"Grupo Carlos Gonzalez">Grupo
de Estructura de Acidos Nucleicos en Disolución
Responsable: Carlos González Ibáñez
Instituto de Química Física
“Rocasolano”, CSIC
C/ Serrano 119
28006 Madrid.
Teléfono: 91 5619400-ext 1166 Fax: 91 5642431
Componentes del Grupo
Carlos González Ibáñez, Científico
Titular, cgonzalez@iqfr.csic.es
Irene Gómez Pinto, Postdoctoral
Jaime Lopez de la Osa, Becario predoctoral.
Líneas de Investigación:
El tema general de
investigación de nuestro grupo es la determinación de estructuras de ácidos
nucleicos en disolución, tanto aislados, como en complejos con proteínas y
otros ligandos. El objetivo fundamental que nos planteamos es el de contribuir
a la comprensión de los fenómenos de reconocimiento molecular en los que
intervienen ácidos nucleicos. La técnica que empleamos para ello es
fundamentalmente la Resonancia Magnética Nuclear.
Dentro del campo de los ácidos nucleicos hemos puesto
especial atención al estudio de estructuras no-canónicas del DNA, así como en
deformaciones inducidas en estructuras de doble cadena. Gran parte de nuestro
trabajo de investigación lo llevamos a cabo mediante colaboraciones que
mantenemos con grupos especializados en temas relacionados. Entre estos grupos
hay que destacar grupos teóricos como los del Prof. Modesto Orozco (Univ. de
Barcelona) y el Prof. Federico Gago (Univ. de Alcalá de Henares) y grupos
expertos en síntesis de oligonucleótidos, como los del Prof. Enrique Pedroso
(Univ. de Barcelona) y el Prof. Ramón Eritja (CSIC, Barcelona). Recientemente
también hemos comenzado una colaboración con el grupo de cristalografía del
Prof. Subirana (Univ. Politécnica de Barcelona).
Dentro del campo general de estructuras de ácidos
nucleicos, los temas concretos en los que hemos trabajado recientemente son:
1.- Estudios de estructuras tetracatenarias (o
cuadruplexes) del ADN. Estas estructuras son importantes en diversos procesos
biológicos, como son la formación de telómeros, inestabilidad genética por la
expansión de los llamados “triplet repeats”, etc. En general estas estructuras
están formadas por tétradas de guaninas. Nosotros hemos observado otro tipo de
tétradas formadas por asociación de dos pares tipo Watson-Crick a través de su
surco menor. Esta asociación da lugar a una estructura tetracatenaria
topologicamente diferente a los cuádruples de guaninas clásicos.
2.- Otro motivo estructural de interés son las horquillas
de ADN. Los estudios de horquillas de ADN se han enfocado en aquellas más
estables. Sin embargo, nosotros hemos utilizado análogos cíclicos para estudiar
giros de ADN menos estables, que no son fácilmente observables en
oligonucleótidos lineales. Algunas de estas estructuras compuestas por dos
horquillas de ADN (llamadas “dumbbells”) son particularmente interesante puesto
que están estabilizadas por pares AT tipo Hoogsteen en lugar de los habituales,
tipo Watson-Crick.
3.- Una de las formas no-canónicas que más han
atraído la atención de la comunidad científica son la hélices triples (o
“tríplex”) de ADN. Estas estructuras tienen interés farmacéutico puesto que
la formación de la hélice triple en una región concreta del genoma puede
impedir la transcripción de la proteína codificada en esa región. La formación
de la triple hélice es muy selectiva por lo que esta estrategia permitiría, en
principio, diseñar fármacos que bloqueasen la expresión de un único gen. Uno de
los problemas que se plantean es el estabilizar la formación del tríplex
mediante las adecuadas modificaciones químicas. Entre las muchas modificaciones
propuestas, se ha observado que la sustitución del protón en posición 8 de la
hebra de polipurinas por un grupo –NH2 estabiliza enormemente la
formación del tríplex. En colaboración con los grupos del Prof. Modesto Orozco
y el Prof. Ramón Eritja, hemos llevado a cabo un análisis estructural del
efecto de esta substitución en diversas hélices triples y horquillas de ADN.
4.- Además del estudio de formas no-canónicas,
también estamos interesados en el estudio de deformaciones que se producen en
fragmentos de doble hélice. Estas variaciones conformacionales en la doble
hélice del ADN (curvatura, desenrollamiento, etc.) tienen importancia en
procesos de reconocimiento por proteínas u otros ligandos. A. Estos efectos son
generalmente sutiles y resulta difícil observarlos mediante RMN. No obstante
hemos hecho esfuerzos en determinar la estructura de oligonucleótidos
modificados en los que la modificación induce una curvatura moderada por efecto
de la anulación parcial de las cargas de los fosfatos o por efecto de un
“cross-link” entre los extremos del dúplex. Otras modificaciones
inducen distorsiones más drásticas en la estructura del ADN, como son un
desenrollamiento parcial de la doble hélice. Algunas de estas modificaciones
tienen un interés adicional porque los oligonucleótidos que las contienen son
sustratos de enzimas de reparación del ADN celular. Los procesos de reparación
se conocen sólo parcialmente, pero se sabe que el fallo de tales mecanismos es
imprescindible para el desarrollo del cáncer. Algunos sistemas de reparación,
como el de excisión-reparación, son capaces de reconocer una gran número de
modificaciones químicas (o “lesiones”) en el ADN. El estudio de estas
“lesiones” puede darnos un conocimiento muy útil para entender el modo de
acción de estos enzimas.
