Molecular and dynamic mechanisms of prokaryotic and eukaryotic flavoenzymes: insights into their implication in human metabolism and health

Las flavoenzimas y flavoproteínas son biomoléculas versátiles y diversas que están implicadas en el metabolismo energético y otros procesos celulares como la transducción de señales, la síntesis de nucleótidos, el plegamiento de proteínas o la defensa frente al estrés oxidativo. Estas proteínas tienen como cofactores los derivados de riboflavina (RF, vitamina B2), mononucleótido de flavina (FMN) y/o dinucleótido de flavina y adenina (FAD), que les confieren propiedades únicas y versátiles. Todos los organismos contienen flavoproteínas y flavoenzimas clave, y muchas de ellas se han convertido en interesantes dianas terapéuticas o herramientas biotecnológicas. En esta tesis, se ha indagado en los mecanismos moleculares de flavoenzimas y flavoproteínas con funciones metabólicas clave en procariotas y eucariotas, como las enzimas humanas RF quinasa (Publicación I), FAD sintetasa (FADS) (Publicación II) o NAD(P)H:quinona oxidorreductasa 1 (Publicación III), o las FADS procariotas (Publicaciones IV y V). La caracterización detallada de estas enzimas contribuye a la mejor comprensión de sus patologías asociadas, y sienta las bases de nuevas estrategias terapéuticas y del diseño de compuestos dirigidos a estas dianas. Por ejemplo, aquí presentamos una primera aproximación a la búsqueda de inhibidores de las FADS procariotas que puede contribuir a su explotación farmacológica como potencial agentes antimicrobianos (Publicaciones IV y V).Esta Tesis Doctoral, presentada en la modalidad de compendio de publicaciones, incluye las siguientes publicaciones:− Publicación I. Anoz-Carbonell E, Ribero M, Polo V, Velázquez-Campoy A, Medina M. 2020. Human riboflavin kinase: species-specific traits in thebiosynthesis of the FMN cofactor. The FASEB Journal, 34:10871–10886.JCR Impact Factor 2019: 4.966. Rank: Q1 (57/297) Biochemistry and Molecular Biology; D1 (9/93) Biology; Q2 (58/195) Cell Biology.− Publicación II. Leone P, Galluccio M, Quarta S, Anoz-Carbonell E, Medina M, Indiveri C, Barile M. 2019. Mutation of aspartate 238 in FADsynthase isoform 6 increases the specific activity by weakening the FAD binding. International Journal of Molecular Sciences, 20(24):6203.JCR Impact Factor 2019: 4.556. Rank: Q1 (74/297) Biochemistry and Molecular Biology; Q2 (48/177) Chemistry (multidisciplinary). − Publicación III. Anoz-Carbonell E, Timson DJ, Pey AL, Medina M. 2020. The catalytic cycle of the antioxidant and cancer-associated human NQO1enzyme: hydride transfer, conformational dynamics and functional cooperativity. Antioxidants, 9(9):E772. JCR Impact Factor 2019: 5.014. Rank: Q1 (56/297) Biochemistry and Molecular Biology; Q1 (7/61) Medicinal Chemistry; D1 (10/139) Food Science & Technology.− Publicación IV. Sebastián M, Anoz-Carbonell E, Gracia B, Cossio P, Aínsa JA, Lans I, Medina M. 2018. Discovery of antimicrobial compounds targeting bacterial type FAD synthetases. Journal of Enzyme Inhibition and Medicinal Chemistry, 33:1, 241-254. JCR Impact Factor 2018: 4.027. Rank: Q1 (10/61) Medicinal Chemistry; Q2 (84/299) Biochemistry and Molecular Biology.− Publicación V. Lans I, Anoz-Carbonell E, Palacio-Rodríguez K, Aínsa JA, Medina M, Cossio P. 2020. In silico discovery and biological validation ofligands FAD synthase, a promising new antimicrobial target. PLOS Computational Biology, 16(8):e1007898. JCR Impact Factor 2019: 4.700. Rank: Q1 (9/77) Biochemical Research Methods; Q1 (6/59) Mathematical & Computational Biology.Flavoenzymes and flavoproteins are versatile and diverse biomolecules that are implicated in the energetic metabolism and other cellular processes such as signalling, nucleotide synthesis, protein folding or defense against oxidative stress. These proteins have as cofactors the riboflavin (RF, vitamin B2) derivatives flavin mononucleotide (FMN) and/or flavin adenine dinucleotide (FAD), which confer them their unique and versatile properties. All organisms contain key flavoproteins and flavoenzymes, and many of them are becoming interesting as therapeutic targets or biotechnological tools. In the present thesis, we have delved into the molecular mechanisms of flavoenzymes with key metabolic functions in prokaryotes and eukaryotes, such as the human RF kinase (Publication I) and FAD synthase (FADS) (Publication II), human NAD(P)H:quinone oxidoreductase 1 (Publication III), and prokaryotic FADS (Publications IV and V). The detailed characterization of these enzymes contributes to the better understanding of their associated pathologies, and provides a framework to novel therapeutic strategies and to the design of compounds targeting them. For instance, here we show a first approximation for identification of inhibitors of the prokaryotic FADS that might contribute to exploit them as pharmacological antimicrobial drugs (Publications IV and V). This Doctoral Thesis, presented in the form of a compendium of publications, comprises the following publications: − Anoz-Carbonell E, Ribero M, Polo V, Velázquez-Campoy A, Medina M. 2020. Human riboflavin kinase: species-specific traits in the biosynthesis of the FMN cofactor. The FASEB Journal, 34:10871–10886. − Leone P, Galluccio M, Quarta S, Anoz-Carbonell E, Medina M, Indiveri C, Barile M. 2019. Mutation of aspartate 238 in FAD synthase isoform 6 increases the specific activity by weakening the FAD binding. International Journal of Molecular Sciences, 20(24):6203. − Anoz-Carbonell E, Timson DJ, Pey AL, Medina M. 2020. The catalytic cycle of the antioxidant and cancer-associated human NQO1 enzyme: hydride transfer, conformational dynamics and functional cooperativity. Antioxidants, 9(9):E772. − Sebastián M, Anoz-Carbonell E, Gracia B, Cossio P, Aínsa JA, Lans I, Medina M. 2018. Discovery of antimicrobial compounds targeting bacterial type FAD synthetases. Journal of Enzyme Inhibition and Medicinal Chemistry, 33:1, 241-254. − Lans I, Anoz-Carbonell E, Palacio-Rodríguez K, Aínsa JA, Medina M, Cossio P. 2020. In silico discovery and biological validation of ligands FAD synthase, a promising new antimicrobial target. PLOS Computational Biology, 16(8):e1007898.<br /

