EdP) y en laenfermedad de granos argirofílicos (EGA). Los resultados de los análisis de muestras de pacientes con ELA se ha comparado con los obtenidos en modelos in vitro de laenfermedad.Tras caracterización anatomopatógica exhaustiva, las muestras de médulaespinal (ME) y de córtex frontal (CF) de pacientes de ELA; de córtex occipital (CO) yCF de enfermos de EdP, y de hipocampo (HC) de pacientes con EGA, se analizaronen comparación con muestras de individuos sanos con edades comparables. Laconcentración de marcadores de vías específica de modificación oxidativa proteica(oxidación directa, glicoxidación y lipoxidación), así como la composición en ácidosgrasos se analizaron mediante espectrometría de masas combinada concromatografía. Como factores reguladores de oxidación proteica se tomaron lacantidad de complejos respiratorios mitocondriales, sistemas de defensa antioxidantey sistemas proteolíticos, estimados mediante análisis de wester-blot. Además, seestableció mediante la misma metodología, las consecuencias en forma de ER y derespuesta a proteínas desplegadas (RPD). Asimismo, se estimó la biogenésismitocondrial mediante análisis de la cantidad de factores reguladores de la misma,mediante western-blot.Las muestras con ELA mostraron incrementos en los marcadores de oxidacióndirecta, glicoxidación y lipoxidación en ME, y, de forma menor cuantitativamente, enmuestras de CF. Ello se asoció a un incremento en la peroxidizabilidad lipídica, y auna disminución de respuestas neuroprotectoras debido a la disminución en el contenido de ácido docosahexaenoico y a alteraciones del proteasoma y en elcontenido de complejos respiratorios mitocondriales. Se evidenció estrés de retículoen ME, pero no en CF. Consiguientemente, se concluyó que la ELA esporádicaconlleva incremento en lesión oxidativa proteica y a estrés de retículo en médulaespinal, mientras que el CF, muestra menor afectación, pero no esta indemne.Por otro lado, en muestras de CF, pero no en CO de EdP, se detectaronevidencias de estrés de retículo, como RPD, asociadas a pérdida de chaperonas deretículo. Estos hallazgos se relacionan con un incremento en la ubiquitinizacióncompatible con alteraciones en la actividad proteasomal. En esta localización (CF), sehallaron incrementos en lesión oxidativa directa y lipoxidación, dirigidas a enzimasantioxidantes, con disminución en la concentración de marcadores de glicoxidación.Sorprendentemente, se demostraron incrementos en la mayoría de marcadores delesión oxidativa en CO, localización morfológicamente preservada en EdP. Loscambios presentes en esta enfermedad se asociaron a cambios en la dotación decomplejos respiratorios mitocondriales, compatibles con pérdida de biogénesismitocondrial y de defensa antioxiante, combinados con depleción del ácidodocosahexaenoico, considerado como neuroprotector, en CF. En este contexto, elcontenido de los factores de transcripción relacionados con respuestas antioxidantesy con biogénesis mitocondrial, mostraron cambios significativos en CF y menosmarcados en CO. En contraste, mientras que en CO se observó incremento en lesiónoxidativo en EdP, las cadenas respiratorias mitocondriales y la biogénesis podríanestar preservadas, de forma conjunta con un incremento de ácido docosahexaenoico,sugiriendo una respuesta apropiada al estrés oxidativo.El análisis de los marcadores de estrés oxidativo en HC de EGA revelarondisminuciones significativas en marcadores de glicoxidación, de modo similar a EdP,hallazgos compatibles con un déficit de glicolisis en esta situación. Estos defectos sehan descrito previamente en otras ENDs y pueden asociarse a modificacionesoxidativas de enzimas glicolíticos, tambien evidenciados aquí. Ello sugiere un papelpreferencial de otros modos de lesión oxidativa, como la lipoxidación, como evidencian los incrementos en concentración de malondialdehido-lisina en estaenfermedad. La medición, mediante western-blot, de los carbonilos proteicos reactivosreforzó la existencia de estrés oxidativo en HC, atribuible a la disfunción mitocondrialevidenciable por cambios en la función respiratoria y en su número. Asimismo,diversas moléculas clave en la RPD mostraron incrementos en las muestrasprocedentes de enfermos, causando incrementos en chaperonas de retículoendoplasmatico. De forma remarcable, a pesar del número reducido de mitocondrias,los factores transcripcionales implicados en su biogénesis no se elevaron, sugiriendo que un defecto en biogénesis mitocondrial puede estar implicado en la patogénesis deEGA.Los resultados descritos en esta memoria de tesis indican la interrelación entreestrés oxidativo y de retículo endoplasmatico, en ELA, EdP y EGA sugiriendo surelación recíproca a través de disfunción proteolítica, y un papel clave de la funciónmitocondrial, conduciendo al proceso neurodegenerativo. / It is hypothesized that the neurodegenerative diseases (NDDs) could be anaccelerated form of aging selective for nervous tissue in specific anatomic locations.Accordingly, the processes observed in the biological basis of aging (oxidative stress,accumulation of highly modified protein