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El grupo de Resonancia Magnética Nuclear y Reconocimiento Molecular (RMNRM) dirigido por el Prof. Cañada, está interesado, desde un punto de vista general, en el estudio de procesos de reconocimiento molecular con especial énfasis en las interacciones carbohidrato-receptor aplicando y desarrollando metodologías basadas en RMN con el objetivo de caracterizar la estructura y dinámica de carbohidratos, proteínas, sus complejos y, en general, otras biomoléculas en disolución. La consecución de este objetivo permitirá avanzar tanto en la comprensión a escala atómica de la participación e importancia de los carbohidratos en procesos biológicos esenciales como en facilitar el diseño de nuevas moléculas y/o análogos de carbohidratos con objeto de modular dichos procesos.
Para alcanzar estos objetivos de caracterización de los procesos de reconocimiento molecular, el grupo RMNRM, sigue una aproximación multidisciplinar, más allá de su especialización en el uso y desarrollo de metodologías basadas en la RMN, que cubre desde la síntesis orgánica hasta la biología molecular pasando por la química computacional, con una estrategia colaborativa con otros grupos de investigación tanto dentro del CIB como con otras instituciones nacionales e internacionales.
El grupo está establecido en el CIB desde 2002 y mantiene una estrecha colaboración con el grupo del Prof. Jiménez Barbero, que lo lideró hasta 2014, ahora establecido en el CICbioGUNE (Bilbao).
Desde su inicio, el grupo RMNRM viene realizando estudios de las interacciones de carbohidratos con diversos tipos de receptores: lectinas de origen humano/mamífero (galectinas, C-lectinas), vírico (adenovirus y virus de la gripe con oligosacáridos sialilados), o vegetal (dominios heveína, concanavalina, ricina y otras), enzimas glicosidasas (caracterizando productos de reacción y geometrías de unión de sustratos e inhibidores) y anticuerpos (frente a glucógeno y antígenos tumorales). En este contexto, el grupo lleva adelante un proyecto de colaboración con la empresa Inmunotek centrado en el desarrollo de vacunas antineoplásicas o antialérgicas que incorporen carbohidratos.
En estos estudios se han aplicado experimentos de perturbación de desplazamientos químicos, de diferencia de transferencia de saturación (STD-NMR) y de efecto nuclear Overhauser transferido (TR-NOE). También se han desarrollado y puesto a punto estrategias basadas en coeficientes de difusión medidos por RMN (DOSY ”Diffusion Ordered SpectroscopY”), o perturbaciones de tiempos de relajación (filtros T2). En casos favorables, se ha realizado la caracterización por técnicas de RMN de las estructuras tridimensionales en solución de los receptores y sus complejos con carbohidratos.
Por otro lado, en el grupo se continúan desarrollando nuevas estrategias basadas en la observación por RMN de otros núcleos como el flúor (19F) o en la provocación de perturbaciones en los núcleos habituales (1H, 13C ,15N) mediante el etiquetado químico, tanto de los ligandos como de los receptores, con cationes paramagnéticos (como los lantánidos).
Estas metodologías de RMN se han extendido al estudio de otros sistemas biológicos relacionados o no con carbohidratos en colaboración con otros grupos del CIB (p. e. tubulina, vimentina, FTsZ , oxidasas) o grupos externos, nacionales e internacionales (modelos químicos de reconocimiento molecular ácido nucleico-carbohidrato, receptores artificiales de carbohidratos, caracterización de peptidoglicano y otros polisacáridos bacterianos).
Miembros
| Francisco Javier Cañada Vicinay |
| Mª del Carmen Fernandez Alonso |
| Eva Calviño Vanegas |
| Maria de la O Ferreras Gutierrez |
| Paula Flores Galan |
| Francisco Javier Alonso Martinez |
| Maria Vila Gonzalo |
| David García Mesa |
Publicaciones seleccionadas
H. Martin Merinero, M. Subías, A. Pereda, E. Gomez-Rubio, L. Juana-Lopez, C. Fernandez Rivera, E. Goicoechea De Jorge, S. Martin-Santamaria, F. J. Cañada & S. Rodríguez De Córdoba [2021]. The molecular bases for the association of fhr-1 with atypical hemolytic uremic syndrome and other diseases. Blood, 137 (25): 3484–3494. doi: 10.1182/blood.2020010069
Y. Shen, I. Kalograiaki, A. Prunotto, M. Dunne, S. Boulos, N. M. I. Taylor, E. T. Sumrall, M. R. Eugster, R. Martin, A. Julian-Rodero, B. Gerber, P. G. Leiman, M. Menéndez, M. D. Peraro, F. J. Cañada & M. J. Loessner [2021]. Structural basis for recognition of bacterial cell wall teichoic acid by pseudo-symmetric sh3b-like repeats of a viral peptidoglycan hydrolase. Chemical Science. 12, 2, 576-589 doi: 10.1039/D0SC04394J
A. Gabba, A. Bogucka, J. G. Luz, A. Diniz, H. Coelho, F. Corzana, F. J. Cañada, F. Marcelo, P. V. Murphy & G. Birrane [2021]. Crystal structure of the carbohydrate recognition domain of the human macrophage galactose c-type lectin bound to galnac and the tumor-associated tn antigen. Biochemistry, 60, 17, 1327–1336. doi.org/10.1021/acs.biochem.1c00009
J. D. Martínez, A. I. Manzano, E. Calviño, A. d. Diego, B. Rodriguez de Francisco, C. Romanò, S. Oscarson, O. Millet, H.-J. Gabius, J. Jiménez-Barbero, and F. J. Cañada.
