Nuevas estrategias para el estudio y tratamiento de enfermedades neurodegenerativas, la regulación del sistema inmune y el transporte de ácidos nucleicos basadas en carbohidratos

En esta tesis se abordan diferentes aspectos de la química supramolecuar de los carbohidratos con el objetivo general de diseñar nuevos derivados que permitan controlar de manera precisa la interacciones entre estos y otras biomoléculas, incluyendo ácidos nucleicos, enzimas y receptores. Compuestos con esta facultad son imprescindibles para avanzar en el conocimiento del papel de los carbohidratos como vectores de información biológica. Además, la posibilidad de interferir en los procesos de reconocimiento molecular en los que intervienen los azúcares habilita el desarrollo de terapias para el tratamiento de un amplio rango de patologías. A esto hay que añadir la oportunidad de utilizar los carbohidratos como plataformas biocompatibles para la incorporación de otros elementos funcionales que promuevan su unión a diferentes dianas.
\nUn primer conjunto de resultados corresponde al desarrollo de nuevos sistemas de transporte de ácidos nucleicos basados en macrociclos contruidos a partir del disacárido α,α’-trehalosa, denominados genéricamente ciclotrehalanas (CTs), para su aplicación en terapia génica. La estrategia desarrollada permite crear tres caras que incorporan elementos catiónicos que promueven la interacción electrostática con el ADN y cadenas lipófilas que promueve la autoasoación y la desolvatación, dando lugar a nanocomplejos con capacidad de transfección (CTplejos). Se han implementado arquitecturas de tipo Mickey Mouse, en las que dos de los lóbulos del macrociclo son idénticos y diferentes del tercero. El tropismo in vivo de las nanopartículas depende de la distribución y naturaleza de los dominios catiónicos y lipófilos en el vector, permitiendo la transfección selectiva de diferentes órganos.
\nEn colaboración con el Prof. O. Renaudet (Univ. Grenoble-Alps, France) hemos explorado la posibilidad de combinar en una misma molécula la capacidad de interaccionar selectivamente con una lectina de membrana, el receptor de manosa de macrófagos, y de unirse al sitio activo de una glicosidasa médicamente relevante, la β-glucocerebrosidasa o la α-manosidasa lisosomal. Ambas funcionalidades se consiguen gracias a la presentación multivalente de un único motivo monosacarídico, la α-D-manopiranosa, optimizado la
\narquitecura. Los resultados abren nuevas posibilidades para el diseño de glicosistemas multidiana.
\nLa parte central de la tesis se centra en el diseño de reguladores específicos de la actividad de las enzimas lisosomales α-galactosidasa (α-GalA), β-hexosaminidasa A (HexA) y la α-N-acetil-galactosaminidasa (α-NAGAL). El objetivo en este caso es identificar candidatos para el desarrollo de terapias de chaperona farmacológica para el tratamiento de las enfermedades de depósito lisosomal que resultan de la disfunción de alguna de estas enzimas (enfermedad de Fabry, enfermedad de Tay-Sachs y enfermedad de Schindler/Kanzaki, respectivamente). En una mayoría de casos, las mutaciones que generan la disfunción no cancelan la capacidad de procesado del sustrato, pero afectan al plegamiento de la enzima y a su tráfico al lisosoma. Los compuestos preparados pertenecen a la familia de los iminoazúcares (α-GalA y α-NAGAL) o de los sp2-iminoazúcares, y son capaces de unirse a la enzima mutada de manera reversible y restaurar su correcto plegamiento y transporte. A partir del análisis de la información estructural disponible para estas enzimas y para sus complejos con inhibidores, hemos diseñado inhibidores reversibles selectivos, por ejemplo, introduciendo grupos que dificultan la unión a otras enzimas estructuralmente relacionadas, pero no a la enzima objetivo, y hemos puesto a punto estrategias de síntesis eficaces para su preparación. En colaboración con los grupos de los Profs. R. Britton y D. Vocadlo (Univ. Simon Fraser, Canadá) y el Prof. K. Higaki (Univ. Tottori, Japón), se ha evaluado la actividad como chaperona farmacológica in vitro, usando fibroblastos humanos y células modificadas que expresan diferentes tipos de mutaciones. Los resultados obtenidos validan la estrategia planteada.
\nEn colaboración con el Prof. D. Vocadlo (Univ. Simon Fraser, Canada), el Prof. G. Davis (Univ. York, UK) y el Prof. L. Foster (Univ. British Columbia, Canada), hemos desarrollado también una nueva familia de inhibidores de la enzima O-glucosaminidasa (OGA), implicada en la enfermedad de Alzheimer y otras tautopatías, basados en sp2-iminoazucares bicíclicos de tipo 2-carboxamidopiperidina-iminotiazolidina. La optimización de la estructura, especialmente ajustando la naturaleza de los sutituyente en
\nel nitrógeno imínico y en la posición que porta el grupo carboxamida, nos ha permitido obtener inhibidores con potencias en el rango picomolar y muy selectivos. Estos estudios se han extendido al desarrollo una sonda quimioproteómica de alta afinidad para identificar nuevas modificaciones post-transduccionales en la estructura proteica de OGA y avanzar en el conocimiento de esta enzima a nivel molecular.
\nAdicionalmente, en esta Tesis nos hemos interesado por el papel de los carbohidratos en la respuesta inmune, en particular los glicolípidos, y en el desarrollo de miméticos con actividad inmunoreguladora. Dada la propiedad única de los sp2-iminoazúcares de reproducir la química de los carbohidratos, especialmente en las reacciones de glicosidación, nos hemos centrado en la puesta a punto de metodologías para acceder a sp2-iminoglicolipidos (sp2-IGLs). Más concretamente, hemos puesto el foco en sp2-IGLs estructuralmente relacionados con glicolípidos conocidos por su potente efecto inmunomodulador, como la α-galactosilceramida (KRN7000), los glicolípidos de tipo glicosilserina como el CCL-34 y los análogos de los fosfatidilinositales, tales como el PIA32. La evaluación biológica de estos compuestos, en colaboración con la Prof. Ya-Jen Chang, Academia Sinica, Taiwan, ha permitido identificar candidatos prometedores ya sea para su uso como adyuvantes, por ejemplo en la formulación de vacunas, ya sea como inmunosupresores para el tratamiento de patologías asociadas a la inflamación.

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