DESARROLLO DE MODELOS Y HERRAMIENTAS GLICOBIOLÓGICAS, ORIENTADAS

Desarrollo de modelos y herramientas glicobiológicas, orientadas a diagnóstico, inhibición y vacunas.

Grupo de trabajo

Directora del grupo:

Dra. Carla Marino. Investigadora Principal CONICET– Profesora Asociada (DE), DQO, FCEN, UBA.

Integrantes:

Dra. María Eugenia Giorgi. Investigadora Adjunta CONICET– Jefe de trabajos prácticos (DE), DQO, FCEN, UBA.

Dr. Enrique Andrés del Vigo. Investigador en formación – Ayudante de primera (DE), DQO, FCEN, UBA

Lic. Linda A. Toro Melgarejo. Becaria Doctoral CONICET

Lic. Esteban Bordmer. Becario Doctoral CONICET.

Asesora:

Dra. Rosa Muchnik de Lederkremer. Investigadora Emérita ad-honoren CONICET– Profesora Emérita, DQO, FCEN, UBA.

Resumen

Las moléculas de azúcar moldean el paisaje molecular de los organismos vivos. Los carbohidratos se encuentran expuestos en la superficie celular como glicoconjugados unidos a proteínas de membrana y lípidos y en la actualidad se los reconoce como un sistema de codificación de alta densidad. Los seres vivos aprovechan la vasta diversidad estructural de estas moléculas para producir la capacidad informática necesaria para los procesos vitales. Estos hidratos de carbono están involucrados en eventos fundamentales de comunicación entre la célula y su entorno, como adhesión, reconocimiento y diferenciación celular, control del crecimiento, señalización, respuesta inmune e inflamación. El entendimiento de dichos procesos es objeto de estudio de la glicobiología y requiere disponer de hidratos de carbono conjugados de distinta manera.

Nuestro interés general es contribuir al conocimiento de la glicobiología de microorganismos patógenos mediante la síntesis de moléculas de utilidad para los estudios bioquímicos. Así, sintetizamos hidratos de carbono, glicomiméticos y glicoconjugados como sustratos, inhibidores y compuestos para al estudio de macromoléculas biológicas (enzimas o anticuerpos) relacionadas con dichos microorganismos.

Particularmente, se sintetizan neoglicoconjugados de oligosacáridos antigénicos constituyentes de las mucinas de Trypanosoma cruzi, como herramientas de inmunodiagnosis. La síntesis de oligosacáridos es más compleja que la de otros biopolímeros, como péptidos u oligonucleótidos, debido a las múltiples posibilidades regio- y estereoquímicas de los enlaces glicosídicos. Comprender y controlar la regioselectividad permite desarrollar secuencias sintéticas más simples y eficientes. En nuestro laboratorio se estudia experimentalmente la reactividad diferencial de distintos hidroxilos de aceptores de glicosidación, y se racionalizan los resultados con herramientas de modelado molecular que permitan, no sólo explicar los mismos, sino también predecir aquellos de reacciones similares.

Otros objetivos de nuestro grupo se relacionan con la glicobiología de D-galactofuranosa (D-Galf). Para ello, desarrollamos métodos de síntesis de precursores de las unidades de D-Galf, métodos de glicosidación y estrategias de desoxigenación. Se utiliza como modelo biológico Penicillium fellutanum, que produce glicoconjugados con unidades terminales de β-D-Galf y permite disponer de la maquinaria enzimática para realizar las pruebas biológicas de los compuestos sintetizados.

Abstract

Sugar molecules shape the molecular landscape of living organisms. Carbohydrates are exposed on the cell surface as glycoconjugates bound to membrane proteins and lipids, and are currently recognized as a high-density coding system. Living things take advantage of the vast structural diversity of these molecules to produce the coding capacity necessary for vital processes. These carbohydrates are involved in essential communication events between the cell and its environment, such as cell adhesion, recognition and differentiation, growth control, signaling, immune response and inflammation. Understanding these processes is the objec of study glycobiology, which requires the availability of carbohydrates conjugated in different ways.

Our general interest is to contribute to the knowledge of the glycobiology of pathogenic microorganisms through the synthesis of molecules useful for biochemical studies. Thus, we synthesize carbohydrates, glycomimetics and glycoconjugates as substrates, inhibitors and compounds for the study of biologic macromolecules (enzymes and antibodies) related to these microorganisms.

