Flavin-binding fluorescent proteins as genetically encoded singlet oxygen photosensitizers

Resumen

Esta tesis profundiza en el estudio de proteínas fluorescentes que unen flavina como compuestos fotosensibilizadores de oxígeno singlete codificables genéticamente para su uso en terapia fotodinámica. Los fotosensibilizadores biológicos son una poderosa alternativa a los fármacos convencionales sensibles a la luz debido a su mayor especificidad frente a células sanas y a su capacidad para acumularse en orgánulos críticos, gracias al control genético de la expresión celular. Una nueva familia de proteínas fluorescentes que encapsulan el mononucleótido de flavina ha despertado un gran interés por su mayor capacidad de generar oxígeno singlete en comparación con la proteína verde fluorescente y sus derivados. En este trabajo se han evaluado las propiedades fotofísicas, fotosensibilizantes y antimicrobianas de once flavoproteínas provenientes de diferentes organismos. Todas ellas producen oxígeno singlete y la mayoría son altamente fototóxicas una vez expresadas en células E. coli. Aunque comparten el mismo cromóforo, las propiedades fotofísicas difieren notablemente de una a otra proteína. Por ejemplo, algunas son fotosensibilizadores eficientes y destruyen las células bacterianas, pero fotoblanquean rápidamente. Otras producen pequeñas cantidades de oxígeno singlete, pero son más fotoestables. Los resultados obtenidos amplían el abanico de flavoproteínas fotoactivas disponibles y proporcionan una guía útil para elegir la mejor opción para cada aplicación. MiniSOG fue la primera flavoproteína racionalmente desarrollada para generar oxígeno singlete. A pesar de haber sido analizada en numerosos estudios, su fotoquímica es compleja y hay observaciones controvertidas e incógnitas que restan por resolver. Su caracterización estructural y espectroscópica ha permitido comprender los factores que limitan su modesta producción de oxígeno singlete, dilucidar las transformaciones que sufre bajo irradiación y establecer una base científica sólida para el desarrollo de nuevos fotosensibilizadores codificados genéticamente. Además, se han caracterizado nuevos mutantes de miniSOG más eficientes así como heterodímeros de flavoproteínas que combinan propiedades fotofísicas complementarias. También se ha demostrado que miniSOG y ciertos mutantes inducen selectivamente la muerte de células de mamífero cuando se iluminan con luz azul y que es posible combinar proteínas fotoactivas con reporteros fluorescentes de procesos celulares. La aplicación de la terapia fotodinámica para el tratamiento del melanoma sigue siendo uno de los principales desafíos en la biomedicina. En este estudio se ha propuesto la expresión de miniSOG para tratar celulas de melanoma. Sin embargo, no ha sido posible comprobar la expresión correcta de la proteína fotoactiva, por lo que no se ha podido evaluar la idoneidad del enfoque ni sacar conclusiones adicionales.