Dissertations / Theses on the topic 'Compound 1080'

Baiting with sodium monofluoroacetate (1080) to protect lambs (Ovis aries) from red foxes (Vulpes vulpes L.) has become more frequent in NSW and other parts of Australia during the last 10 years despite the lack of reported evidence evaluating the effects of fox baiting on lamb survival. NSW Agriculture has developed fox control recommendations aimed at minimising impact, but these guidelines have not been tested experimentally. Defining the extent of a pest problem and the effectiveness of pest control are key components of a strategic approach to vertebrate pest management as it is the damage of pests that justifies their control. This thesis describes an experimental evaluation of the recommended practice of fox control in NSW. The effects of three levels of fox control were tested in the experiment; no treatment, baiting once a year before lambing (the recommended practice) and baiting three times a year (thought to be the maximum farmers would instigate). Each treatment had two replicates. No previous manipulative experiment using synchronous controls and matched replicates has been undertaken to test the effects. The study quantifies the level of fox predation on healthy lambs and the level of predation on lambs that had other causes including illness and mismothering contributing to this fox predation. It also examines the response of the fox population, lamb predation and lambing outcomes to different levels of fox control. The cost effectiveness of fox control is examined in relation to lamb predation and an investigation of the optimum level of fox control is begun. The experiment also provides the first chance to consider the examination of multiple response variables and the scale of field ecology experiments required to recognise a significant response and avoid a Type II error due to between replicate variability even with tightly controlled site selection criteria to standardise experimental sites, and with the synchrony of experimental control and treatment surveys. The study occurred on five sheep properties near Boorowa (34°28'S, 148°32'E) and Murringo (34°18'S, 148°3 1'E) in south-eastern Australia. The terrain was undulating to hilly with a maximum elevation of 660 m above sea level. The main agricultural enterprises in the district are Merino wool, fat lamb and beef cattle production and winter cereal cropping. The native vegetation of Eucalyptus woodland has been mostly cleared, though remnant patches occur. Most of the area is now sown with pasture of Phalaris tuberosa, Lolium spp. and clover Trifolium spp.. The experimental properties grazed self-replacing Merino flocks, primarily for wool production, so lamb survival was vital to the economic operation of the farm. Over 50 selection criteria including lamb survival rates, ewe fertility and bloodline, sheep management practices, climate and habitat features that affect lamb survival, past fox control practices and prey species were used to select sites Sites were representative of most sheep farming properties in the region, but were also extremely similar in factors that affected fox abundance and ewe and lamb survival, thus minimising variation between replicate sites. The manufactured meat baits used to poison foxes contained 3 mg of sodium monofluoroacetate (compound 1080). A replacement baiting program was carried out in 1995 and 1996. Fox control programs were carried out over the experimental units and adjacent buffer zones covering approximately two fox territories, approximately 6km2, around the lambing paddock under study. The recommended fox control practices described by NSW Agriculture also included neighbouring farmers taking part in an extended group baiting program. In all the area baited at varying intensities totalled 3400 km2. Synchronised lambing with neighbours was a further recommended practice to reduce fox predation and was carried out on these sites. Lambing occurred during a six to eight week period in late winter on all sites, a practice known as 'spring lambing', and on many surrounding properties so a surplus of lambs was available to foxes over a relatively short time. The benefits of fox control were measured directly as enhanced lamb survival derived from differences in lamb marking rates between ultrasounded flocks of approximately 1000 ewes and the predation of lambs was measured from over 2000 lamb carcases post-mortemed in 1994, 1995 and 1996. A mean of 138 lambs were expected at ultrasounding from 100 ewes and 113 lambs per 100 ewes were alive at lamb marking. There was no significant (P>0.05) effect of fox control on lambing performance (the number of lambs per 100 ewes that lambed) Fox predation was inferred as the cause of lamb death in a minimum of 0.8% and a maximum of 5.3% of lamb carcases during 1995 and 1996. There was a significant (P<0 05) effect of fox control on the minimum possible percentage of lamb carcases classified as healthy lambs killed by foxes, with the percentage declining from 1.50% (no fox control), to 0.90% (fox control once per year) to 0.25% (fox control three times per year). There was also a significant (P<0.005) effect of fox control on the maximum possible percentage of lamb carcases classified as healthy lambs killed by foxes with the percentage declining from 10.25% (no fox control), to 6.50% (fox control once per year) to 3.75% (fox control three times per year). The observed results were used to estimate the number of treatment replicates needed to be confident of detecting an effect of predator control on lamb marking performance. The estimated numbers were very high if small effects were to be detected. No significant correlation between the fox density and the minimum and maximum possible number of lambs carcases classified as killed by foxes was found. Bait uptake was monitored as were the costs of fox control.

