Investigación

Líneas de investigación del CEINBIO

El CEINBIO se ha enfocado en elucidar los mecanismos de algunas patologías asociadas a procesos de estrés oxidativo, con un enfoque multidisciplinario de químicos, bioquímicos y médicos. Algunas líneas de investigación incluyen la Biología redox de proteínas y lípidos, mecanismos de nitración, metabolismo oxidativo mitocondrial, bases bioquímicas de la neurodegeneración y la inflamación, injuria oxidativa en la hipertensión arterial y diabetes, metabolismo redox de parásitos (Trypanosoma cruzi y platelmintos), diseño y síntesis de drogas antioxidantes, antiaterogénicas, antichagásicas y neuroprotectoras. Estas líneas de investigación multidisciplinarias permiten un enfoque a distintos niveles, desde la síntesis química y la bioquímica a modelos celulares y animales de patología asociada a estrés oxidativo y su aplicación a patología humana.

El citocromo c es una proteína central en la respiración mitocondrial y en la muerte celular apoptótica dirigida por la mitocondria. Por otra parte, tiene una actividad peroxidática mínima que se incrementa en diferentes condiciones (nitración de tirosinas, interacción con cardiolipina, entre otras), que tienen en común el llevar a conformaciones alternativas, más reactivas,  del citocromo c. Esta línea de investigación está dirigida al estudio estructural de dichas conformaciones alternativas del citocromo c y sus consecuencias funcionales.
Se estudia la formación de especies reactivas del oxígeno y nitrógeno, particularmente peroxinitrito, a nivel mitocondrial, la modificación nitro-oxidativa de proteínas mitocondriales, sus consecuencias funcionales en la dinámica mitocondrial y en la apoptosis y su modulación por antioxidantes dirigidos a la mitocondria. Se evalúa además el rol del estrés nitro-oxidativo en el control respiratorio por la aconitasa mitocondrial en diferentes tejidos.
Dadas las fuertes evidencias que implican a la disfunción mitocondrial y el estrés nitro-oxidativo en el desencadenamiento de la disfunción endotelial y la aterosclerosis, se investigan las rutas moleculares que vinculan estos procesos. En particular se estudia la generación de peroxinitrito y otras especies reactivas por células endoteliales expuestas a diferentes estímulos fisiopatológicos (leptina, LDL oxidada, hiperglicemia) y su modulación por antioxidantes de síntesis, en modelos celulares y animales.
Se estudian los mecanismos y la cinética de la reacción de diferentes biomoléculas, en particular proteínas y péptidos con diferentes especies reactivas del oxígeno y nitrógeno. Se analizan diferentes proteínas cuya modificación nitro-oxidativa haya sido vinculada a patología asociada a este tipo de estrés, péptidos con actividad citoprotectora, compuestos modelo para el estudio de nitración de proteínas en entornos hidrofóbicos, así como antioxidantes endógenos y de síntesis.
Se estudian los mecanismos enzimáticos, especificidad por sustratos y la cinética de dismutación de superóxido por diferentes tipos de SOD y de reducción de peróxidos (de hidrógeno, lipídicos, peroxinitrito) por peroxiredoxinas y por ascorbato peroxidasa de Trypanosoma cruzi. Se investiga el mecanismo y la cinética de inactivación nitro-oxidativa de dichas proteínas.
Una vez demostrada la formación de peroxinitrito por macrófagos activados por fagocitosis, se plantea cuantificar los flujos de oxidantes, formados por diferentes condiciones de estimulación. Se investiga su difusión hacia blancos fagocitados (utilizando modelos de infección por T. cruzi) y la modificación nitro-oxidativa de dichos blancos.
Se investiga el efecto del estrés nitro-oxidativo en la susceptibilidad a la infección por T. cruzi y su modulación por sistemas antioxidantes parasitarios.
Se evalúan los mecanismos que conectan a la muerte neuronal con el estrés nitro-oxidativo, en modelos celulares y animales de patología neurodegenerativa. En particular interesa investigar la participación de la mitocondria y del peroxinitrito en la muerte neuronal.