Juegos matemáticos de cálculo mental en el aula de primaria

Este trabajo de Fin de Grado trata sobre el uso de los juegos educativos matemáticos en el aula de Primaria, concretamente para el desarrollo y consolidación del cálculo mental. Se hace una breve descripción bibliográfica sobre la definición de juego y su importancia para el aprendizaje de las matemáticas, así como de las ventajas e inconvenientes de su utilización en el aula de Primaria. A continuación, se describen cinco juegos educativos matemáticos comentando sus características principales y su adaptación al ámbito del cálculo mental para, posteriormente, realizar su experimentación en dos grupos de tercero de Primaria y un análisis comparativo de cómo han ido las sesiones entre los dos grupos. Se termina con una valoración de los datos obtenidos y unas conclusiones.<br /

Funciones para Matemáticas Académicas de 3º de E.S.O

Funciones para Matemáticas Académicas de 3º de E.S.O. describe una unidad didáctica para impartir el bloque 4 (funciones) del currículo de dicho curso, según está redactado en la Orden ECD/489/2016, de 26 de mayo. Está centrada en la trasmisión del concepto, sin entrar en otras exigencias de la orden. Las cinco actividades presentadas han sido diseñadas para conseguir en el alumno una concepción del objeto matemático función próxima al concepto presentado en cursos posteriores, mediante actividades adaptadas a su nivel. En ellas, predomina la exploración guiada por parte del alumno, quien ha de buscar, individualmente o en grupo, sus propias técnicas para solucionar los problemas planteados.<br /

El juego como recurso educativo para la enseñanza de la geometría en educación primaria

En la actualidad, todavía prima la concepción de las matemáticas como algo aburrido, es por ello por lo que los alumnos, en muchas ocasiones, asisten a clase desmotivados. Por lo tanto, cambiar la percepción hacia las mismas podría ayudar a cambiar la motivación del alumno. Por otra parte, los juegos son herramientas con un alto nivel motivacional, así pues, se va a investigar la potencialidad de utilizar este recurso en el aula como elemento motivador y eje vertebrador en la planificación de sesiones. Se estudiará el valor educativo del juego para la adquisición y el aprendizaje de contenidos matemáticos y su efectividad al combinar aspectos educativos y lúdicos. Se va a realizar un análisis bibliográfico acerca del tema destacando algunas definiciones y clasificaciones de autores importantes, las ventajas e inconvenientes del uso de esta herramienta metodológica en el aula y el diseño y análisis de una serie de encuestas para maestros y alumnos. Además, se llevará a cabo el diseño y experimentación en el aula de Educación Primaria de una serie de juegos con el objetivo enseñar contenidos relativos a la geometría.<br /

Una propuesta didáctica para la enseñanza de la Combinatoria en 4º de E.S.O.

