Estrategias de glicosidación con sp2-iminoazúcares. Síntesis de miméticos de manooligosacáridos multivalentes y estudio de sus interacciones con lectinas de tipo-C mediante técnicas espectroscópicas, computacionales y biofísicas

Abstract

Los iminoazúcares, análogos de carbohidratos en los que se ha sustituido el oxígeno endocíclico por un átomo de nitrógeno, conforman el grupo más numeroso y más ampliamente investigado de glicomiméticos. En la mayoría de los casos, esta modificación estructural no impide el reconocimiento por las enzimas que procesan carbohidratos, siempre que el iminoazúcar reproduzca el patrón configuracional y de sustitución del azúcar sobre el que actúa la enzima en cuestión. La mayoría de los trabajos se centran en la capacidad de los iminoazúcares para unirse al sitio catalítico de las glicosidasas y actuar como inhibidores competitivos, bien porque imiten la parte glicónica del sustrato, bien porque se comporten como análogos del estado de transición involucrado en la hidrólisis enzimática de glicósidos. La conveniencia de esta estrategia, tanto en estudios biológicos como para el desarrollo de aplicaciones terapéuticas que requieren la regulación de la actividad de una glicosidasa, está ampliamente contrastada. A pesar de su innegable éxito en este campo, los iminoazúcares presentan limitaciones relativas a su selectividad de acción y estabilidad que restringen su potencial para el desarrollo de fármacos. En buena medida, esto se debe a los problemas para acceder a análogos estables de oligosacáridos, glicoconjugados, y glicósidos en general a partir de los iminoazúcares clásicos. El desarrollo de prototipos y aproximaciones que permitan superar esta dificultad permitiría, además, ampliar el rango de posibles dianas terapéuticas, no solo en lo referente a las glicosidasas, sino también a otras proteínas que reconocen carbohidratos y están implicadas en diversas rutas de señalización, como las lectinas. En esta Tesis Doctoral, se ha abordado esta cuestión mediante una estrategia que se centra en el uso de sp2-iminoazúcares (iminoazúcares en los que el nitrógeno característico tiene un alto grado de hibridación sp2) como elementos de base. Los sp2-iminoazúcares pueden participar en reacciones de glicosidación, a través de un intermedio de tipo aciliminio, de manera análoga a los monosacáridos naturales, dando lugar a glicósidos estables con configuración anomérica α, debido al fuerte efecto anomérico. Se han implementado nuevas metodologías que explotan esta característica única para acceder a miméticos de glicósidos y oligosacáridos. Estas metodologías se han aplicado a la preparación de análogos de los oligosacáridos de alto contenido en manosa y de conjugados multivalentes, y se ha estudiado su interacción con lectinas de tipo C. Los resultados proporcionan una prueba de concepto del potencial de los sp2-iminoazúcares para modular la respuesta inmune innata. En el primer capítulo de esta Tesis, se ha desarrollado un método simple y eficiente para la síntesis estereoselectiva de derivados de nojirimicina α-C-glicósido, partiendo de un sp2-iminoazúcar de tipo carbamato bicíclico cuya preparación se ha optimizado en una escala de gramos. La secuencia de reacciones combina una etapa de C-alilación, la hidrólisis básica de la función carbamato cíclico, y la reacción de metátesis cruzada seguida de hidrogenación. También se han preparado derivados N,C-biantenados bien mediante una posterior reacción de aminación reductiva, bien mediante reacción de formación de tioureas. Estos últimos derivados pueden transformarse en sp2-iminoazúcares bicíclicos de tipo piperidina-iminotiazolidina α-C-glicósidos tras el tratamiento con ácido, lo que amplía las oportunidades para generar diversidad molecular. La evaluación preliminar como inhibidores frente a un panel de glicosidasas comerciales valida el enfoque para ajustar con precisión el perfil de selectividad. En el segundo capítulo de esta Tesis, se presentan los primeros ejemplos de miméticos de 2-desoxi(tio)glicósidos de tipo sp2-iminoazúcar. Los 2-desoxiglicósidos están presentes en numerosos productos naturales bioactivos cuyo uso se ve limitado para la dificultad de su síntesis y la labilidad de la unión glicosídica La etapa clave involucra la activación de un iminoglical derivado de un sp2-iminoazúcar bicíclico de tipo piperidina-carbamato para generar un catión de aciliminio altamente reactivo. Se han estudiado diferentes catalizadores, de los cuales los más eficaces son el trifluoruro de boro-eterato, el nitrato cérico amonico, y un organocatalizador cooperativo de tipo ácido de Brønsted y se ha determinado el alcance y las limitaciones de las diferentes metodologías. Las células dendríticas (DC) desempeñan un papel clave en la inducción de respuestas inmunitarias adaptativas contra los patógenos, a través de la interacción de las lectinas de tipo C en su membrana celular, como la DC-SIGN y la langerina, con los glicanos presentes en la superficie de los patógenos, por ejemplo, oligosacáridos con alto contenido de manosa como (Man)9(GlcNAc)2. Este proceso involucra, fundamentalmente, los residuos de manobiósido (Manα(1,2)Man) terminal. El proyecto de Tesis planteaba la hipótesis de que la sustitución de una o las dos unidades monosacarídicas en la manobiosa por unidades de sp2-iminoazúcar permitiría dirigir el modo de unión a DC-SIGN y langerina y, de esta manera, modular la afinidad y la selectividad, un objetivo importante, por ejemplo, en el contexto de la infección por HIV. La segunda parte de esta memoria (capítulos 5-8) recoge los trabajos en este sentido. Se han sintetizado análogos de oligomanósidos (di-, tri y pentasacáridos) que contienen uno o dos motivos de sp2-iminoazúcar con configuraciones mano o gluco en lugar del monosacárido natural, aprovechando la capacidad de los sp2-iminoazúcares para participar en reacciones de glicosilación proporcionando exclusivamente el anómero α. Su análisis estructural se ha realizado combinando técnicas de resonancia magnética nuclear (RMN) y computacionales. Además, los miméticos del manobiósido natural se han incorporado a diferentes plataformas multivalentes con objeto de estudiar la influencia de la valencia, la flexibilidad y la estructura tridimensional en la capacidad de unión a diferentes lectinas específicas de manosa, incluyendo la lectina modelo concanavalina A y las lectinas de tipo C DC-SIGN y langerina. Para el estudio de estas interacciones se han empleado una variedad de técnicas, incluida la espectroscopía de RMN (principalmente tr-NOESY y STD NMR), ELLA (Enzyme-linked Lectin Assay) y experimentos de Resonancia del Plasmón de Superficie (SPR). Desde una perspectiva general, los resultados obtenidos reflejan la compleja interacción entre los contactos primarios en el sitio de coordinación del metal, los contactos secundarios y la multivalencia, que determinan de manera crítica la afinidad y selectividad de los miméticos hacia las lectinas objetivo. Además, demuestran la validez de la aproximación basada en el uso de sp2-iminoazúcares general para el diseño racional de nuevos prototipos de ligandos pseudooligosacarídicos biomiméticos capaces de discriminar entre diferentes lectinas que reconocen un mismo epitopo glucídico, en este caso DC-SIGN frente a langerina.