Effect of glycation on the protein structure, conformation and aggregation tendency

espanolLa glicacion proteica es un proceso no enzimatico que consiste en la reaccion entre azucares reductores y los grupos amino de las proteinas. Este proceso concluye con la formacion de los productos finales de glicacion o AGEs, que son capaces de modificar las propiedades fisicoquimicas de las proteinas, inducir la perdida de su funcion y estimular el desarrollo de patologias asociadas a la diabetes. Durante anos se ha asumido que la glicacion tenia un efecto caotropico sobre la estructura proteica, lo cual podria estimular su tendencia a la agregacion. Sin embargo, el mecanismo que relaciona la glicacion proteica con la agregacion proteica todavia no se conoce con certeza. Con el fin de comprender el efecto de la glicacion sobre la estructura y tendencia a la agregacion proteica, se han utilizado de forma conjunta un amplio abanico de tecnicas biofisicas, como la resonancia magnetica nuclear, la espectroscopia fluorescente, la espectrometria de masas o la microscopia de fuerzas atomicas, entre otras. La combinacion de estas tecnicas ha permitido el analisis a nivel residual del efecto de la formacion de AGEs sobre el plegamiento proteico. Inicialmente se estudio el efecto de la glicacion en un peptido de 15 residuos con una unica diana de glicacion. Seguidamente, se analizo el efecto de la glicacion en la estructura y tendencia a la agregacion de la lisozima de clara de huevo de gallina (HEWL) usando tres agentes glicantes diferentes: la ribosa, el metilglioxal y el glicolaldehido. Paralelamente, tambien se analizo el papel de algunas hidroxipiridinas como inhibidores de la fibrilacion de la HEWL. Finalmente, se ha estudiado el efecto de la glicacion en la conformacion, tendencia a la agregacion y propiedades redox de una proteina intrinsecamente desordenada implicada en el desarrollo del Parkinson, la -sinucleina. En conjunto, nuestros resultados han ayudado a clarificar el mecanismo que relaciona la agregacion proteica con la glicacion proteica, lo que supone una valiosa informacion para la quimica medica en su camino hacia el desarrollo de medicamentos de nueva generacion para tratar patologias neurodegenerativas. catalaLa glicacio proteica es un proces no enzimatic que implica la reaccio entre sucres reductors i grups amino de proteines. Aquest proces finalitza amb la formacio dels productes finals de glicacio o AGEs, els quals poden modificar les propietats fisicoquimiques de les proteines, provocant un perdua de la funcio proteica i el desenvolupament de patologies associades a la diabetis. Durant anys, s’ha assumit que la glicacio proteica induia la perdua en la estructura proteica, fet que podia facilitar la seva agregacio. Malgrat aixo, el mecanisme que relaciona la glicacio amb l’agregacio proteica encara no es coneix en detall. Per tal d’entendre millor l’efecte de la glicacio damunt l’estructura i tendencia a l’agregacio proteica, aquesta tesis doctoral ha emprat una gran varietat de tecniques biofisiques, com la ressonancia magnetica nuclear, l’espectroscopia fluorescent, l’espectrometria de masses o la microscopia de forces atomiques, entre d’altres. La combinacio d’aquestes tecniques ha permes l’analisi a nivell residual de l’efecte dels AGEs en el plegament proteic. Inicialment, hem estudiat l’efecte de la glicacio en un peptid de 15 aminoacids amb una unica diana de glicacio. Tot seguit, hem analitzat l’efecte de la glicacio a l’estructura i tendencia a l’agregacio del lisozim del blanc d’ou de gallina (HEWL), emprant per aixo tres agents glicants de diferent naturalesa quimica: la ribosa, el metilglioxal i el glicolaldehid. Paral·lelament, tambe hem estudiat el paper d’algunes hidroxipiridines com inhibidors de la fibril·lacio de la HEWL. Finalment, hem estudiat l’efecte de la glicacio a la conformacio, tendencia a l’agregacio i propietats redox d’una proteina intrinsecament desordenada implicada en el desenvolupament del Parkinson, l’-sinucleina. En conjunt, els nostres resultats han ajudat a clarificar el coneixement actual sobre el mecanisme que relaciona l’agregacio proteica amb la glicacio proteica, fet que ha esdevingut una valuosa informacio per a guiar la quimica medica en el desenvolupament de medicaments de nova generacio per tractar patologies neurodegeneratives. EnglishProtein glycation (PG) is a non-enzymatic process that involves the reaction between reducing sugars and protein amino groups. It ends with the formation of advanced glycation end products (AGEs), which are able to modify the physicochemical features of proteins and therefore, induce their loss of function and the development of diabetes-related diseases. For many years, it has been assumed that PG had a chaotropic effect on the protein structure, which would trigger its aggregation. However, the mechanism that links PG with protein aggregation is still unclear. To better understand the effect of glycation on the protein structure and aggregation tendency we have used a broad range of biophysical techniques, such as nuclear magnetic resonance, fluorescence spectroscopy, mass spectrometry or atomic force microscopy, among others. Their combination has allowed us to analyze at residue level the effect of the AGEs formation on the protein fold. Firstly, we have studied the effect of glycation on a fifteen-residue peptide with a single glycation target. Afterwards, we analyzed the glycation effect on the structure and aggregation tendency of hen egg white lysozyme (HEWL) by using three different glycating agents: ribose, methylglyoxal and glycolaldehyde. Simultaneously, we also studied the role of some hydroxypiridines as inhibitors of the HEWL fibrillization. Finally, we have studied the effect of glycation on the conformation, aggregation tendency and redox features of -synuclein, an intrinsically disordered protein involved in the development of Parkinson’s disease. Altogether, our results provide new insights into the molecular mechanisms underlying the protein aggregation linked to glycation and constitute a valuable information for guiding medicinal chemistry in the development of next-generation anti-neurodegenerative drugs.