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La matriz lipídica de las membranas biológicas juega un papel funcional de soporte físico del resto de sus componentes así como de barrera de permeabilidad, restringiendo selectivamente el tráfico de moléculas a través de ella. La homeostasis intracelular o intraorganelar queda preservada de esta manera. La utilización de la estructura física de la membrana como diana quimioterapéutica presenta un grave inconveniente, su alta conservación entre los seres vivos. Consecuentemente el número de agentes que sean activos y a la vez específicos para un determinado tipo de microorganismo queda reducido a polienos y ciertos péptidos agentes membrano-activos que comprometen su funcionalidad como barrera física. Paradójicamente, uno de los mecanismos utilizados por la Naturaleza para la eliminación rápida de patógenos invasores se basa en la interacción de péptidos antibióticos con la membrana del patógeno. Otros procesos donde dicha interacción tiene suma importancia en la señalización intracelular en trans.

Conforme al tipo de interacción péptido-membrana establecido, pueden diferenciarse tres grandes grupos funcionales:

1.-Péptidos antimicrobianos cuyo mecanismo microbicida se basa esencialmente en permeabilización irreversible de la membrana celular del patógeno. Son en general de naturaleza catiónica, y poseen, o adoptan, estructuras anfipáticas en contacto con la membrana diana. La permeabilización se logra mediante desestructuración de la matriz fosfolípidica por inserción masiva e irreversible de tales péptidos. Su selectividad de acción se fundamenta en la exposición de fosfolípidos aniónicos en la monocapa externa de la membrana, característica de procariotas y eucariotas inferiores. En contraposición, los eucariotas superiores poseen no sólo un menor porcentaje de fosfolípidos aniónicos, sino que se localizan en la cara citoplásmica de la membrana, inaccesible a la interacción con los péptidos extracelulares. Las ventajas farmacológica de los péptidos antibióticos frente a los antibióticos clásicos son su amplio repertorio de patógenos susceptibles, y la escasa inducción de resistencias. Dicho proceso requeriría la modificación drástica de la composición lipídica de la membrana, con afectación funcional y simultánea de los numerosos sistemas enzimáticos y de transporte ubicados en la misma.

2.-Péptidos antibióticos con dianas intracelulares.-Su interacción con la membrana celular es transitoria y reversible, necesaria para acceder a sus dianas intracelulares. La consecuencia es que el daño a la membrana puede reducirse a un proceso inconsecuente para el mecanismo letal, y segundo, que una vez dentro del microorganismo, la interacción con la diana intracelular puede ser un proceso muy similar al de un antibiótico clásico, con las ventajas y desventajas inherentes al mismo.

3.-Péptidos penetrantes de células (PPC). A semejanza del grupo anterior, la interacción con la membrana es transitoria, con escaso daño a la misma y en general reversible. No requieren actividad microbicida intrínseca. Su gran potencialidad en farmacología es su actuación como vehículos de transporte que facilitan el acceso al interior celular de otras moléculas conjugadas o asociadas a los mismos. Dicha propiedad proporciona una vía alternativa de entrada al espacio intracelular para moléculas impermeables a la membrana, independientemente de transportador/translocador canónico. Este hecho facilita a explotación farmacológica de biopolímeros (péptidos, proteínas, ácidos nucleicos) e incluso nanopartículas o quantum-dots para su interacción o acumulación con dianas o espacios intracelulares. La adición de secuencias de importe organelar permite un grado adicional de selectividad, basada en el direccionamiento intracelular de la molécula transportada y su acumulación preferencial en un determinado orgánulo. Dicha localización preferencial, en teoría compartida con sus dianas, incrementa la concentración efectiva del fármaco y reduce posibles toxicidades al reducir la dosis efectiva del mismo.

Nuestra investigación se encuentra focalizada en el diseño, utilización quimioterapéutica y producción de péptidos membrano-activos. Dichos reactivos se aplican principalmente sobre dos patógenos, la bacteria Gram negativa Acinetobacter baumannii y el protozoo Leishmania. El tratamiento clínico para ambos está amenazado por la resistencia creciente contra los escasos fármacos activos. En consecuencia, nuestro propósito es a) La búsqueda de moléculas activas contra dichos patógenos como nuevas cabezas de serie, de preferencia péptidos. b).-Su optimización funcional basada en relaciones estructura-función c) Elucidación de su mecanismo de acción y definición de dianas implicadas mediante técnicas bioquímicas, biofísicas y de metabolómica. d).- Diseño de nuevas estrategias de administración basadas en PPCs .e).- Si procede, la producción recombinante de péptidos y proteínas terapéuticas. Como ejemplos, se ha definido y caracterizado la actividad y mecanismo de acción leishmanicida de péptidos híbridos cecropina A-melitina, gramicidina S y sus análogos, AS-48, y, como paradigma de polipéptidos con dianas intracelulares, de histatina 5 y de la proteína catiónica de los eosinófilos.

 

Moreira, D., Abengózar, M.A., Rivas, L., Rial, E., Laforge, M., Li, X., Foretz, M.,Viollet, B., Estaquier, J., Cordeiro da Silva, A., Silvestre, R  [2015]. Leishmania infantum modulates host macrophage metabolism by hickjacking the SIRT1-AMPK-axis. PLOS Pathog. PPATHOGENS-D-14-01926R1

Vieira Silva, A., López-Sánchez, A., Couto Junqueira, H, Rivas, L., Baptista, M. A., Orellana, G.  [2015]. Riboflavin derivatives for enhanced photodynamic activity against Leishmania parasites. Tetrahedron 71:457-62

 

Fondos

  1. ISCIII PI12-02706(2013-2015)

  2. ISCIII-FEDER, RD12/0018/0007(2013-2015)

  3. FIS RICET RD06-0021-06 (2007-2015)

 

Más información

Tesis Doctorales en los últimos años:

 

Juan Román Luque-Ortega. El metabolismo energético de Leishmania como diana de nuevas moléculas leishmanicidas. Universidad Complutense de Madrid. Junio 2008

Maria Fernández-Reyes Silvestre.Bases moleculares de actividad y resistencia de péptidos membrano-activos en procariotas. Comparación con Leishmania como modelo eucariota. Universidad Complutense de Madrid . Junio 2010

 

Daniela Saraiva Correa.Estudo das alteraçoes bioenergéticas induzidas por compostos sintéticos en Leishmania spp Douturado em Ciencias , Universidade do Estado de Sao Paolo Agosto, 2014 . Codirigida con Prof. André Gustavo Tempone.