Diseño y síntesis de metalopéptidos y su aplicación como agentes de unión al ADN

Abstract

Uno de los campos más activos en Química Biológica y en Química Médica es el desarrollo de moléculas con utilidad terapéutica, incluyendo las que tienen el ADN como diana. El descubrimiento del origen genético de múltiples enfermedades, así como la influencia del genotipo en la respuesta a medicamentos, hace que la detección de secuencias específicas del ADN tenga un enorme potencial diagnóstico y clínico. Entre los agentes clásicos de reconocimiento específico del ADN destacan los compuestos de coordinación de metales pesados y las moléculas orgánicas pequeñas que reconocen el surco menor del ADN. Los compuestos estudiados hasta la fecha presentan muchas limitaciones que limitan su aplicación terapéutica, entre las que destacan la deficiente especificidad de la unión y consiguiente toxicidad, baja estabilidad química en medio fisiológico, dificultades en la internalización celular o que están restringidos casi en su totalidad al surco menor del ADN, menos interesante que el mayor por ser este en donde se producen los procesos de transcripción genética. Por otra lado, los estudios existentes acerca de agentes metálicos de unión al ADN son poco clarificadores, en parte debido a la deficiente biocompatibilidad de sus ligandos precursores, a su elevada labilidad en medio fisiológico y también a que su derivatización estructural es sintéticamente complicada, lo que dificulta enormemente la realización de estudios sistemáticos. Los péptidos pueden presentar los mismos dominios de unión utilizados por las proteínas en el proceso de reconocimiento del ADN. Se pueden sintetizar de una forma sencilla y sus estructuras pueden ser modificadas con facilidad con el objetivo de modular sus propiedades de unión al ADN u otros parámetros biológicos. Los péptidos pueden combinarse con iones metálicos dando lugar a metalopéptidos con interesantes propiedades muy útiles en el área de los agentes de unión al ADN. Potencialmente, los metalopéptidos combinan las propiedades de unión al ADN de los complejos metálicos a través de interacciones electrostáticas, interacciones de van der Waals y/o unión covalente con las posibilidades de unión específica que ofrecen los péptidos a través de contactos específicos entre las cadenas laterales del esqueleto peptídico y los pares de bases del ADN. En este trabajo de Tesis Doctoral nos hemos propuesto utilizar la metodología sintética de péptidos en fase sólida (SPPS) para la obtención, de una forma rápida y sencilla, de ligandos peptídicos derivados de la 2,2- bipiridina (bpy) precursores de helicatos y complejos metálicos dinucleares con capacidades de unión al ADN. El uso de esta metodología nos permitirá máxima flexibilidad en la derivatización de los sistemas con el objeto de facilitar su optimización estructural y la modulación de sus propiedades biológicas. Para la obtención de helicatos peptídicos dinucleares mediante SPPS hemos llevado a cabo un primeramente un cuidadoso diseño de su estructura y a continuación una optimización de las unidades fundamentales que componen la misma. Para ello se han optimizado en primer lugar las rutas de síntesis de los dominios coordinantes derivados de bpy, estructuralmente aptos para su inclusión en la metodología de SPPS siguiendo la estrategia Fmoc/tBoc. Posteriormente hemos optimizado experimentalmente la forma y longitud óptima del loop que conecta y preorganiza los dominios coordinantes a través de una aproximación con metalopéptidos mononucleares bisbipiridínicos, unos sistemas estructuralmente más sencillos pero análogos a los helicatos. Tras este estudio, aplicamos todos los conocimientos adquiridos en el diseño final de las hebras peptídicas precursoras de helicatos, los sintetizamos y estudiamos sus estructuras experimental y teóricamente. Además, hemos sido capaces de controlar termodinámicamente la quiralidad de los helicatos modificando únicamente dos aminoácidos de la secuencia peptídica de la hebra. Este hecho es muy resaltable, ya que la síntesis estereoeselectiva de helicatos es un reto en sí mismo complicado y porque además la quiralidad es una característica que afecta de forma directa a las propiedades de unión con el ADN de este tipo de sistemas. Posteriormente, estudiamos la interacción con ADN de los helicatos peptídicos sintetizados. Finalmente, demostramos la flexibilidad sintética de nuestra aproximación metodológica, acoplando a los helicatos una unidad de fluoresceína, un fluoróforo muy empleado en Química Biológica. Haciendo uso de esta metodología SPPS, también hemos sintetizado un ligando peptídico basado en bpy precursor de metalopéptidos dinucleares de RuII. Estos sistemas resultaron ser agentes de unión al surco menor con una cierta selectividad por secuencias ricas en pares de bases AT y con capacidad de internalización en el núcleo celular.