La primera part d’aquesta tesi aborda el tema de la b-boració d’iminas α,β-insaturades per la síntesi de γ-amino alcohols. Es descriu un nou mètode basat en la organocatàlisi, evitand la ultilizació de metalls de transició com catalizadors. En aquest cas el reactiu bis(pinacolat)diboron s’activa amb una base i MeOH generand in situ un bor nucleòfil que interacciona amb el doble enllaç d’imines α,β-insaturades, com sustrat acceptor. La ultilizació de fosfina és necessaria per activar el sustrat. En el cas de que la fosfina és (S)-MeBoPhoz la β-boración es produeix de forma enantioselectiva amb excessos enantiomèrics fins 70%. Una major diastereoselectividad s’obte despres de la reducció i oxidació per la formació del compost dessitjat γ-amino alcohol. De manera interesant, es pot dir que en pressència de catalitzadors de Cu, la utilización de aquesta mateixa fosfina como lligand, la enenatioselectivitat baixa fins valors moderats. S’ha tractat de utilizar aquesta mateixa via de síntesi per la preparació d’un compost bioactiu como el Tramadol. El capítulo 3, tracta d’aquesta síntesi i a pesar de que molts sistemas catalítics han estat considerats, cap ha donat un producte final òptim. La darrera part d’aquesta tesis tracta de la inserció d’un sistema diazo, tal como (trimetilsilil)diazometà), per generar compostos gem-diborans. El tractament dels compuestos gem-diborans com a bases litiadas, LiTMP, van genrar un carbanió estable el qual pot atacar compostos carbonílics como cetonas per donar lloc a la B-O eliminació via Peterson, i generar olefines gem-sililborans. Posterior funcionalizació, via Suzuki-Miyaura cross-coupling, ha estat demostrada en aquesta tesis. Més innovador ha resultat el process d’iododesililació, que ha permés la síntesi d’olefinas tetrasustituidas despres de dos acoplamients creuats selectius. S’ha pogut concluir la tesis amb la preparació de (E)-Tamoxifen amb elevats valors de selectivitat ( E/Z = 90:10).
La primera parte de esta tesis cubre el tema de la b-boración de iminas α,β-insaturadas para la síntesis de γ-amino alcoholes. Se describe un nuevo método basado en la organocatalisis, evitando la ultilización de metales de transición como catalizadores. En este caso el reactivo bis(pinacolato)diboron se activa con una base y MeOH generando in situ un boro nucleófilo que interacciona con el doble enlace de iminas α,β-insaturadas, como sustrato aceptor. La ultilización de fosfina es necesaria para activar el sustrato. Cuando la fosfina es (S)-MeBoPhoz la β-boración se produce de forma enantioselectiva con excesos enantiomericos hasta 70%. Una mayor diastereoselectividad se obtiene despues de la reducción y oxidación para la formación del compuesto deseado γ-amino alcohol. De manera interesante, se debe decir que en presencia de catalidores de Cu, la utilización de esta misma fosfina como ligando, la enenatioselectividad bajó hasta valores moderados. Se ha tratado de utilizar esta misma via de síntesis para la preparación de un compuesto bioactivo como el Tramadol. El capítulo 3, trata de esta síntesis y a pesar de que muchos sistemas catalíticos se han considerado, ninguno ha dado un producto final deseado. La última parte de esta tesis trata de la inserción de un sistema diazo, tal como (trimetilsilil)diazometano), para generar compuestos gem-diboranos. El tratamiento de los compuestos gem-diboranos con bases litiadas, tales como LiTMP, generaron un carbanion estabilizado el cual puede atacar compuestos carbonílicos como cetonas para dar lugar a la B-O eliminacion via Peterson, y dar lugar a las olefinas gem-sililboranos. Posterior funcionalización, via Suzuki-Miyaura cross-coupling, has sido demostrada en esta tesis. Incluso más innovador ha resultado el proceso de iododesililación, permitiendo la síntesis de olefinas tetrasustituidas despues de dos acoplamientos cruzados selectivos. Se ha podido concluir la tesis con la preparación de (E)-Tamoxifen con elevados valores de selectividad ( E/Z = 90:10).
