New methologies for studying carbohydrate-protein interacions by nuclear magnetic resonance

Abstract

Carbohydrates (glycan, sugars, saccharides) play a key role in life and disease. Their wide presence in different processes comprises from the structural and energetic function to the basis of the molecular recognition of physiological and pathogenic events. Indeed, they are involved in many biological events of Paramount importance (i.e. cell-cell, cell-matrix or cell-molecules interactions). Therefore, the study of the molecular recognition events in which sugars are involved is a key task for understanding these interactions, and the structural elucidation and the conformational studies of saccharides are crucial to unravel their interaction mechanisms as well as the biological implications of these events. However, the inherent flexibility of carbohydrates precludes their crystallization, hampering the study by X-ray diffraction. In contrast, Nuclear Magnetic Resonance (NMR) permits to work in solution, mimicking the physiological conditions, and thus provides information on sugar geometries and dynamics. Therefore, NMR spectroscopy is the preferred technique for the structural characterization of carbohydrates, becoming a powerful tool for the understanding of the molecular processes in which carbohydrates are involved. In this context, two biological systems have been studied in this Thesis with the aim to understand the conformation and dynamics of different saccharides and glycomimetics in solution and to unravel key features of their molecular recognition processes with their receptors…

Los carbohidratos (glicanos, azúcares, sacáridos) juegan un papel clave en la vida y en la enfermedad. Su amplia presencia en diferentes procesos abarca desde las funciones energética y estructural hasta las bases del reconocimiento molecular de eventos fisiológicos y patogénicos. De hecho, se encuentran involucrados en numerosos eventos biológicos de importancia (interacciones célula-célula, célulamatriz o célula-moléculas). Por lo tanto, el estudio de los eventos de reconocimiento molecular en los que los azúcares se encuentran involucrados es clave para entender estas interacciones, y la elucidación estructural y los estudios conformacionales son cruciales para descifrar sus mecanismos de interacción, así como las implicaciones biológicas de estos eventos. Sin embargo, la inherente flexibilidad de los carbohidratos impide su cristalización y por tanto su estudio por difracción de rayos X. Por el contrario, la Resonancia Magnética Nuclear (RMN) permite trabajar en disolución, imitando las condiciones fisiológicas , y por tanto, proporciona información sobre la geometría y la dinámica de los azúcares. Por tanto, la espectroscopía de RMN es la técnica preferida para la caracterización estructural de carbohidratos, siendo una técnica muy potente para entender los procesos moleculares en los que los carbohidratos están involucrados. En este contexto, se han estudiado en esta Tesis dos sistemas biológicos con el objetivo de entender la conformación y la dinámica de diferentes sacáridos y glicomiméticos en solución, y descifrar las características clave de sus procesos de reconocimiento molecular con sus receptores…