aggregates, mitochondrial dysfunction) and theensuing processes that it triggers are more intense and premature in these cellpopulations.The aim of this work was to investigate the potential interplay betweenoxidative and endoplasmic reticulum (ER) stress and the underling signallingpathways, as a potential mechanism involved in the pathogenesis of theneurodegenerative disorders affecting different locations, and characterized by proteinaggregates. We characterized protein oxidative damage, its major contributors and itspathophysiological consequences in the sporadic form of amyotrophic lateral sclerosis(ALS) patients with lumbar onset disease, in the frontotemporal tauopathy Pick'sdisease (PiD) and in the argyrophilic grain disease (AGD) patients. The results of ALSsamples were compared with in vitro models of the disease.After extensive pathological characterization, samples from spinal cords (SC)and frontal cortex (FC) from ALS patients, FC and occipital cortex (OC) from PiDpatients, and hippocampus (HC) from AGD patients were analyzed in comparison withage-matched control samples. The concentration of markers for specific pathways ofprotein oxidative damage (direct oxidation, glycoxidation and lipoxidation) and fattyacid composition were assessed by mass spectrometry. Contributors to proteinoxidation (mitochondrial respiratory complexes, antioxidant defence and proteolysis)and its consequences (endoplasmic reticulum stress and/or unfolded protein response(UPR)) were evaluated by western-blot of specific markers. Furthermore, themitochondrial biogenesis system was assessed by measuring by western blot thelevels of key factors.ALS was associated to increased direct oxidative, glycoxidative and lipoxidativedamage in SC and, to a lower extent, in FC samples. This was associated to increasedlipid peroxidizability, and to impaired neuroprotective responses because of decreaseddocosahexaenoic content as well as alterations of the mitochondrial respiratorycomplexes and proteasomal impairment. Endoplasmic reticulum stress was evidencedin SC, but not in FC. Therefore, it could be concluded that sporadic ALS leads toincreased oxidative damage in proteins and to ER stress in SC, while FC is lessaffected, but not preserved.In samples from FC, but not in OC of PiD, there were evidences of ER stresssuch as activated UPR, associated to specific depletion in ER chaperones. Thosefindings are related to increased ubiquitination compatible with alteration in ubiquitinproteasomesystem. In the same location, evidences for increased direct oxidative andlipoxidative damages targeting antioxidant enzymes were found, with decreasedamount of glycoxidation markers. Strinkingly, increases in most of the examinedparameters of oxidative stress in morphologically preserved OC of PiD patients weredetected as well. The changes registered in PiD could be associated with disturbancesin mitochondrial respiratory complexes compatible with diminished mitochondrialbiogenesis and lack of antioxidant defence, combined with depletion in the contents ofthe neuroprotective docosahexaenoic acid observed in FC. In this line, the content ofthe transcription factors related to antioxidant responses and mitochondrial biogenesisshowed significant changes in FC but less marked in OC. In contrast, while OCshowed increased oxidative damage, mitochondrial respiratory chain and biogenesiswere preserved, a finding associated to increased docosahexaenoic content,suggesting an appropriate response to the generated increase in oxidative stress.Analysis of various oxidative stress biomarkers in HC of AGD revealedsignificantly decreased levels of the markers of glycoxidation, similarly to PiD, which iscompatible with defects in glycolytic potential in this location. Those defects have beenpreviously reported in other NDDs and may be associated to oxidative modifications ofglycolytic enzymes also evidenced here. There were no changes in the concentrationsof direct protein oxidation markers. This suggests a preferential role of other forms ofoxidative damage, such as lipoxidation, as evidenced by increased malondialdehydelysinelevels in this disease. Western blot measurements also revealed increasedprotein reactive carbonyl groups further supporting elevated oxidative damage in HCof AGD samples, which can be attributed to the mitochondrial dysfunction evidencedby disturbance in the respiratory chain function and reduced mitochondria number.Furthermore, the key molecules critically involved in UPR were found activated, whichcaused elevation in ER chaperones. Most importantly, despite the reduced number ofmitochondria, transcription factors for their biogenesis were not increased, suggestingthat impaired mitochondria biogenesis may be implicated in AGD pathogenesis.The described results indicate the implication of oxidative and endoplasmicreticulum stress in sporadic ALS, PiD and AGD suggesting a possible interplaybetween them through proteolysis dysfunction, with a predominant role ofmitochondrial impairment leading to the neurodegenerative process.

No description available.