The first part covered the topic of the β-boration reaction towards the synthesis of γ-amino alcohols. A new metal-free approach to the β-borylation of α,β-unsaturated imines generated in situ has been reported. In this case the diboron compound, bis(pinacolato)diboron, is activated by a base/MeOH system which generates a nucleophilic boron moiety that can interact with a α,β-unsaturated acceptor (imine). This latter is activated by a catalytic amount of phosphine. When a chiral phosphine such as (S)-MeBoPhoz is used, the β-borylation can be performed in an enantioselective manner with ee values up to 70%. After a high diasteroselective protocol of reduction and oxidation we could provide the desired γ-amino alcohol. Interestingly, when a copper salt is modified with the (S)-MeBoPhoz ligand the enantioselectivities dropped showing generally lower values of ee than the organocatalytic approach. It has been tried to apply this chemistry to the synthesis of bioactive compounds such as Tramadol This part of the manuscript covered the attempts that were made to achieve the total synthesis. Many catalytic systems have been tried but unfortunately, none of them had positive results. The last part of the thesis is based on the insertion of a diazocompound, such as (trimethylsilyl)diazomethane), to generate the gem-diboron compound 18. The treatment of compound 18 with a lithiated base, such as LiTMP, generated a stabilized carbanion which can attack carbonyl compounds like ketones to afford, after a Peterson-type B-O elimination, a gem-silylboron olefin. We demonstrated that further functionalizations, suck as Suzuki-Miyaura cross-coupling, could be performed. Even the more challenging iododesilylation was successfully allowing the synthesis of tetrasubstituted olefins after two consecutive cross-couplings. Towards this aim, the synthesis of (E)-Tamoxifen was achieved with high values of selectivity (ratio E/Z = 90:10).

Research for new antivirals to treat Influenza A virus infections has gained importance during this last decade due to the imminent danger of an Influenza pandemic. For some years, several new strains of this virus have appeared worldwide causing small outbreaks with a notable relevance, for example the ‘avian flu’ (H5N1 in 2007; H7N9 in 2012) and ‘swine flu’ (H1N1 in 2009), that have triggered the assumption that a new pandemic is coming. There are several strategies to treat an Influenza A virus infection targeting some of its surface proteins. In this Thesis, several compounds inhibiting the M2 channel of the virus are designed, synthesized and evaluated. Our approach is based on the synthesis of amantadine’s analogues by ring expansion, contraction and rearrangement. Amantadine is a drug already approved by the FDA for the treatment of Influenza A virus and it is known to target the M2 channel. Although it is no longer in use, because the FDA has recommended against its use, due to the appearance of resistance, it possessed good activity and an acceptable pharmacological behaviour. Our main goal was to synthesize an analogue of amantadine that was able to overcome the resistant virus and provide a new therapeutic alternative to the already marketed neuraminidase inhibitors such as Oseltamivir and Zanamivir. Importantly, we took advantage of the wide expertise of our research group in synthesizing polycyclic compounds to start a new research field that was based on the application of these optimized synthetic routes to the Medicinal chemistry. We established some external collaboration in order to set up the milestones and to build the rationale of the current project. These new collaborations are the following: - Prof. Lieve Naesens research group in the Rega Institute for Medical Research in Leuven, Belgium. This group of virologist made the plaque reduction assays and the study of the mutants to establish the mechanism of action of the tested compounds. - Lawrence H. Pinto research group of the Northwestern University, Evanston, Illinois, USA. This group of biochemist made the patch clamp assay to check if our compounds targeted the M2 channel. - Prof. Javier Luque of Universitat de Barcelona, Barcelona, España. This group made the docking and molecular dynamics of our compounds. In the following figures, the general structures of the compounds synthesized in the current Thesis are shown. Several of them showing an outstanding activity that allowed us to publish in the most important journals of the Medicinal Chemistry field: It it worth to mention that, several compounds have shown better activity than the reference compound, Amantadine. The most distinguished compounds are the following: Compound 1, 2 and 3 showed a superior activity against H1N1 strain in the cell culture assay while being almost inactive in the patch clamp assay. Prof. Lieve Naesen’s research group tried to identify the mechanism of action of these compounds selecting the mutants of hemagglutinin under the pressure of our compounds, revealing that this protein was the target of the first cluster of molecules. Compound 4 and 5 showed an outstanding activity against the wild-type and V27A M2 channels of influenza A virus. Taken together, all of these results show that tuning the polycyclic scaffold of amantadine could be the way to overcome the already stated resistance. A second part of this current Thesis consisted in a collection of compounds that have activity against vaccinia virus. These compounds are analogues of Tecovirimat®, a compound that it is currently in phase III clinical trials. When we started this project, we wanted to explore the impact in the EC50 of changing the polycyclic scaffold of the Tecovirimat® molecule, a common tool used in Medicinal Chemistry. We synthesized nearly 40 compounds and we obtained activities similar to Tecovirimat®, although none of our molecules was better than the reference compound.

