"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

http://rmn.iqfr.csic.es

 

 

Componentes del Grupo

 

Carlos González Ibáñez, Científico Titular, cgonzalez@iqfr.csic.es

 

Irene Gómez Pinto, Postdoctoral

 

Jaime Lopez de la Osa, Becario predoctoral.

 

Actividad Científica

 

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.