Per poder dissenyar nous tractaments com alternativa a la clarificació amb bentonita, cal conèixer millor la realitat química de l'enterboliment i dels mecanismes que provoquen la seva aparició. L'enterboliment proteic espontani d'un vi blanc de la varietat Sauvignon Blanc conté proteïna (10%), polisacàrids (4.5%) i compostos fenòlics (7%). Les proteïnes majoritàries presents tenen una massa molecular entre 18 i 26 KDa, s'ha identificat la VVTL1, β-1,3-glucanasa i Ripening-Related Protein Grip22 Precursor. A més, s'ha identificat un total de 13 compostos fenòlics; tirosol, catequina, els àcids p-cumàric, cafèic, vainíllic, protocatèquic, siríngic, gàlic, ferúlic i shiquímic, l'éster etílic de l'àcid p-cumàric, la quercitina i la cianidina. Tots els tests de estabilitat precipiten les proteïnes responsable de l'enterboliment, excepte el test del calor lent. El test del calor ràpid, es el que produeix un perfil electroforètic més semblant al del precipitat espontani per la qual cosa sembla ésser el més aconsellable. / Para poder diseñar nuevos tratamientos como alternativa a la clarificación con bentonita, es necesario conocer mejor la realidad química del enturbiamiento y de los mecanismos que provocan su aparición. El enturbiamiento proteico espontáneo del vino blanco de la variedad Sauvignon Blanc contiene proteína (10%), polisacáridos (4.5%) y compuestos fenólicos (7%). Las proteínas mayoritarias presentes tienen una masa molecular entre 18 y 26 KDa, se ha identificado la VVTL1, la β-1-3-glucanasa y la Ripening-Related Protein Grip22 Precursor. Además, se ha identificado un total de 13 compuestos fenólicos; tirosol, catequina, los ácidos p-cumárico, cafeico, vainíllico, protocatéquico, siríngico, gálico, ferúlico y shiquímico, el éster etílico del ácido p-cumárico, la quercitina y la cianidina. Todos los tests de estabilidad precipitan las proteínas inestables, excepto el test del calor lento. El test del calor rápido, es el que muestra un perfil electroforético más similar al del precipitado espontáneo por lo que parece ser el más aconsejable. / In order to design new treatments as an alternative to fining wine with bentonite, we need know the reality of turbidity and chemical mechanisms that cause its appearance. Sauvignon Blanc precipitate natural contains protein (10%), polysaccharides (4.5%) and phenolic compounds (7%). The major proteins present have a molecular weight between 18 and 26 kDa, has been identified VVTL1, the β-1-3-glucanase and Grip22 Ripening-Related Protein Precursor. On the other hand, we have identified a total of 13 phenolic compounds, tyrosol, catechin, p-coumaric, caffeic, vanillic, protocatechuic, syringic, gallic, ferulic and shikimic acids, the ethyl ester of p-coumaric acid, quercetin and cyanidin. All stability tests precipitate unstable proteins, except the slow heat test. The fast heat test shows an electrophoretic profile similar to the natural precipitate, it seems to be the most appropriate.

Yeast cells are exposed to a wide variety of environment stresses, among them changes in the osmotic conditions. An osmolar upshift leads to fast loose of intracellular water, so living cells have developed mechanisms to counteract this lost. In Saccharomyces cerevisiae changes in the osmotic conditions are sensed by the HOG pathway. The HOG pathway is a MAPK signalling pathway and the functional homolog of the stress activated MAPK JNK MAPK and p38 present in mammals. Because there is a high degree of conservation of these cascades, the HOG pathway is a good model to study osmotic adaptation processes.Recent reports have shown that the Hog1 MAPK can regulate several processes such as cell cycle control, metabolic adaptation or regulation of gene expression.At the beginning of this work, the mechanisms by which the Hog1 MAPK was controlling gene expression were unclear because transcription factors under the control of the MAPK were not well characterized. Our goal was the identification of new transcription factors under the control of the MAPK. Therefore, we designed a genetic screen and selected clones from a multicopy genomic library that were able to induce the expression of Hog1 dependent genes in non stress conditions. One of these clones was the SMP1 gene. Smp1 encodes for a MEF2-like transcription factor. Its overexpression induced the expression of osmoresponsive genes such as STL1, whereas smp1 cells were defective in their expression. smp1 cells showed reduced viability upon osmotic shock. Smp1-Hog1 interaction was checked by coprecipitation. Moreover, Smp1 was phosphorylated upon osmotic stress in a Hog1-dependent manner and in vitro phosphorylation experiments showed that Hog1 phosphorylated Smp1 at the C-terminal region. This phosphorylation was important for Smp1 osmoadaptation functions.Moreover Hog1 was implicated in cell adaptability to stationary phase through Smp1.On the other hand, microarrays studies showed that HXT1 hexose transporter was upregulated upon an osmotic shock in a Hog1 dependent manner. Expression of the HXT1 gene, which encodes a low affinity glucose transporter in Saccharomyces cerevisiae, is induced in response to glucose by the general glucose induction pathway, involving the Snf3/Rgt2 membrane glucose sensors, the SCF-Grr1 ubiquitination complex and the Rgt1 transcription factor. In addition to the glucose signalling pathway, we have found that, regulation of HXT1 expression also requires the HOG pathway. Deletion of components on both pathways results in impaired HXT1 expression. Genetic analyses identified Sko1 as the transcription factor under the control of Hog1 that was modulating HXT1 expression.Our studies here have shown that both Smp1 and Sko1 are transcription factors under the control of the MAPK.