Systems based on the organic ligand 3-bpp display a wide variety of magnetic behaviour, and have been studied in depth in the field of spin crossover (SCO). However, despite the apparent richness of SCO behaviour observed for 3-bpp systems, at the time of undertaking this thesis there were no published examples of the use of synthetic derivatives of 3-bpp in this field of research. This was remarked upon by Olguín and Brooker, who attributed this lack of 3-bpp analogues not to a lack of interest, but to “synthetic issues”. Therefore, the initial challenge set out was to develop a methodology that would allow the synthesis of functionalised 3-bpp ligands. Once obtained, these ligands would then be used for the generation of mononuclear Fe(II) compounds, with a view to study their macroscopic properties. Provided that this strategy was successful, and depending on the availability of structural data, an attempt would then be made to outline correlations between the observed magnetic properties and the relationship between the lattice entities, both spin-active and –inactive. The development of this work is detailed over the course of the ten Chapters. The first is an Introduction, primarily to the general field of SCO, the theory underlying its occurrence and its potential utility, but also describes the latest advances in the field before focussing on the family of 3-bpp systems. Chapter 2 contains the synthetic procedures and experimental details for the physical characterisation of the compounds obtained. Chapter 3 then describes the development of the novel polypyrazolyl ligands that have been designed for the subsequent investigation of their coordination chemistry. The magneto-structural properties of a new [Fe(3-bpp)2]2+ salt are described, and the compound shown to display a gradual spin crossover. Chapters 4 and 5 provide an in-depth study of a mononuclear compound, [Fe(H4L)2](ClO4)2•H2O•2(CH3)2CO (1), containing one of the polypyrazolyl ligands. A strongly cooperative spin transition is found to be intimately related to the structure and level of disorder within the lattice. This conclusion is supported by a description of the thermally trapped crystal structure. The photo-physical properties of 1 are then described, through the study of its meta-stable HS phase, which is distinct to the thermally trapped meta-stable HS phase. A Raman spectroscopy study of the system is then used to observe photo-switching within the hysteresis loop, and as a means of following the pressure-induced spin switch. Chapters 6 and 7 use compound 1 as the basis of an investigation into the effect of varying the anions and solvents within the lattice on the magnetic properties and crystal packing. A case where the spin crossover becomes more cooperative on ageing the compound is described. Chapter 8 details the compounds obtained using another 3-bpp derivative, which results in the formation of distorted structures that do not display SCO. In Chapter 9, the structural data provided by this thesis is collated with that found in the CSD for mononuclear Fe(II) systems with 3-bpp ligands. The data is then analysed from two points of view: a first, which involves previously defined parameters for the distortion of the cations, both in terms of their shape and in terms of the coordination sphere using Continuous Symmetry Measures. And a second, which uses Hirshfeld surface analysis to look at the bonding motifs and intermolecular interactions that are observed in the novel compounds obtained in this thesis. Chapter 10 offers conclusions based on the results obtained in this thesis.
