Biología de Estructuras de ADN no canónicas

Los ácidos nucleicos son moléculas muy flexibles que pueden adoptar diferentes estructuras conformacionales. Mientras que en los sistemas vivos el ADN está organizado principalmente en forma de doble hélice y el ARN es monocatenario, existen secuencias ricas en guanina en formas estructurales alternativas conocidas como ácidos nucleicos cuádruplex G (G4). G4 están formados por cuatro bases de guanina dispuestas en una conformación plana cuadrada intracatenaria (tetrada G) unidas por enlaces de hidrógeno de Hoogsteen y estabilizadas además por un catión alcalino como el K+. La formación de estas estructuras in vivo es muy dinámica, pero pueden estabilizarse mediante interacción con ARN, proteínas, péptidos o pequeñas moléculas (ligandos). Las estructuras G4 alteran la expresión génica a través de mecanismos muy diversos y diferentes, actuando como elementos reguladores clave que alteran la naturaleza de las marcas epigenéticas y la arquitectura de la cromatina. Las estructuras G4 también participan en la replicación del ADN y pueden actuar como represores o promotores de la replicación. También se les ha implicado en la formación de otras estructuras secundarias del ADN, como los bucles R.

Nuestro grupo está interesado en el estudio del papel de las estructuras de ADN no canónicas presentes en nuestro genoma y su implicación en la salud. Nuestra hipótesis es que los G4 son de importancia fundamental para la vida y pueden ser la clave para nuevos enfoques terapéuticos en numerosas áreas de las enfermedades humanas, incluido el cáncer. Los mecanismos específicos que estamos investigando comprenden:

• La formación de G4 en secuencias repetidas de ADN y su importancia para la estabilidad y replicación genómica
• La presencia de ADN G4 en promotores de genes y regulación de la transcripción
• La identificación de moléculas que estabilizan la cuádruple hélice del ácido nucleico e interfieren con procesos celulares específicos.

Hacemos un uso extensivo de métodos biofísicos (RMN, UV, CD y espectroscopia de fluorescencia) para estudiar cuádruplex y sus interacciones con moléculas. También utilizamos métodos computacionales (bioinformática) y genómicos para explorar cuádruplex en genomas. Aplicando esta metodología hemos descubierto que las moléculas que ingerimos en nuestra dieta, o que son secretadas por los microorganismos del suelo, son ligandos G4 y modulan directamente la expresión génica. Se trata de un descubrimiento que nos permitirá aplicar un nuevo enfoque a las interacciones humanas con el medio ambiente y cómo afecta a nuestra salud.

También estamos investigando la aplicabilidad del microbioma como biomarcador para el diagnóstico de diversas enfermedades. En concreto, estamos colaborando con la Dra. Marta Alarcón y la Dra. Concepción Marañón para identificar biomarcadores del microbioma urinario que puedan ayudar en el diagnóstico del daño renal en pacientes con lupus eritematoso. Se está aplicando una estrategia similar para identificar biomarcadores en pacientes con cáncer de vejiga urotelial no músculo-invasivo y aquellos con inicio metastásico.

Además, contamos con una línea de investigación en inmunoterapia basada en anticuerpos monocatenarios procedentes de camélidos. La mayoría de los anticuerpos pueden unirse a un solo objetivo. Pero al conectar fragmentos de anticuerpos, se pueden generar nuevas inmunoterapias llamadas moléculas Nb » multiespecíficas » que se unen a muchos objetivos diferentes a la vez. Por ejemplo, una única molécula terapéutica multiespecífica de Nb podría crear un puente entre una célula tumoral y una célula inmunitaria uniéndose a varios sitios de un tumor y una célula inmunitaria. Esto podría ayudar al sistema inmunológico del cuerpo a
combatir el cáncer. Asimismo, mutiespecífico Se pueden crear Nbs para combatir enfermedades autoinmunes e inflamatorias porque estas moléculas pueden ofrecer estrategias de focalización sofisticadas en la compleja red inflamatoria. En esta línea, colaboramos con el Dr. Francisco Martín (Genyo) para aplicar esta tecnología en la generación de nano-CAR T para el tratamiento de tumores sólidos. Esta investigación se enmarca dentro del área “Medicina personalizada” y de la línea “Terapias avanzadas para el tratamiento del cáncer, enfermedades inflamatorias y enfermedades raras. El objetivo final es la implementación de esta terapia a nivel hospitalario local.