Exposure of yeast to increases in extracellular osmolarity activates the stress-activated Hog1 MAP kinase, which is essential for cell survival upon osmotic stress. Activation of the Hog1 MAPK results in cell growth arrest, suggesting a possible role of the MAP kinase in the control of the cell cycle. Our results have shown that Hog1 activation resulted in accumulation of cells in the G1/S and G2/M transitions. At G1, Hog1 regulates the cell cycle progression by a dual mechanism that involves downregulation of G1 cyclin expression and direct targeting of the CDK-inhibitor protein Sic1. The MAPK interacts with Sic1, and phosphorylates a single residue of Sic1, which, in combination with the downregulation of cyclin expression, results in Sic1 stabilization and inhibition of cell cycle progression. Consistently, sic1_ cells, or cells containing a SIC1 allele mutated in the Hog1 phosphorylation site, are unable to arrest at G1 phase after Hog1 activation, and become sensitive to osmostress. Together, our data indicate that Sic1 is the molecular target for Hog1 that is required to modulate cell cycle progression in response to stress at G1. On the other hand, activation of the Hog1 MAPK also results in an increase of cells in the G2 phase. Arrested cells displayed down regulation of the Clb2-Cdc28 kinase activity and consequently enlarged buds, defects in spindle formation and orientation. These effects were prevented by deletion of the SWE1 gene. Thus, swe1Ä cells failed to arrest at G2, which resulted in a premature entry into mitosis and mislocalization of nuclei. Consistently, swe1Ä cells were osmosensitive. Swe1 degradation was reduced in response to activation of Hog1. Swe1 accumulation is mediated by the activity of the complex Hsl1-Hsl7. Hog1 phosphorylates a single residue at the regulatory domain of Hsl1, which leads to the mislocalization of Hsl7 from the bud neck, and consequent Swe1 accumulation. In addition, Hog1 downregulates G2 cyclin expression, reinforcing the inhibition of cell cycle progression at G2/M. These results indicate that Hog1 imposes a delay in critical phases of cell cycle progression necessary for proper cellular adaptation to new extracellular conditions.

Cancer is the second disease leading cause of death in industrialized countries. Although early detection and more efficient drugs are responsible of the reduction of mortality, several cancers still present difficult treatments and low survival rates. Conventional drugs only exhibit moderate therapeutic index between cancer and normal tissues but recent advances are focused to improve lesstoxic treatments. Hence, new drugs must target specific signaling pathways involved in cell growth and proliferation. Concerning this aim, two mechanism involved in cancer disease, named apoptosis (or programmed cell death) and pentose phosphate pathway, have been selected in this work to search new inhibitors to target crucial proteins of both cell routes.Overexpression of antiapoptotic genes has been correlated with tumor growth and resistance tochemotherapy, thus many efforts have been done to block the activity of XIAP and Survivin, central proteins acting in apoptosis and studied in the present work. Moreover, the two most active proteins detected in both the oxidative and nonoxidative branches of the pentose phosphate pathway, Glucose-6-Phosphate Dehydrogenase (G6PDH) and Transketolase (TKT), have been also selected in this thesis.Molecular Modeling methods, covering topics in protein and peptide recognition, molecular dynamics, pharmacophore generation, database searching, docking and scoring in virtual screening and binding free energy prediction, have been applied with success to discover new active molecules inhibitors of XIAP, Survivin, G6PDH and TKT proteins. / TÍTULO: "Ruptura del reconocimiento proteína-proteína en rutas tumorales mediante modelizaciónmolecular".TEXTO:El cáncer es el segunda causa de muerte por enfermedad en los paises industrializados. A pesar de la existencia de métodos eficaces de detección precoz y tratamientos cada vez más efectivos responsables de la reducción de mortalidad, algunos tipos de tumores presentan todavía tratamientos difíciles y bajos índices de supervivencia. Los fármacos convencionales sólo exhiben un índice terapéutico moderado, entre células sanas y tumorales, por ello los avances recientes se centran en encontrar tratamientos menos tóxicos para esta enfermedad. Así pues, los fármacos del futuro deberán incidir en rutas biológicas específicas, involucrando el crecimiento celular y laproliferación descontrolada. Siguiendo este planteamiento, en este trabajo se han seleccionado dos mecanismos biológicos involucrados en el cáncer, llamados apoptosis (o muerte celular programada) y ruta de las pentosas fosfato, con el objetivo de encontrar nuevos inhibidores de las proteínas más sensibles de ambas rutas.La sobreexpresión de genes antiapoptóticos se ha correlacionado con el crecimiento tumoral y laresistencia a los tratamientos habituales. Así, se está trabajando en entender el funcionamiento de dos proteínas importantes de esta ruta, el XIAP y el Survivin, las cuales se han seleccionado en este trabajo, debido a que todavía no existen fármacos en el mercado que actúen sobre estas dos proteínas y debido a que su interés terapéutico se ha demostrado claramente.Por otro lado, en este trabajo también se han estudiado las dos proteínas más activas detectadas en la rama oxidativa y no oxidativa de la ruta de las pentosas fosfato, la Glucosa-6-Fosfato Deshidrogenasa y la Transketolasa.El objetivo principal ha consistido en aplicar métodos de la Modelización Molecular, que cubrentópicos recientes, como el reconocimiento de péptidos y proteínas, la búsqueda en bases de datos, el anclaje y evaluación del cribado virtual de compuestos y la predicción de energías libres de unión, para encontrar nuevos inhibidores de las proteínas XIAP, Survivin, Glucosa-6-Fosfato Deshidrogenasa y Transketolasa.

