Optimization of the process of purification of transmembrane proteins of the Bcl2 family

Abstract

[ES] Las proteínas de la familia BCL-2, juegan un papel crucial en la regulación de la permeabilización de la membrana mitocondrial y la apoptosis celular. MCL-1, es un miembro anti-apoptótico de esta familia, que se encuentra frecuentemente sobreexpresado en muchos tipos de cáncer, lo que contribuye a la supervivencia celular anormal. MCL-1 interactúa con varios miembros pro-apoptóticos a través de la región citosólica y sólo con BOK, a través de sus dominios transmembrana. La hipótesis de trabajo del grupo defiende que la interrupción de la interacción entre MCL-1 y BOK a nivel de sus dominios transmembrana es una estrategia prometedora para el desarrollo de fármacos contra el cáncer. Al liberar a BOK, se induce apoptosis suprimiendo el crecimiento tumoral. Asimismo, el grupo ha identificado las primeras moléculas pequeñas, denominadas MBoINs, que se dirigen específicamente a la interacción MCL-1/BOK. Sin embargo, para comprender en profundidad el mecanismo de acción de las MBoINs y mejorar su actividad, es necesario realizar un análisis estructural detallado. Esto nos proporcionará información valiosa sobre los mecanismos moleculares responsables de las interacciones transmembrana MCL-1/BOK. Por ello, y como primer paso para obtener información estructural, el objetivo de este trabajo es mejorar la expresión y purificación de las proteínas transmembrana recombinantes MCL-1 y BOK. La expresión de proteínas transmembrana es un desafío técnico debido a la complejidad del ambiente hidrofóbico en el que se encuentran. En este proyecto se ha trabajado en la optimización de los parámetros experimentales necesarios para llevar a cabo la expresión de las proteínas recombinantes MCL-1 y BOK en E. coli. La información estructural y funcional obtenida a partir de estas proteínas será de gran importancia para guiar los futuros esfuerzos de química-médica y mejorar la actividad de las MBoINs. Aspiramos a desarrollar moléculas más efectivas que puedan modular la interacción MCL-1/BOK y, en última instancia, abrir nuevas vías para el desarrollo de terapias contra el cáncer. El presente TFG está relacionado con el Objetivo de Desarrollo Sostenible (ODS) 3, Salud y Bienestar de la Agenda 2030 (Anexo 7.1.). La purificación de MCL-1 y BOK para entender su interacción y desarrollar un nuevo fármaco contra el cáncer mejorando los tratamientos existentes e identificando dianas terapéuticas, contribuye a la investigación y prevención del cáncer. Estos avances pueden conducir a soluciones innovadoras y personalizadas para el tratamiento del cáncer, mejorando la salud y el bienestar de las personas. Con ello, el proyecto apoya el ODS 3 al promover mejores resultados sanitarios y un desarrollo sostenible en el campo de la asistencia sanitaria.

[EN] The proteins of the BCL-2 family play a crucial role in the regulation of mitochondrial membrane permeabilization and cellular apoptosis. MCL-1, an anti-apoptotic member of this family, is frequently overexpressed in many types of cancer, contributing to abnormal cell survival. MCL-1 interacts with various pro-apoptotic members through its cytosolic region and specifically with BOK through its transmembrane domains. The working hypothesis of the group proposes that disrupting the interaction between MCL-1 and BOK at the level of their transmembrane domains is a promising strategy for the development of cancer drugs. By releasing BOK, apoptosis can be induced, suppressing tumour growth. In this regard, the group has identified the first small molecules, called MBoINs, that specifically target the MCL-1/BOK interaction. However, to deeply understand the mechanism of action of MBoINs and enhance their activity, a detailed structural analysis is necessary. This will provide valuable information about the molecular mechanisms responsible for the transmembrane interactions between MCL-1 and BOK. Therefore, as a first step towards obtaining structural information, the objective of this work is to improve the expression and purification of recombinant transmembrane proteins MCL-1 and BOK. The expression of transmembrane proteins is a technical challenge due to the complexity of the hydrophobic environment in which they reside. In this project, we have focused on optimizing the experimental parameters necessary for the expression of recombinant proteins MCL-1 and BOK in E. coli. The structural and functional information obtained from these proteins will be crucial in guiding future medicinal chemistry efforts and improving the activity of MBoINs. Our goal is to develop more effective molecules that can modulate the MCL-1/BOK interaction and ultimately open new avenues for cancer therapy. This research project is aligned with Sustainable Development Goal (SDG) 3, Good Health and Well-being, of the 2030 Agenda (Appendix 7.1). The purification of MCL-1 and BOK to understand their interaction and develop a new cancer drug, improving existing treatments and identifying therapeutic targets, contributes to cancer research and prevention. These advancements can lead to innovative and personalised solutions for cancer treatment, enhancing people's health and well-being. Thus, the project supports SDG 3 by promoting better healthcare outcomes and sustainable development in the healthcare field.