A pesar de la riqueza de los comportamientos de la transición de espín de los sistemas basados en el ligando 3-bpp, no se ha estudiado ningún derivado del ligando. Así pues, el reto inicial de esta tesis fue el de desarrollar ligandos derivados del 3-bpp. Estos se utilizarían en la síntesis de compuestos mononucleares de Fe(II), para estudiar sus propiedades macroscópicas. Este trabajo se detalla a lo largo de nueve capítulos. El capítulo 2 contiene los procedimientos experimentales para la síntesis y caracterización de los compuestos obtenidos. El capítulo 3 describe el desarrollo de los ligandos que fueron utilizados en la química de coordinación. Se detallan las propiedades magneto-estructurales de una nueva sal [Fe(3-bpp)2](ClO4)2 que presenta una transición de espín gradual. Los capítulos 4 y 5 estudian el compuesto [Fe(H4L)2](ClO4)2•H2O•2(CH3)2CO (1). Se observa que una transición de alta cooperatividad se asocia al desorden cristalográfico. Se procede a describir las propiedades foto-físicas del compuesto, mediante el estudio de su fase meta-estable de espín alto inducido por irradiación. Un estudio de espectroscopia de Raman se llevó a cabo, permitiendo así la observación de un proceso de “photo-switch” dentro del ciclo de histéresis. Los espectros obtenidos sirvieron para seguir la transición al aplicar una presión externa. Los capítulos 6 y 7 investigan el efecto de los aniones y disolventes sobre las propiedades magnéticas y el empaquetamiento estructural del compuesto 1. Se describe un caso dónde un proceso de envejecimiento del compuesto lleva a que se aumente su grado de cooperatividad. En el capítulo 8, se utiliza otro derivado del 3-bpp para preparar unos compuestos mononucleares de Fe(II). Debido a la deformación estructural presentada por estos compuestos, no se observa una transición de espín. En el capítulo 9, se recogen los datos estructurales obtenidos a lo largo de la tesis, y se combinan con los datos disponibles en el CSD para compuestos mononucleares de Fe(II). Se analizan los datos para medir la forma y distorsión de los cationes, y para estudiar los tipos de interacción intermolecular mediante los análisis de superficies de Hirshfeld. El capítulo 10 saca unas conclusiones basadas en los resultados descritos en los capítulos anteriores.

L’objectiu d’aquesta tesis es desenvolupar una nova estratègia preventiva i terapèutica que requereixi les mínimes modificacions dels hàbits dietètics simultàniament efectiva en contra de l’obesitat i les seves malalties associades. Per aquest estudi s’han seleccionat compostos alimentaris presents en una dieta sana on el seus efectes beneficiosos han estat documentats tant en la obesitat com el risc de patir malalties cardiovasculars. S’inclou els polifenols com l’epigallocatechin gallate (EGCG) i les proantocyanidines i també els àcids grassos poliinsaturats omega 3 (PUFAs) o l’àcid docosahexaenoic (DHA). El treball esta enfocat en el funcionament mitocondrial del múscul, el teixit mes important de l’organisme en el control del balanç de nutrients. Els nostres resultats indiquen que hi ha una millora postprandial amb un increment de la capacitat d’oxidació dels àcids grassos millorant el perfil lipídic i la flexibilitat metabòlica.
El objetivo principal de esta tesis es desarrollar una nueva estrategia preventiva y terapéutica que requiera les mínimas modificaciones de los hábitos dietéticos simultáneamente efectiva en contra de la obesidad y sus enfermedades asociadas. Para este estudio se han seleccionado compuestos alimentarios presentes en una dieta sana dónde sus efectos beneficiosos han estado documentados tanto en la obesidad como en el riesgo de desarrollar enfermedades cardiovasculares. Se incluyen los polifenoles como el epigalocatequin galato (EGCG) y las proantocianidinas; también los ácidos grasos poliinsaturados omega 3 (PUFAs) y el acido docosahexaenoico (DHA). El trabajo está enfocado en el funcionamiento mitocondrial de musculo, el tejido más importante del organismo en el control del balance de nutrientes. Nuestros resultados indican que hay una mejora postprandial con un incremento de la capacidad de oxidación de los ácidos grasos mejorando el perfil lipídico y la flexibilidad metabólica.
The global goal of the present thesis is the development of a new preventative and therapeutic strategy that requires only minor modifications of dietary habits and simultaneously effective against obesity and its major associated diseases. For this study, we have selected food ingredients characteristic in healthy diets which has been documented beneficial effects on obesity or cardiovascular disease risk. These include plant polyphenols, epigallocatechin gallate (EGCG) and proanthocyanidins as well as the sea fish omega-3 polyunsaturated fatty acids (PUFAs) and docosahexaenoic acid (DHA). Our work is focused on the mitochondrial function of skeletal muscle, a major player in the body’s overall nutrient balance, and adipose tissue, which is the key regulator of energy homeostasis in the organism affected by obesity and related diseases. Our results indicate a postprandial improvement with an increase of the fatty acid oxidation capacity, improving lipid profile and metabolic flexibility.

