Research projects

La manipulación de procesos celulares con luz mediante optogenética ha revolucionado la neurobiología experimental, y su aplicación se está extendiendo a otras ramas de la biología. La manipulación optogenética de la actividad celular se basa en la sobreexpresión de proteínas fotosensibles, que a menudo altera la fisiología celular y supone una limitación terapéutica ya que requiere terapia génica en el caso de sujetos humanos. La optofarmacología (el desarrollo de fármacos fotorregulados tales como agonistas, antagonistas y moduladores) ofrece una potente alternativa a la optogenética, ya que puede operar sobre los receptores endógenos sin manipulación genética. A diferencia de la optogenética, la optofarmacología implica moléculas pequeñas que se pueden validar y aprobar mediante ensayos normalizados de desarrollo de fármacos, y constituyen un único componente que se puede aplicar directamente a organismos silvestres, incluyendo los humanos.

A pesar de los avances en el desarrollo de fármacos, quedan muchos retos por resolver como el control del lugar de acción del fármaco, el curso temporal de su efecto y el ajuste de este efecto en el tejido diana. En esta propuesta abordamos estas cuestiones mediante el uso de fármacos cuya afinidad o eficacia dependen de la luz, para regular la actividad de proteínas endógenas mediante patrones espaciotemporales de iluminación. Recientemente hemos desarrollado una nueva herramienta optofarmacológica, los inhibidores peptídicos fotorregulados de las interacciones proteína-proteína. En este proyecto optimizaremos su aplicación a la endocitosis por la vía de clatrina, un importante proceso de internalización celular. En particular, sintetizaremos y caracterizaremos una librería de péptidos fotoconmutables para entender sus principios básicos desde un punto de vista ingenieril, y para alcanzar un óptimo control de las interacciones proteína-proteína con luz. Aplicaremos estos hallazgos al desarrollo de nuevos inhibidores peptídicos fotoconmutables de proteínas implicadas en cáncer. Con estas moléculas exploraremos aplicaciones de la optofarmarcología contra el melanoma.

Resultados del proyecto durante 2015

Muchas interacciones proteína-proteína (IPP) tiene lugar mediante péptidos cortos y a menudo helicoidales. Hemos utilizado moléculas que imitan estos péptidos para inhibir sus IPPs. Para ello, nos hemos basado en péptidos fotoconmutables con poca estructura secundaria que desarrollamos como moduladores de la endocitosis mediada por clatrina (Nevola et al. 2013).

Ahora hemos llevado a cabo unos análisis sistemáticos de una serie de péptidos entrecruzados con azobenceno para evaluar la importancia de la estructura secundaria del péptido en su interacción con la proteína diana e identificar los requisitos de diseño de inhibidores fotoconmutable de IPPs. Observamos que las estructuras flexibles muestran una mayor capacidad inhibitoria y de fotoconmutación, y esto sugiere que la ausencia de estructuras helicoidales en el péptido inhibidor libre no es una limitación a la hora de considerar candidatos a inhibidor fotoconmutable. Por lo tanto, hemos descrito una metodología para el diseño racional de péptidos fotoconmutables y hemos ampliado el campo de los inhibidores potenciales de IPPs al conjunto de péptidos flexibles.