In particular, we synthesize neoglycoconjugates of antigenic oligosaccharides constituent of Trypanosoma cruzi mucins, as tools for immunodiagnosis. The synthesis of oligosaccharides is more complex than that of other biopolymers, such as peptides or oligonucleotides, due to the region- and stereochemical possibilities of the glycosidic bonds. Understanding and controlling the regioselectivity allows for the development of simpler and more efficient synthetic sequences. In our laboratory, the differential reactivity of different hydroxyls of glycosylation acceptors is experimentally studied and the results are rationalized using molecular modeling tools that allow, not only to explain them, but also to predict those with similar reactions.

Other objectives are related to the glycobiology of D-galactofuranose (D-Galf). To this effect, we have developed methods for the synthesis of precursors of the D-Galf units and other furanosic sugars, glycosylation methods and strategies for the deoxygenation of sugars. Penicillium fellutanum is used as biological model to optimize the developed tools. It produces glycoconjugates with terminal β-D-Galf units and provides the enzymatic machinery to carry out the biological tests of the synthesized compounds.

Publicaciones seleccionadas/Selected publications

The α-galactosyl carbohydrate epitope in pathogenic protozoa. R. M. De Lederkremer, M. E. Giorgi, C. Marino. ACS Infectious Diseases, 8, 2207–2222 (2022).

Enantioselective Synthesis of 2,3,4,5-Tetra(hydroxyalkyl)pyrrolidines through 1,3-Dipolar Cycloadditions. M. Vardé, C. Marino, E. Repetto, O. J. Varela. Eur J. Org. Chem., 31, e202200589 (2022).

D-Allose, a rare sugar. Synthesis of D-allopyranosyl acceptors from glucose, and their regioselectivity in glycosidation reactions. E. A. Del Vigo, C. A. Stortz, C. Marino. Org. Biomol. Chem. 20, 4589-4598 (2022).

Deoxy Sugars. General methods for carbohydrate deoxygenation and glycosidation. C. Marino, A.V. Bordoni. Org. Biomol. Chem., 20, 934-962 (2022).

Experimental and theoretical study of the O3/O4 regioselectivity of glycosylation reactions of glucopyranosyl acceptors. E. A. del Vigo, C. A. Stortz, C. Marino. Tetrahedron, 76, 131719 (2020).

The Glycan Structure of T. cruzi mucins Depends on the Host. Insights on the Chameleonic Galactose. M. E. Giorgi, R. M. de Lederkremer. Molecules, 25(17), 3913 (2020).

Regioselectivity of glycosylation reactions of galactose acceptors: an experimental and theoretical study. E. A. del Vigo, C. A. Stortz, C. Marino. Beilstein J. Org. Chem., 15, 2982-2989 (2019).

Synthesis and characterization of α-D-Galp-(1→3)-β-D-Galp containing neoglycoconjugates for Chagas disease serodiagnosis. R. Lopez, M. E. Giorgi, L. Toro Melgarejo, I. Ducrey, V. Boluoz, D. González-Salas, M. M. Cámara, C. A. Buscaglia, R. M. de Lederkremer, C. Marino. Carbohydr. Res., 478, 58-67 (2019).

Synthesis of a model trisaccharide for studying the interplay between the anti α-Gal antibody and the trans-sialidase reactions in Trypanosoma cruzi. M. E. Giorgi, R. Lopez, R. Agusti, C. Marino,* R. M. de Lederkremer*. Carbohydr. Res., 450, 30-37 (2017).

Exhaustive rotamer search of the 4C1 conformation of α- and β-D-galactopyranose. E. A. del Vigo, C. Marino, C. A. Stortz. Carbohydr. Res., 448, 136-147 (2017).

Galactofuranose antigens, a target for diagnosis of fungal infections in humans. C. Marino,* A. Rinflerch, R. M de Lederkremer*. Future Science OA, FSO199 (2017).

Synthesis of galactofuranosyl-(1→5)-thiodisaccharide glycomimetics as inhibitors of a β-D-galactofuranosidase. M. J. Lo Fiego, C. Marino, O. Varela. RSC Adv. 5, 45631-45640 (2015).