En els darrers 15 anys, l'estudi de l'agregació de proteïnes ha evolucionat de ser una
part de la química de proteïnes que tradicionalment generava poc interès, a convertir-se en una
àrea d'investigació dinàmica que ha ampliat el seu abast a diferents camps de recerca incloenthi
la bioquímica, la biotecnologia, la nanotecnologia y la biomedicina. Dins d'aquests camps,
l'anàlisi de l'agregació de proteïnes un interès particularment rellevant en les àrees biomèdica i
biotecnològica. Això es degut, per una banda, a que la aparició de depòsits proteics insolubles
está relacionada amb un nombre creixent de malalties humanes, moltes d'elles amb
conseqüències fatals per als malalts. Per l'altre costat, l'agregació proteica es una complicació
habitual en la expresió recombinant de proteïnes a nivell industrial, com ara a la producció
d'agents terapèutics de naturalessa proteica, com els anticossos. Conseqüentment, l'exploració
de mecanismes que permetin prevenir l'agregació proteica es subjecte actualment d'una
intensa tasca d'investigació adreçada a desenvolupar métodes per a la prevenció i l'intervenció
terapèutiques d'aquestes malalties greus; i també amb l'objectiu d'incrementar els rendiments
en la producció biotechnològica de proteïnes.
La gran capacitat de les eines computacionals desenvolupades per tal de predir
l'agregació proteica ha donat un gran impuls als esforços destinats a identificar els
determinants de l'agregació de polipèptids, i també ha permès investigar com la pressió
selectiva contra l'agregació ha moldeat els proteomes cel·lulars al llarg de l'evolució. A partir
d’aquests anàlisis, s’han pogut identificar diferents mecanismes evolucionats per prevenir
l’agregació proteica que van des de estratègies de disseny negatiu que s’han detectat en
seqüències i estructures de proteïnes, fins a la caracterització dels factors que governen la
maquinària cel•lular encarregada del control de qualitat proteic.
En aquesta tesi es proporciona un anàlisis des de diferents perspectives per assolir una
caracterització detallada de diversos d’aquests mecanismes que han sorgit al llarg de l’evolució
per fer front al risc d’agregació. Amb aquest objectiu, s’han fet servir tant models proteics
d’agregació específics com diferents conjunts de proteïnes amb propietats relacionades, que
han permès analitzar en profunditat estratègies contra l’agregació. Al mateix temps,
l’aproximació basada en l’estudi de conjunts de proteïnes íntimament relacionats també ha
permès identificar limitacions funcionals que limiten la selecció a nivell evolutiu contra
l’agregació. De manera més específica, el treball que es presenta aquí aborda l’efecte de la
restricció de la llibertat conformacional de la cadena polipeptídica, causada per l’establiment
d’un pont disulfur, sobre el procés d’agregació; també s’ha analitzat l’impacte de regions
intrínsicament desestructurades en aquest mateix fenomen d’agregació. A més també s’ha
investigat la regulació de l’abundància proteica dins la cèl·lula en funció de la tendència a
agregar específica de les proteïnes. Per altra banda, l’anàlisi centrat en l’estudi de proteïnes
relacionades ha revelat com els requeriments per assolir un plegament eficient i per mantenir
l’activitat catalítica limiten la disminució de la càrrega d’agregació de les proteïnes. Aquests
anàlisis posen especialment en relleu el balanç entre plegament funcional i agregació, de
manera que la caracterització de les propietats aggregatives de determinats polipèptids permet
predir el seus mecanismes de plegament. / In the last 15 years, the study of protein aggregation has evolved from a mostly
neglected topic of protein chemistry to a highly dynamic research area which has expanded its
implications through different fields including biochemistry, biotechnology, nanotechnology and
biomedicine. The analysis of protein aggregation has attracted a particular interest in the
biomedical and biotechnological areas. Because, on one side, the formation of insoluble protein
deposits is associated to an increasing number of human disorders, many of which present fatal
pathological consequences. And on the other hand, aggregation is a frequent shortcoming in
the recombinant expression of proteins at the industrial level, such as in the production of
proteinaceous therapeutic agents like antibodies. Consequently, the survey of mechanisms to
prevent protein aggregation is currently the focus of deep investigation with the aim to develop
preventive or therapeutic methods for the intervention of these depositional disorders and to
enhance the yield in the biotechnological production of proteins.
The power of the computational tools developed to predict protein aggregation has
fostered the identification of the determinants influencing the aggregation of polypeptides and
has allowed to investigate how the selective pressure to avoid aggregation has shaped the
cellular proteomes along evolution. From these analyses, different mechanisms to prevent
protein aggregation have emerged ranging from negative design strategies found in polypeptide
sequences and structures, to the characterization of the factors governing the cellular
machinery in charge of the protein quality control.
The present thesis provides a multiperspective analysis for the detailed characterization
of several of these mechanisms evolved to confront the risk of protein aggregation. In this
sense, the use of a variety of specific proteic models of aggregation or different sets of proteins
with related properties has allowed to analyze particular strategies to avoid aggregation in
depth. At the same time, the approach based on the study of closely related ensembles of
proteins has allowed to identify functional constraints that limit the evolutionary selection against
aggregation. More specifically, the work presented here addresses the effect of restricting the
configurational freedom of the polypeptide chain by disulfide cross-linking on the aggregation
process, as well as the impact over this phenomenon exerted by the presence of intrinsically
disordered protein regions. Additionally, the regulation of cellular protein abundance as a
function of protein aggregation propensity has also been surveyed. On the other hand the
analysis centered on the study of closely related proteins has revealed how the requirements to
fold efficiently and to maintain the catalytic activity constrain the minimization of the aggregation
propensity of proteins. These analyses highlight particularly the interplay between folding and
aggregation, in such a way that the analysis of the aggregational properties of polypeptides
allows to forecast the mechanism of folding of certain kind of proteins.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:TDX_UAB/oai:www.tdx.cat:10803/285556 |
| Date | 17 December 2014 |
| Creators | Graña Montes, Ricardo |
| Contributors | Ventura i Zamora, Salvador, Universitat Autònoma de Barcelona. Departament de Bioquímica i Biologia Molecular |
| Publisher | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Source Sets | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| Format | 171 p., application/pdf |
| Source | TDX (Tesis Doctorals en Xarxa) |
| Rights | L'accés als continguts d'aquesta tesi queda condicionat a l'acceptació de les condicions d'ús establertes per la següent llicència Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/3.0/es/, info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0031 seconds