En la majoria de processos cel·lulars, hi ha multitud de proteïnes que interaccionen entre sí, essent aquests contactes proteïna-proteïna, fonamentals per al correcte funcionament de cadascun d'aquests processos. Aquests contactes, es donen a través de les superfícies de les diferents proteïnes, de manera que aquestes superfícies són unes dianes terapèutiques potencialment molt interessants. Donada la importància del reconeixement de superfícies proteiques, aquest treball de tesis doctoral s'ha dirigit a l'estudi de la utilització de lligands peptídics per al reconeixement de superfícies proteiques riques en carboxilats. En concret, com a diana, s'ha escollit el domini de tetramerització de la proteïna supressora de tumors p53.Així, partint dels estudis previs realitzats en el grup de recerca basats en la interacció de molècules tetraguanidíniques no peptídiques amb petits pèptids model amb quatre residus àcids distribuïts en i / i+3 / i+6 / i+9, s'ha pogut dissenyar i sintetitzar un pèptid (Ac-AGAAGWARGRARSR-NH2), el qual és capaç de reconèixer la superfície rica en carboxilats de la p53. Per poder dur a terme aquests estudis, ha estat necessari establir la metodologia per obtenir mitjançant expressió en cultius bacterians, el domini de tetramerització de la p53 (amb i sense marca isotòpica). El pèptid s'ha dissenyat mitjançant eines de modelat molecular, i la interacció s'ha estudiat mitjançant la combinació de diferents tècniques com són l'espectroscòpia de fluorescència, la ressonància magnètica nuclear, la ressonància de plasmó superficial i la microcalorimetria. A partir d'aquest estudis s'ha pogut concloure que la constant d'afinitat és de l'ordre de 10 milimicres. A més a més, s'ha pogut comprovar que el pèptid Candidat 4, és capaç de creuar la membrana cel·lular, fet que obre les portes a poder avaluar aquesta interacció in vivo.A partir del pèptid Candidat 4, s'ha dissenyat una quimioteca de 40 pèptids amb l'objectiu d'optimitzar l'afinitat i entendre quins són els factors que controlen aquest procés de reconeixement. La quimioteca corresponent s'ha sintetizat, purificat i avaluat la seva interacció amb el domini de tetramerització de la p53 mitjançant espectroscòpia de fluorescència. A partir d'aquests estudis, s'ha comprovat que s'han pogut preparar quatre pèptids amb una afinitat fins a un ordre de magnitud superior i s'han pogut extreure idees de caràcter més general que poden ser útils per al disseny de lligands per a altres superfícies proteiques. Finalment, també s'han obtingut anticossos dirigits a dues regions diferents del domini de tetramerització de la p53.

El gen UCP3 s'expressa majoritàriament al múscul esquelètic i al TAM en rosegadors, i pràcticament de manera exclusiva al múscul esquelètic en humans. El gen s'activa en resposta a diferents estímuls, entre els quals trobem l'àcid retinoic, els àcids grassos no esterificats i les hormones tiroïdals. L'estudi de la regulació de la transcripció del gen UCP3 en cèl·lules musculars ens ha permès obtenir informació sobre els mecanismes moleculars responsables de l'expressió d'UCP3 al múscul esquelètic i de la modulació d'aquesta expressió deguda als estímuls esmentats. L'estudi de la regulació de l'expressió d'UCP3in vivo ens ha permès establir la importància d'alguns d'aquests mecanismes en un context fisiològic. D'acord amb l'expressió específica d'UCP3 al múscul, el factor de transcripció miogènic MyoD és necessari per l'activitat basal del promotor del gen UCP3. MyoD regula l'expressió del gen humà UCP3 a través d'unes seqüències semblants a Ebox properes al lloc d'inici de la transcripció (-29/-9). A més a més, l'activació del promotor del gen humà UCP3 per MyoD és necessària per tal que l'àcid retinoic, els àcids grassos o les hormones tiroïdals en modulin l'activitat. L'àcid retinoic, un conegut activador transcripcional de l'expressió dels gens UCP1 i UCP2, activa l'expressió del gen UCP3 en cèl·lules musculars diferenciades. La resposta del gen UCP3 humà a l'àcid retinoic està mitjançada pels receptors d'àcid retinoic (RAR-RXR) i l'element de resposta a hormones DR1 (AGGTTTCAGGTCA) situat a la regió proximal (-71/-59) del promotor d'UCP3. Per altra banda, l'activació del gen UCP3 pels àcids grassos es dóna a través de PPARalfa o PPARdelta (receptors activats per proliferadors peroxisomals) i de l'element DR1, in vitro i in vivo. En ratolins PPAR-alfa-KO s'ha observat una necessitat diferencial de PPAR-alfa per regular l'expressió del gen UCP3, en funció del teixit (cor o múscul esquelètic) i de l'estadi del desenvolupament (nounats i adults). A nivell molecular, els processos d'acetilació són importants per l'activació del promotor del gen UCP3. El coactivador p300 és capaç de coactivar la resposta dependent de