[2020]. Fluorinated Carbohydrates as Lectin Ligands: Simultaneous Screening of a Monosaccharide Library and Chemical Mapping by 19F NMR Spectroscopy. J. Org. Chem. 85, 16072-16081. doi: 10.1021/acs.joc.0c01830
A. G. Santana, L. Montalvillo-Jimenez, L. Diaz-Casado, F. Corzana, P. Merino, F. J. Cañada, G. Jiménez-Oses, J. Jiménez-Barbero, A. M. Gómez & J. L. Asensio [2020]. Dissecting the essential role of anomeric beta-triflates in glycosylation reactions. J. Am. Chem. Soc., 142(28), 12501-12514. doi: 10.1021/jacs.0c05525
M. Nieto-Domínguez, B. Fernández De Toro, L. I. De Eugenio, A. G. Santana, L. Bejarano-Muñoz, Z. Armstrong, J. A. Méndez-Líter, J. L. Asensio, A. Prieto, S. G. Withers, F. J. Cañada & M. J. Martínez [2020]. Thioglycoligase derived from fungal gh3 β-xylosidase is a multi-glycoligase with broad acceptor tolerance. Nature Communications, 11(1), 4864. doi: 10.1038/s41467-020-18667-3
A. Gimeno, S. Delgado, P. Valverde, S. Bertuzzi, M. A. Berbis, J. Echavarren, A. Lacetera, S. Martin-Santamaria, A. Surolia, F. J. Cañada, J. Jimenez-Barbero & A. Arda [2019]. Minimizing the entropy penalty for ligand binding: Lessons from the molecular recognition of the histo blood-group antigens by human galectin-3. Angew. Chem.-Int. Edit., 58(22), 7268-7272. doi: 10.1002/anie.201900723
Canal-Martín, Andrea, Sastre, Javier, Sánchez-Barrena, María José, Canales, Angeles, Baldominos, Sara, Pascual, Naiara, Martínez-González, Loreto, Molero, Dolores, Fernández-Valle, Mª Encarnación, Sáez, Elena, Blanco-Gabella, Patricia, Gómez-Rubio, Elena, Martín-Santamaría, Sonsoles, Sáiz, Almudena, Mansilla, Alicia, Cañada, F. Javier, Jiménez-Barbero, Jesús, Martínez, Ana, Pérez-Fernández, Ruth [2019]. Insights into real-time chemical processes in a calcium sensor protein-directed dynamic library. Nature Communications. 10:2798
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Fernández de Toro, B., Peng, W., Thompson, A.J., Domínguez, G., Cañada, F.J., Pérez-Castells, J., Paulson, J.C., Jiménez-Barbero, J., Canales, Á. [2018]. Avenues to Characterize the Interactions of Extended N-Glycans with Proteins by NMR Spectroscopy: The Influenza Hemagglutinin Case. Angewandte Chemie - International Edition. 57:15051-15055.
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Sirvent, S., Soria, I., Cirauqui, C., Cases, B., Manzano, A.I., Diez-Rivero, C.M., Reche, P.A., López-Relaño, J., Martínez-Naves, E., Cañada, F.J., Jiménez-Barbero, J., Subiza, J., Casanovas, M., Fernández-Caldas, E., Subiza, J.L., Palomares, O. [2016]. Novel vaccines targeting dendritic cells by coupling allergoids to nonoxidized mannan enhance allergen uptake and induce functional regulatory T cells through programmed death ligand 1. Journal of Allergy and Clinical Immunology. 138:558-567.
Canales, Angeles, Sastre, Javier, Orduna, Jose M., Spruit, Cindy M., Perez-Castells, Javier, Dominguez, Gema, Bouwman, Kim M., van der Woude, Roosmarijn, Cañada, Francisco Javier, Nycholat, Corwin M., Paulson, James C., Boons, Geert-Jan, Jimenez-Barbero, Jesus, de Vries, Robert P. [2023]. Revealing the Specificity of Human H1 Influenza A Viruses to Complex N-Glycans. JACS AU. 3:868-878.
Martin-Cruz, Leticia, Viñuela, Marcos, Kalograiaki, Ioanna, Angelina, Alba, Oquist-Phillips, Paola, Real-Arevalo, Irene, Cañada, Francisco Javier, Tudela, Jose Ignacio, Molto, Luis, Moreno-Sierra, Jesus, Subiza, Jose Luis, Palomares, Oscar [2023]. A tumor-associated heparan sulfate-related glycosaminoglycan promotes the generation of functional regulatory T cells. CELLULAR & MOLECULAR IMMUNOLOGY. :-.