En el presente trabajo se analizan varios aspectos de la enseñanza de la Combinatoria en la Educación Secundaria Obligatoria, proponiendo una secuencia didáctica para impartir en la asignatura Matemáticas Orientadas a las Enseñanzas Académicas, en 4º de E.S.O.<br /

Mycobacterial Aminoglycoside Acetyltransferases: A Little of Drug Resistance, and a Lot of Other Roles

Aminoglycoside acetyltransferases are important determinants of resistance to aminoglycoside antibiotics in most bacterial genera. In mycobacteria, however, aminoglycoside acetyltransferases contribute only partially to aminoglycoside susceptibility since they are related with low level resistance to these antibiotics (while high level aminoglycoside resistance is due to mutations in the ribosome). Instead, aminoglycoside acetyltransferases contribute to other bacterial functions, and this can explain its widespread presence along species of genus Mycobacterium. This review is focused on two mycobacterial aminoglycoside acetyltransferase enzymes. First, the aminoglycoside 2′-N-acetyltransferase [AAC(2′)], which was identified as a determinant of weak aminoglycoside resistance in M. fortuitum, and later found to be widespread in most mycobacterial species; AAC(2′) enzymes have been associated with resistance to cell wall degradative enzymes, and bactericidal mode of action of aminoglycosides. Second, the Eis aminoglycoside acetyltransferase, which was identified originally as a virulence determinant in M. tuberculosis (enhanced intracellular survival); Eis protein in fact controls production of pro-inflammatory cytokines and other pathways. The relation of Eis with aminoglycoside susceptibility was found after the years, and reaches clinical significance only in M. tuberculosis isolates resistant to the second-line drug kanamycin. Given the role of AAC(2′) and Eis proteins in mycobacterial biology, inhibitory molecules have been identified, more abundantly in case of Eis. In conclusion, AAC(2′) and Eis have evolved from a marginal role as potential drug resistance mechanisms into a promising future as drug targets

Signed binomial approximation of binomial mixtures via differential calculus for linear operators

We obtain sharp estimates in signed binomial approximation of binomial mixtures with respect to the total variation distance. We provide closed form expressions for the leading terms, and show that the corresponding leading coefficients depend on the zeros of appropriate Krawtchouk polynomials. The special case of P¿olya-Eggenberger distributions is discussed in detail. Our approach is based on a differential calculus for linear operators represented by stochastic processes, which allows us to give unified proofs

Mycobacterial aminoglycoside acetyltransferases: A little of drug resistance, and a lot of other roles

© 2019 Sanz-García, Anoz-Carbonell, Pérez-Herrán, Martín, Lucía, Rodrigues and Aínsa.Aminoglycoside acetyltransferases are important determinants of resistance to aminoglycoside antibiotics in most bacterial genera. In mycobacteria, however, aminoglycoside acetyltransferases contribute only partially to aminoglycoside susceptibility since they are related with low level resistance to these antibiotics (while high level aminoglycoside resistance is due to mutations in the ribosome). Instead, aminoglycoside acetyltransferases contribute to other bacterial functions, and this can explain its widespread presence along species of genus Mycobacterium. This review is focused on two mycobacterial aminoglycoside acetyltransferase enzymes. First, the aminoglycoside 2′-N-acetyltransferase [AAC(2′)], which was identified as a determinant of weak aminoglycoside resistance in M. fortuitum, and later found to be widespread in most mycobacterial species; AAC(2′) enzymes have been associated with resistance to cell wall degradative enzymes, and bactericidal mode of action of aminoglycosides. Second, the Eis aminoglycoside acetyltransferase, which was identified originally as a virulence determinant in M. tuberculosis (enhanced intracellular survival); Eis protein in fact controls production of pro-inflammatory cytokines and other pathways. The relation of Eis with aminoglycoside susceptibility was found after the years, and reaches clinical significance only in M. tuberculosis isolates resistant to the second-line drug kanamycin. Given the role of AAC(2′) and Eis proteins in mycobacterial biology, inhibitory molecules have been identified, more abundantly in case of Eis. In conclusion, AAC(2′) and Eis have evolved from a marginal role as potential drug resistance mechanisms into a promising future as drug targets.FS-G and EA-C are recipients of FPU fellowships from the Spanish Ministry of Economy and Competitivity. JA acknowledges funding from the European Comission [More Medicines for Tuberculosis (MM4TB) grant 260872] and the Spanish Ministry of Economy and Competitivity (grants SAF-2013-48971-C2-2-R and SAF2017-84839-C2-1-R)