lligand de PPAR-alfa en el promotor, i l'activitat acetiltransferasa de p300 és necessària per aquesta coactivació. Tant l'estat d'acetilació de les histones com de MyoD són importants per l'activació del promotor del gen UCP3. Finalment, s'ha observat que les hormones tiroïdals activen l'expressió del gen UCP3 humà i de ratolí al múscul esquelètic in vivo i en cèl·lules musculars en cultiu. Les hormones tiroïdals activen el promotor d'UCP3 a través dels receptors d'hormones tiroïdals (TR) i la regió del DNA que conté l'element DR1. Per tant, l'element DR1 present en la regió proximal del promotor del gen UCP3 és un element multihormonal que mitjança l'activació del gen UCP3 per l'àcid retinoic, les hormones tiroïdals i els àcids grassos. En el futur, seria interessant estudiar la relació que s'estableix entre aquestes vies de senyalització in vivo. / UCP3 gene is mainly expressed in skeletal muscle and brown adipose tissue in rodents, and almost exclusively in skeletal muscle in humans. The gene is activated in response to different stimulus, such as retinoic acid, fatty acids and thyroid hormones. In the present study we investigate the molecular mechanisms responsible for UCP3 gene expression in skeletal muscle and for the retinoic acid, fatty acids and thyroid hormones-dependent activation. Studying UCP3 gene regulation in vivo has allowed to establish the importance of some of these mechanisms in a physiological context. In agreement with the specific expression of human UCP3 in muscle, the myogenic transcription factor MyoD is needed for UCP3 promoter basal activity. MyoD regulates the expression of the human UCP3 gene through Ebox-like sequences near the initiation transcription site (-29/-9). Moreover, MyoD is necessary for retinoic acid, fatty acid or thyroid hormone-dependent activation of the UCP3 promoter. Retinoic acid, a transcriptional activator of UCP1 and UCP2 gene expression, activates UCP3 gene expression in differentiated skeletal muscle cells. Human UCP3 gene response to retinoic acid is mediated by retinoic acid receptors (RAR-RXR) through a hormone response element DR1 (AGGTTTcAGGTCA) located in the proximal region of the promoter (-71/-59). In addition, UCP3 gene activation by fatty acids is achieved by PPAR-alpha or PPAR-delta (peroxisome proliferator activated receptor) through the previously described DR1, in vitro and in vivo. Studies in PPAR-alpha-KO mice has revealed that PPAR-alpha is differentially required for UCP3 gene expression, depending on tissues (heart or skeletal muscle) and development stages (newborns and adults).Finally, thyroid hormones activate human and mouse UCP3 gene expression in vivo and in vitro. This activation is mediated by thyroid hormone receptor (TR) through the DNA region that contains the DR1 element, in both human and mouse UCP3 promoter. In conclusion, the DR1 element located in the proximal region of UCP3 gene promoter is a multihormonal response element able to mediate retinoic acid, thyroid hormone and fatty acid-dependent activation of UCP3 gene. In the future, it should be interesting to study the relationship between these signalling pathways in vivo.

El tracte gastrointestinal de l’individu humà es troba colonitzat per la microbiota intestinal. L’epiteli intestinal actua com a barrera física per impedir que els bacteris accedeixin a òrgans essencials, i representa la superfície on l’hoste pot interaccionar amb el bacteri. Independentment de si el balanç final d’aquesta interacció és positiu o negatiu, la gran pressió selectiva que té lloc en la interfase bacteri-hoste determina que ambdues parts hagin desenvolupat múltiples maneres de comunicar-se. En aquest treball s’han abordat dos aspectes relacionats amb la interacció bacteri-hoste. Per una banda, com a model d’adaptació metabòlica durant l’adhesió d’Escherichia coli a enteròcits, s’ha estudiat la regulació de l’operó lldPRD. Per altra banda, s’ha aprofundit en l’estudi dels mecanismes de secreció de la proteïna multifuncional gliceraldehid-3-fosfat deshidrogenasa (GAPDH) de soques patògenes i probiòtiques com a mecanisme que el bacteri utilitza per interaccionar amb l’hoste. En referència a l’adaptació metabòlica d’E. coli durant l’adhesió, s’ha seleccionat un dels gens sobreexpressats en E. coli enterohemorràgica (EHEC) adherida a membranes plasmàtiques d’eritròcits, el gen lldR (Dahan i col, 2004). lldR codifica la proteïna reguladora de l’operó lldPRD, responsable del metabolisme d’L-lactat en E. coli, però no es tenen evidències experimentals sobre la regulació d’aquest operó. En aquesta tesi s’ha assignat a LldR un paper dual com a activador de la transcripció en presència d’L-lactat en el medi, i com a repressor en absència d’aquest, a través de la formació d’un