Thompson, Andrew J., Wu, Nicholas C., Canales, Angeles, Kikuchi, Chika, Zhu, Xueyong, de Toro, Beatriz Fernandez, Canada, Francisco J., Worth, Charli, Wang, Shengyang, Mcbride, Ryan, Peng, Wenjie, Nycholat, Corwin M., Jimenez-Barbero, Jesus, Wilson, Ian A., Paulson, James C. [2024]. Evolution of human H3N2 influenza virus receptor specificity has substantially expanded the receptor-binding domain site. CELL HOST & MICROBE. 32:-.
Fondos
Descifrando el código del reconocimiento molecular de glicanos. Aspectos básicos y aplicaciones en salud
MICIU PID2021-123781OB-C22 (2022-2025)
COMPLEMENTO III-CM
Comunidad de Madrid. Biomedicina, P2022/BMD-7278 (2023-2026)
Caracterización estructural de antígenos tumorales de tipo glicoconjugado reactivos al anticuerpo monoclonal A10
Comunidad de Madrid. Doctorado Industrial IND2022/BMD-23573 (2022-2025)
Más información
En los últimos años, hemos contribuido al estudio de diversos procesos de reconocimiento molecular de azúcares por lectinas, enzimas, anticuerpos y ácidos nucleicos. Estos estudios se han publicado en un buen número de publicaciones, capítulos de libros y revisiones así como en numerosas conferencias en congresos e instituciones. Los estudiantes predoctorales y los postdoctorales asociados al grupo han presentado docenas de pósteres y comunicaciones orales en congresos tanto a nivel nacional como internacional.
Hemos realizado análisis rigurosos de las interacciones que tienen lugar en una gran variedad de sitios de enlace de diferentes sistemas y, en algunos casos, deducido los parámetros termodinámicos que gobiernan estas interacciones. Es dificil generalizar y es necesario realizar más estudios para definir la importancia del movimiento y la dinámica para que estas interacciones tengan lugar y hacer uso de este conocimineto para diseñar mejores ligandos e inhibidores. Hasta ahora, hemos empleado modelos de lectinas naturales y sintéticas (lectinas artificiales) así como azúcares especialmente diseñados para interaccionar con ácidos nucléicos. Somos pioneros en el uso de experimentos trNOE para deducir la conformación bioactiva de azúcares y glicomiméticos y del empleo de experimentos STD para validar los epítopos de interacción. Hemos demostrado que en muchos casos cuando los ligandos son flexibles, la arquitectura del sitio de enlace determina el proceso de reconocimiento y el mismo ligando puede ser reconocido en diferentes conformaciones por receptores distintos. También, en el contexto de las glicosidasas, determinamos por vez primera la conformación bioactiva de un inhibidor competitivo enlazado a una enzima en disolución así como la conformación en estado enlazado de un sustrato natural a una enzima mutada inactiva. De hecho, demostramos que la enzima selecciona una conformación de alta energía del sustrato, dentro del recorrido hacia el estado de transición, para minimizar la energía necesaria para que la hidrólisis tenga lugar.
Desde el punto de vista del estudio conformacional de azúcares, glicomiméticos, lectinas y sus interacciones, hemos llevado a cabo desarrollos conceptuales clave que han merecido el reconocimiento en diferentes foros. La primera estructura de RMN en disolución de un complejo lectina/azúcar fue publicada por nuestro grupo, así como la primera caracterización experimental de la energía del componente estereoelectrónico del efecto exoanomérico. También proporcionamos la prueba definitiva de la importancia de las interacciones CH-pi para el reconocimiento de azúcares por sus receptores. Desde el punto de vista metodológico, fuimos el primero grupo en demostrar que las células intactas pueden usarse en experimentos de RMN para deducir factores clave en la interacción entre receptores y ligandos son necesidad de la purificación de la proteína.
Equipo actual: 3 estudiantes predoctorales, 1 postdoctoral, 1 profesor. El grupo ha formado a 9 estudiantes predoctorales en los últimos 10 años. El grupo de investigación tiene una gran experiencia y reputación internacional en la aplicación de metodología de RMN al estudio de la estructura tridimensional de proteínas y sus complejos con carbohidratos y diferentes glicomiméticos. Además de a la RMN, el equipo tiene acceso a otras técnicas que permiten estudiar otros parámetros fisico-químicos relevantes para el estudio de interacciones intermoleculares.
Prof J. Cañada (doctorado en química) es Profesor del CSIC desde 2007. Ha publicado más de 200 publicaciones y ha impartido un diversas conferencias en congresos a nivel nacional e internacional y diferentes instituciones. Ha supervisado15 tesis doctorales. Su experiencia se encuadra en el campo del reconocimiento molecular, carbohidratos, RMN, química biológica y bioquímica.