5.- Finalmente, también estamos investigando
diferentes facetas del proceso reconocimiento molecular entre ácidos
nucleicos y proteínas y otros pequeños ligandos. En el campo de
interacciones proteína-DNA, hemos determinado la estructura de varias proteínas
que reconocen ácidos nucleicos9 y esperamos obtener pronto algunos
complejos. También estamos interesados en estudiar interacciones concretas
entre proteínas y DNA, como son las interacciones de apilamiento entre
nucleobases y residuos aromáticos. Para ello hemos usado derivados en los que
el péptido y el ADN están unidos covalentemente. Esta unión covalente permite
analizar estas interacciones con un alto grado de precisión, no solo en el
ámbito estructural, sino también cuantificar diversos parámetros
termodinámicos. También estamos llevando a cabo diversas colaboraciones con
grupos de Química Orgánica en el estudio de interacciones entre ácidos
nucleicos y pequeños ligandos.
EQUIPAMIENTO:
Contamos con un espectrómetro de AV-800US2, recientemente instalado,
y otro AV-600 equipado con criosonda, además de instrumentación adicional
consistente en un espectropolarímetro de CD, facilidades de cálculo intensivo,
y un laboratorio de expresión y purificación de proteínas plenamente equipado.
Publicaciones
(1999-2003):
- N. Escaja, E. Pedroso, M. Rico and C.
González. "Dimeric Solution Structure of Two Cyclic Octamers. Four-Stranded
DNA Structures Stabilized by A:T:A:T and G:C:G:C Tetrads”. J. Am. Chem. Soc., 122, 12732-12742, 2000.
- R. Soliva,
R. Güimil-García, J. Ramón Blás, R. Eritja, J.L. Asensio, C. González, F.J.
Luque and M. Orozco. "DNA-triplex
stabilizing properties of 8-aminoguanine". Nucleic Acids Research, 28, 4531-4539, 2000.
- R.Soliva, V.Monaco, I.
Gómez-Pinto, N.J.Meeuwenoord, G.A. Van der Marel, J.H. Van Boom, C.González,
and M.Orozco. "Solution Structure of a DNA duplex with a chiral
alkyl-phosphonate moiety". Nucleic
Acids Research, 29, 2973-2985, 2001.
- E. Cubero,
A. Aviñó, B. García de la Torre, M. Frieden, R. Eritja, F.J. Luque, C. González
and M. Orozco. "Hoogsteen-based
parallel-stranded duplexes of DNA. The effect of 8-amino derivatives". J. Am. Chem. Soc., 124, 3133-3142,
2002.
- A. Aviñó,
M. Frieden, J. C. Morales, B. García de la Torre, R. Güimil-García, F. Azorín,
J.L. Gelpí, M. Orozco, C. González and R. Eritja. "Properties of triple-helices formed by parallel-stranded hairpins
containing 8-aminopurines". Nucleic
Acids Research, 30,2609-2619, 2002.
- I.
Gómez Pinto, V. Marchán, F. Gago, A. Grandas and C. González. "Solution
structure and stability of tryptophan-containing nucleopeptide duplexes". ChemBioChem,
4, 40-49, 2003.
- N. Escaja, I. Gómez-Pinto, M. Rico, E. Pedroso, and C. González
"Structure and stability of small DNA dumbbells with Watson-Crick and
Hoogsteen base pairs". ChemBioChem, 4, 623-632, 2003.
- N. Escaja, J.L. Gelpí, M. Orozco, M. Rico, E. Pedroso, and C. González
"A four stranded DNA structure stabilized by a novel G:C:A:T tetrad".
J. Am. Chem. Soc., 125, 5654-5662,
2003.
- A.
Aviñó, E. Cubero, C. González, F.J. Luque, R. Eritja and M. Orozco. "Antiparallel
triple helices: structural characteristics and stabilization by 8-amino
derivatives". J. Am. Chem. Soc.,
125, 16127-16138, 2003.
- I. Gómez Pinto, V. Marchán, F. Gago, A. Grandas and C.
González. "Solution
structure and stability of a disulfide cross-linked nucleopeptide duplex".
Chem
Commun (Camb), 20, 2558-2559, 2003.