Líneas de Investigación - Estructura de ácidos nucleicos
ESTRUCTURA DE ÁCIDOS NUCLEICOS
Carlos González (cgonzalez@iqfr.csic.es)


El tema general de la línea de ácidos nucleicos es la determinación de estructuras de oligonucleótidos en disolución, tanto aislados, como en complejos con proteínas y otros ligandos. El objetivo fundamental que nos planteamos es el de contribuir a la comprensión de los fenómenos de reconocimiento molecular en los que intervienen ácidos nucleicos. Dentro de este campo hemos puesto especial atención al estudio de estructuras no-canónicas del DNA, así como en deformaciones inducidas en estructuras de doble cadena. Gran parte de nuestro trabajo de investigación lo llevamos a cabo mediante colaboraciones que mantenemos con grupos especializados en temas relacionados. Entre estos grupos hay que destacar grupos teóricos como los del Prof. Modesto Orozco (Univ. de Barcelona) y el Prof. Federico Gago (Univ. de Alcalá de Henares) y grupos expertos en síntesis de oligonucleótidos, como los del Prof. Enrique Pedroso (Univ. de Barcelona), Prof. Anna Grandas (Univ. de Barcelona) y el Prof. Ramón Eritja (CSIC, Barcelona). Recientemente también estamos llevando a cabo una colaboración con el grupo de cristalografía del Prof. Subirana (Univ. Politécnica de Barcelona). Muchos de nuestros proyectos de investigación se realizan en colaboración con Juán Luís Asensio del Instituto de Química Orgánica (CSIC, Madrid).

Algunos temas concretos en los que hemos trabajado recientemente son:


Estudios de estructuras tetracatenarias (o cuadruplexes) del ADN. Estas estructuras son importantes en diversos procesos biológicos, como son la formación de telómeros, inestabilidad genética por la expansión de los llamados “triplet repeats”, etc. En general estas estructuras están formadas por tétradas de guaninas. Nosotros hemos observado otro tipo de tétradas formadas por asociación de dos pares tipo Watson-Crick a través de su surco menor. Esta asociación da lugar a una estructura tetracatenaria topologicamente diferente a los cuádruples de guaninas clásicos.


Otro motivo estructural de interés son las horquillas de ADN. Los estudios de horquillas de ADN se han enfocado en aquellas más estables. Sin embargo, nosotros hemos utilizado análogos cíclicos para estudiar giros de ADN menos estables, que no son fácilmente observables en oligonucleótidos lineales. Algunas de estas estructuras compuestas por dos horquillas de ADN (llamadas “dumbbells”) son particularmente interesante puesto que están estabilizadas por pares AT tipo Hoogsteen en lugar de los habituales, tipo Watson-Crick.


Una de las formas no-canónicas que más han atraído la atención de la comunidad científica son la hélices triples (o “tríplex”) de ADN. Estas estructuras tienen interés farmacéutico puesto que la formación de la hélice triple en una región concreta del genoma puede impedir la transcripción de la proteína codificada en esa región. La formación de la triple hélice es muy selectiva por lo que esta estrategia permitiría, en principio, diseñar fármacos que bloqueasen la expresión de un único gen. Uno de los problemas que se plantean es el estabilizar la formación del tríplex mediante las adecuadas modificaciones químicas. Entre las muchas modificaciones propuestas, se ha observado que la sustitución del protón en posición 8 de la hebra de polipurinas por un grupo –NH2 estabiliza enormemente la formación del tríplex. En colaboración con los grupos del Prof. Modesto Orozco y el Prof. Ramón Eritja, hemos llevado a cabo un análisis estructural del efecto de esta substitución en diversas hélices triples y horquillas de ADN.


Además del estudio de formas no-canónicas, también estamos interesados en el estudio de deformaciones que se producen en fragmentos de doble hélice. Estas variaciones conformacionales en la doble hélice del ADN (curvatura, desenrollamiento, etc.) tienen importancia en procesos de reconocimiento por proteínas u otros ligandos. A. Estos efectos son generalmente sutiles y resulta difícil observarlos mediante RMN. No obstante hemos hecho esfuerzos en determinar la estructura de oligonucleótidos modificados en los que la modificación induce una curvatura moderada por efecto de la anulación parcial de las cargas de los fosfatos o por efecto de un “cross-link” entre los extremos del dúplex. Otras modificaciones inducen distorsiones más drásticas en la estructura del ADN, como son un desenrollamiento parcial de la doble hélice. Algunas de estas modificaciones tienen un interés adicional porque los oligonucleótidos que las contienen son sustratos de enzimas de reparación del ADN celular. Los procesos de reparación se conocen sólo parcialmente, pero se sabe que el fallo de tales mecanismos es imprescindible para el desarrollo del cáncer. Algunos sistemas de reparación, como el de excisión-reparación, son capaces de reconocer una gran número de modificaciones químicas (o “lesiones”) en el ADN. El estudio de estas “lesiones” puede darnos un conocimiento muy útil para entender el modo de acción de estos enzimas.


Finalmente, también estamos investigando diferentes facetas del proceso reconocimiento molecular entre ácidos nucleicos y proteínas y otros pequeños ligandos. En el campo de interacciones proteína-DNA, hemos determinado la estructura de varias proteínas que reconocen ácidos nucleicos y esperamos obtener pronto algunos complejos. También estamos interesados en estudiar interacciones concretas entre proteínas y DNA, como son las interacciones de apilamiento entre nucleobases y residuos aromáticos. Para ello hemos usado derivados en los que el péptido y el ADN están unidos covalentemente. Esta unión covalente permite analizar estas interacciones con un alto grado de precisión, no solo a nivel estructural, sino también cuantificar diversos parámetros termodinámicos. También estamos llevando a cabo diversas colaboraciones con grupos de Química Orgánica en el estudio de interacciones entre ácidos nucleicos y pequeños ligandos.