Nuestro laboratorio ha  sintetizado y caracterizado nitroalquenos derivados de ácidos grasos libres (oleico, linoleico, araquidónico) y esterificados (metilaraquidonato), así como de ésteres de colesterol (colesteril-linoleato) por diversos métodos que incluyen TLC, HPLC, LC-MS, RMN  e IR. Trabajos actuales incluyen la síntesis de nuevos isómeros de relevancia biológica, como por ejemplo la síntesis enzimática estereoespecífica de ácido nitroaraquidónico por ciclooxigenasas y lipooxigenasas.
Se sintetizan y caracterizan ENOS para el desarrollo de estudios preclínicos que permitan identificar un candidato a fármaco con miras a estudios clínicos en seres humanos, con la finalidad de prevención primaria de la aterosclerosis. Para los compuestos seleccionados se hace el escalado y desarrollo analítico, seguido de estudios de estabilidad, interacciones con la alfa-TTP (docking) y biodistribución, toxicidad y dosificación.
Además de las diversas acciones biológicas protectoras de los nitroalquenos ya descritas por nuestro laboratorio (vasorrelajación, liberación de NO, etc), se estudian en particular las interacciones del  AANO2 con enzimas involucradas en la respuesta inflamatoria: COX, LOX, NOX, NOS2 con el fin de determinar si la nitración del ácido araquidónico es capaz de desviar sus vías habituales de señalización, favoreciendo vías de resolución anti-inflamatoria. Se incluye el estudio reciente de las vías de la COX y LOX en  plaquetas y neutrófilos humanos así como del modelo de aterosclerosis en ratones LDL(R-/-).
Se estudia en particular si la nitración del ácido araquidónico favorece la formación de aductos lipoproteicos entre el AANO2 y la alfa-(sinucleína), proteína presente en diversos procesos neurodegenerativos. Se plantea que la formación de dichos aductos electrofílicos podría tener un rol protector indirecto mediante la atenuación en la agregación de sinucleína.
Se estudia la respuesta anti-inflamatoria de nitroalquenos y ENOS en modelos celulares y modelos in vivo, que incluyen macrófagos de línea y de bazo extraidos de ratas sometidas a procesos de  inflamación, así como en el modelo de aterosclerosis  de ratones LDL (R-/-). Se pone énfasis en la disección de las vías señalizadoras involucradas en la respuesta inflamatoria, incluyendo Nrf2, NFkb, inducción de enzimas de fase II, secreción de citoquinas, entre otras.
Se utilizan los diversos métodos analíticos, histológicos e inmumohistoquímicos desarrollados en nuestro laboratorio para el estudio de los nitrolípidos como nuevas huellas de procesos anti-inflamatorios en modelos celulares e in vivo, incluyendo la histología de lesiones ateromatosas así como parámetros plasmáticos (vitamina E, TBARS, isoprostanos, nitrotirosina, nitrolípidos, oxidación de LDL).
El eritrocito es una célula particularmente sometida a estrés oxidativo, por la producción intracelular de radicales así como los derivados del endotelio vascular en condiciones patológicas (inflamación, hiperglicemia). Se investigan las modificaciones oxidativas de componentes  enzimáticos (en particular peroxirredoxina) y no enzimáticos (por ejemplo hemoglobina) y sus consecuencias funcionales, buscando potenciales biomarcadores de estrés vascular.
La compartimentalización celular es muy importante para delimitar y regular la función celular. El mecanismo de acción de los radicales libres y especies reactivas derivadas depende, entre otros factores, de la capacidad de permear biomembranas. Nos interesa estudiar no sólo las interacciones físicas sino también químicas con la membrana (lipoperoxidación, oxidación de proteínas de membrana).
Se investigan las alteraciones metabólicas y bioenergéticas que acompañan la inducción de la senescencia celular por oxidantes, genotóxicos y oncogenes. Nos interesa, en particular, estudiar el rol del metabolismo energético y el metabolismo lipídico en el establecimiento y mantenimiento de la senescencia y el fenotipo secretor asociado a la senescencia..
Estudiamos la bioenergética, metabolismo oxidativo, dinámica y biogénesis mitocondrial de las células de melanoma. Evaluamos las alteraciones en la función mitocondrial producidas por quimioterapéuticos y terapias dirigidas.