bucle de DNA format mitjançant la unió d’LldR a dues seqüències operadores. El fet que l’operó lldPRD, estigui sobreexpressat en bacteris adherits podria representar un mecanisme pel qual el bacteri s’adapta a l’augment local de la concentració d’L-lactat a la superfície intestinal, contribuint a l’establiment d’una relació entre l’enterobacteri i l’a cèl·lula hoste. Pel que fa als mecanismes de secreció i interaccions de la GAPDH bacteriana amb l’hoste, prèviament s’havia identificat aquesta proteïna com a secretada per soques patògenes EHEC i EPEC (E. coli enteropatògena) crescudes en determinats medis de cultiu. En el present treball s’ha determinat la participació de dos mecanismes de secreció alternatius, el de tipus injectisoma (T3aSS), actiu en soques patògenes en medi de cultiu eucariota, i un altre mecanisme encara per identificar, actiu en soques patògenes i probiòtiques (E. coli Nissle 1917) en medi de cultiu bacteriològic ric. No es detecta secreció de GAPDH en soques aïllades naturals no patògenes com EcoR26, indicant que la secreció i/o exposició de la proteïna a la superfície representa un avantatge pels bacteris patògens i probiòtics en termes d’adhesió i colonització. Així, s’ha determinat la capacitat d’unió de la GAPDH a fibrinogen i plasminogen. Addicionalment, la GAPDH pot tenir altres funcions en la relació amb l’hoste. En aquest estudi s’ha determinat la capacitat de la GAPDH de ser internalitzada en la cèl·lula eucariota en forma de vesícules. També és possible que la proteïna sigui translocada al citoplasma de la cèl·lula hoste a través del T3SS. En aquest treball, s’ha observat la interacció de GAPDH amb els factors d’elongació de la traducció EF1Bγ i EF1Bα de l’enteròcit. Finalment, en aquest estudi s’ha comprovat la capacitat de la proteïna GAPDH de ser ADP-ribosilada. La GAPDH, però, també té activitat ADPribosiltransferasa, fet que podria determinar la seva participació en la modificació de proteïnes de l’hoste en el cas de ser translocada al citoplasma de la cèl·lula eucariota. En el context de la comunicació o diàleg entre el bacteri i l’hoste colonitzat, els resultats d’aquest treball ajuden a entendre alguns dels mecanismes pels quals les soques d’E. coli patògenes i/o probiòtiques s’adapten a l’entorn intestinal i s’adhereixen a l’epiteli més eficaçment que els bacteris que no presenten aquests mecanismes. / Human gastrointestinal tract is colonized by intestinal microbiota. The intestinal epithelium acts as a physical barrier and represents the area where host-bacteria interaction occurs. The selective pressure in this interface determines that both parties have developed many ways to communicate. In this work we have addressed two aspects of host-bacteria interaction. As a model for metabolic adaptation of Escherichia coli adherence to enterocyte, we have studied the regulation of lldPRD operon. As a mechanism that bacteria use to interact with the host, we have analysed the secretion mechanisms of the multifunctional protein glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase (GAPDH) of pathogenic and probiotic strains. lldR encodes the regulator protein of the lldPRD operon, which is responsible for the metabolism of L-lactate in E. coli. We have demonstrated that LldR plays a dual role as an activator of transcription of the operon in the presence of L-lactate, and as a repressor in absence of the inducer through the binding of LldR to two operator sequences and the formation of a DNA loop. The fact that the lldPRD operon is overexpressed in attached bacteria might be a mechanism used by bacteria to adapt to increased local concentration of L-lactate on the intestinal surface. We have determined the participation of two alternative mechanisms in bacterial GAPDH secretion. The T3SS injectisome is active in pathogenic strains growing in eukaryotic culture medium. Another mechanism is active in pathogenic and probiotic strains (E. coli Nissle 1917) growing in rich bacteriological medium. No secretion was detected in natural non-pathogenic isolates, indicating that secretion or exposure of the protein on the surface confers advantages to pathogenic and probiotic bacteria in terms of adhesion and colonization. We have also determined that GAPDH binds fibrinogen and plasminogen. Moreover, we have demonstrated that GAPDH possesses ADPrybosiltranferase activity, which might determine its participation in the modification of host proteins when translocated to the cytoplasm of eukaryotic cells. In the context of host-bacteria communication, these results provide insight into the adaptation mechanisms that allow some pathogenic and/or probiotic E. coli strains to adapt more effectively to the intestinal environment than bacteria lacking these mechanisms.

