Design of improved therapeutic proteins and novel protein-based nanomaterials
Les proteïnes estan involucrades en innombrables processos biològics com catàlisis, transport, regulació, defensa i estructura cel·lular. Per a poder dur a terme aquestes funcions, la gran majoria d'elles necessiten plegar-se en una estructura 3D definida. No obstant això, aquest procés energèt...
| Author: | |
|---|---|
| Format: | doctoral thesis |
| Publication Date: | 2022 |
| Country: | España |
| Institution: | Universitat Autònoma de Barcelona |
| Repository: | Dipòsit Digital de Documents de la UAB |
| Language: | English |
| OAI Identifier: | oai:ddd.uab.cat:265923 |
| Online Access: | https://ddd.uab.cat/record/265923 |
| Access Level: | Open access |
| Keyword: | Proteïna terapèutica Proteína terapéutica Therapeutic protein Nanomaterial proteic Nanomaterial proteico Protein-based nanomaterial Disseny de proteïnes Diseño de proteínas Protein design Ciències Experimentals |
| Summary: | Les proteïnes estan involucrades en innombrables processos biològics com catàlisis, transport, regulació, defensa i estructura cel·lular. Per a poder dur a terme aquestes funcions, la gran majoria d'elles necessiten plegar-se en una estructura 3D definida. No obstant això, aquest procés energèticament favorable pot ser pertorbat cinèticament, donant lloc a la formació d'ensamblatges supramoleculars formats per proteïnes desplegades, els agregats proteics. L'agregació de proteïnes consisteix en l'establiment d'interaccions intermoleculars aberrants, estant estretament relacionada amb l'aparició de diverses malalties degeneratives. A més, aquesta reacció no desitjada limita el desenvolupament de proteïnes amb interès biotecnològic, afectant els processos de producció, emmagatzematge i la seva posterior comercialització. D'aquesta manera, les estratègies dirigides a disminuir l'impacte dels processos d'agregació en proteïnes terapèutiques són imprescindibles per a assegurar el correcte desenvolupament d'aquestes com a fàrmacs segurs i actius. En la present tesi doctoral, vam demostrar que un predictor d'agregació basat en estructura, i que a més té en compte l'estabilitat proteica, assisteix amb èxit el redisseny de dues proteïnes sense relació estructural, millorant la seva solubilitat sense comprometre la seva conformació activa. Aquesta estratègia podria reemplaçar els costosos assajos de prova-i-error duts a terme per la indústria farmacèutica, proporcionant una alternativa econòmica destinada a accelerar el desenvolupament de proteïnes terapèutiques. Les proteïnes són comunament conegudes per ser els fonaments de la vida, podent actuar com a entitats capaces d'autoensamblar-se, donant lloc a la formació de diverses estructures supramoleculars. Per això, hi ha un gran interès en l'ús de polipèptids per a crear nanomaterials funcionals i biocompatibles, entre els quals destaquen els cossos d'inclusió proteics (IBs). Encara que aquests IBs han estat tradicionalment considerats com a dipòsits de proteïnes inservibles, les dades més recents indiquen que els IBs actuen com a dipòsits de proteïna activa i estable. Aquestes partícules submicromètriques són produïdes de manera eficient i barata, i normalment estan sostingudes per un esquelet amiloide en el qual resideix la proteïna d'interès. No obstant això, aquesta conformació amiloide té un impacte en l'activitat de la proteïna d'interès i pot ser potencialment citotòxica. Per a superar aquestes limitacions, la nostra estratègia va consistir en la creació de nous IBs funcionals fent servir l'estructura d'hèlix-α, característica dels coiled-coils. D'aquesta manera, usant un domini coiled-coil natural com a bastida, es van obtenir IBs funcionals, biocompatibles, rics en hèlix-α i llestos per a ser usats. De manera interessant, els IBs formats per coiled-coils tenen una major activitat específica comparat amb els seus homòlegs amiloides, ja que el seu ensamblatge ve guiat per interaccions natives que no interfereixen en el correcte plegament de les parts funcionals. En aquesta tesi doctoral, vam demostrar que les nanopartícules proteiques inspirades en l'estructura coiled-coil poden albergar fluorescència i tenen la capacitat d'unir anticossos de manera simultània, sent estables i biocompatibles, i podent dirigir-se cap a antígens específics quan són decorades amb un anticòs o una combinació d'aquests, sent per tant una tecnologia prometedora en biomedicina. En resum, el treball descrit en la present tesi tracta de proporcionar estratègies útils destinades a (I) redissenyar proteïnes terapèutiques amb propietats biofísiques millorades mitjançant l'ús d'eines in silico i (II) desenvolupar nanomaterials proteics versàtils i multifuncionals, basats en interaccions entre hèlixs-α. |
|---|