Les proteïnes bacterianes associades al nucleoide (NAPs) juguen un paper clau en l’organització, la replicació, la segregació, la reparació i l’expressió del cromosoma. L’estudi de nous membres de les famílies de NAPs, així com de proteïnes paràlogues a les ja conegudes, és important per entendre millor el seu paper biològic. Aquest projecte d’investigació té com a objectiu avançar en l’estudi de paràlegs a Escherichia coli de la proteïna Hha. Les proteïnes objecte d’estudi han estat YdgT, la subunitat θ de l’ADN polimerasa III (també anomenada en aquest treball HolE) i la proteïna YmgB. Pel que fa referència a YdgT, proteïna considerada fins al moment paràloga d’Hha, s’ha dut a terme una anàlisi transcriptòmica de mutants hha i ydgT per tal de comparar els corresponents patrons d’expressió gènica. Els mutants senzills hha i ydgT mostren un patró d’expressió gènica més diferent del que s’esperaria. De fet, el patró del mutant hha conté molts gens induïts mentre que en el mutant ydgT la majoria estan reprimits. Per tant, en general Hha té una funció repressora mentre que YdgT actuaria principalment com un activador. Dins del capítol dedicat a l’anàlisi de mutants hha i ydgT i durant l’estudi del fenotip del doble mutant hha ydgT, es van obtenir uns resultats prou rellevants com per ser considerats un nou apartat dins del present treball. Es tracta de la detecció i anàlisi de l’origen de clons no hemolítics que apareixen en mutants hha ydgT portadors del plasmidi hemolític pANN202-312R en plaques d’agar sang que contenen l’antibiòtic kanamicina. La presència de kanamicina (marcador de la mutació hha) és la causant de l’aparició de colònies sense halo d’hemòlisi. En el present estudi s’han identificat les regions per on es produeix l’escissió i s’ha observat que pertanyen a seqüències d'inserció IS91 parcials. Aquest procés s’ha estudiat també en una soca salvatge amb un plasmidi parental de baix número de còpies (pHly152) en presència de concentracions subinhibitòries de kanamicina i d’ampicil•lina. Pel que fa a la subunitat θ del nucli de l’ADN polimerasa III, s’ha detectat una similitud estructural amb la proteïna associada al nucleoide Hha. En aquest cas, també s’ha realitzat l’anàlisi transcriptòmica del mutant en aquesta subunitat (holE). Això ha permès comprovar que el conjunt de gens alterats en un mutant holE és molt més similar al del mutant ydgT que al del mutant hha. Una part significativa dels gens comuns alterats en els mutants holE i ydgT pertanyen a operons de motilitat, seqüències intergèniques i ARN petits. Aquests resultats i la recent publicació dels estudis que relacionen la sobreexpressió d’ydgT amb la complementació del fenotip de recuperació de la polaritat transcripcional en mutants rho, han permès atribuir també a la subunitat θ de l’ADN polimerasa III un paper en processos de terminació prematura de la transcripció. En el cas de la proteïna YmgB, els estudis duts a terme en aquest treball estableixen noves relacions entre aquesta proteïna i les proteïnes associades al nucleoide H-NS/Hha. Els resultats més interessants que aporta aquest treball s’han obtingut sobreexpressant ymgB. L’anàlisi de l’efecte de la sobreexpressió d’ymgB sobre el patró d’expressió de proteïnes ha permès evidenciar la regulació d’enzims relacionats amb la resistència a l’àcid (lisina descarboxilasa i glutamat descarboxilasa) i de la proteïna ribosomal L2, la qual sembla jugar un paper en la traducció. A més, la sobreexpressió d’ymgB té efectes sobre l’expressió de les proteïnes associades al nucleoide H-NS i Hha, així com sobre l’expressió de gens regulats per aquestes (bgl, proU i hly). / The bacterial nucleoid-associated proteins (NAPs) play a key role in the organization, replication, segregation, repair and expression of the chromosome. The study of new members of NAP families, as well as paralogue proteins of the ones which are already known, is important in order to understand their biological roles better. This research project aims to advance the study of paralogues of protein Hha in Escherichia coli. The proteins which were studied were YdgT, the θ subunit of DNA polymerase III and the protein YmgB. With regard to YdgT, a protein considered until now a paralogue of Hha, we carried out a transcriptomic analysis of hha and ydgT mutants and we compared the corresponding patterns of gene expression. We found out that in general Hha has a repressor function, while YdgT acts mainly as an activator. In the chapter which is dedicated to the analysis of hha and ydgT mutants and during the study of the phenotype of the double mutant hha ydgT, we obtained results relevant enough to be considered as a new section in the present work. This is the detection and analysis of the origin of non-hemolytic clones appearing in hha ydgT mutants carrying the hemolytic plasmid pANN202 312R in blood agar plates containing the antibiotic Kanamycin. Looking at the θ subunit of DNA polymerase III, initially we could detect a structural similarity to the Hha protein. In this case, we also performed a transcriptomic analysis of the mutant in this subunit (holE). This has revealed that the set of genes altered in a holE mutant is much more similar to the set of the ydgT mutant than the one of the hha mutant. A significant proportion of common genes altered in the holE and ydgT mutants belongs to motility operons, intergenic sequences and small RNA. These results and the recent publication of studies that link overexpression of ydgT to the complementation of the phenotype of recovery of transcriptional polarity in rho mutants, have allowed us to attribute to HolE a role in the process of premature transcription termination. Finally and regarding the protein YmgB, research conducted in this study establishes new relationships between this protein and nucleoid-associated proteins H-NS/Hha. The most interesting results provided by this study were obtained by overexpressing ymgB.