La immunoteràpia nutricional es basa en fomentar la salut mitjançant el consum de compostos bioactius presents de manera natural en els aliments, com les procianidines, un tipus de flavonoid, i/o l’àcid docosahexaenoic (DHA), un àcid gras omega-3, optimitzant la funcionalitat del propi sistema immune i millorant així el seu paper com a responsable de la preservació de l’organisme enfront desestabilitzadors de la homeòstasis. La recerca que aquesta tesi abasta es centra en el paper del perfil nutricional en la regulació de la interacció immunitat-metabolisme (immunometabolisme). Amb aquesta finalitat, en la primera part del treball presentat en aquesta tesi, es va determinar si els macròfags, les cèl•lules efectores de la immunitat innata, poden percebre de manera diferencial la composició de la dieta. Hem demostrat que els compostos bioactius dels aliments modulen, a nivell molecular, l’activació dels macròfags. A més, aquest efecte immunomodulador és dependent del compost, on factors intrínsecs com les propietats químiques o nutritives són determinants per la seva bioactivitat. La segona part va tenir com a objectiu determinar el paper primordial del patró nutricional en la regulació de la interacció entre el sistema immune i el metabolisme. Utilitzant un model d’obesitat induïda per la dieta es va inferir que, mentre una dieta hipercalòrica provoca un deteriorament de l’immunometabolisme, el consum de bioactius pot enfortir-ne la relació. A la tercera part, es va analitzar el paper de les interaccions gen-dieta en l’expressió fenotípica dels trets associats amb la obesitat. Per aquest motiu, dos races de rates congènites, fenotípicament diferents, van ser sotmeses a un desequilibri immunometabòlic com a conseqüència de la ingesta d’una dieta hipercalòrica. Es va deduir que les interaccions entre els factors genètics i nutricionals són fonamentals per a la susceptibilitat d’un genotip a l’obesitat induïda per la dieta. Hem establert que el perfil nutricional és una eina poderosa per orientar la funcionalitat de l’eix immunometabòlic. A més, arribem a la conclusió que compostos bioactius presents en els aliments poden millorar-ne l’eficiència d’aquest eix, promovent així un estat saludable.
La immunoterapia nutricional se basa en fomentar la salud mediante el consumo de componentes bioactivos presentes de forma natural en los alimentos, como las procianidinas, un tipo de flavonoides, o el ácido docosahexaenoico (DHA), un ácido graso omega-3, optimizando la funcionalidad del propio sistema inmune y mejorando así su papel como responsable de la preservación del organismo frente a desestabilizadores de la homeostasis. La investigación que engloba esta tesis se centra en el papel del perfil nutricional en la regulación de la interacción inmunidad-metabolismo (immunometabolismo). Con esta finalidad, en la primera parte del trabajo presentado es esta tesis, se determinó si los macrófagos, las células efectoras de la inmunidad innata, pueden percibir de manera diferencial la composición de la dieta. Hemos demostrado que los compuestos bioactivos de los alimentos modulan, a nivel molecular, la activación de los macrófagos. Además, este efecto immunomodulador es dependiente del compuesto, donde factores intrínsecos tales como sus propiedades químicas o nutritivas son determinantes para su bioactividad. La segunda parte tuvo como objetivo determinar el papel primordial del patrón nutricional en la regulación de la interacción entre el sistema inmune y el metabolismo. Utilizando un modelo de obesidad inducida por la dieta se infirió que, mientras una dieta hipercalórica provoca un deterioro del immunometabolismo, el consumo de bioactivos pueden fortalecer su estrecha relación. En la tercera parte, se analizó el papel de las interacciones gen-dieta en la expresión fenotípica de los rasgos asociados con la obesidad. Para ello, dos razas de ratas congénitas, fenotípicamente diferentes, fueron sometidas a un desequilibrio immunometabólico como consecuencia de la ingesta de una dieta hipercalórica. Se dedujo que las interacciones entre los factores genéticos y nutricionales son fundamentales para la susceptibilidad de un genotipo a la obesidad inducida por la dieta. Hemos establecido que el perfil nutricional es una herramienta poderosa para orientar la funcionalidad del eje immunometabólico. Además, llegamos a la conclusión que compuestos bioactivos presentes en los alimentos pueden mejorar la eficiencia de este eje, promoviendo así un estado saludable.
Nutritional immunotherapy is based on promoting health through the dietary intake of natural bioactive compounds found in food, such as the procyanidins and docosahexaenoic n-3 polyunsaturated fatty acid (DHA), optimising the functionality of the host’s own immune system and improving its role in the preservation of the body against destabilisers of homeostasis. The research that this thesis encompasses is focused on the role of the nutritional profile in the regulation of immunometabolism. To accomplish this purpose, in the first part of the work presented in this thesis, we determined whether macrophages, the effector cells of innate immunity, could differentially sense dietary composition. We demonstrated that bioactive food compounds modulate, at the molecular level, the functionality of macrophages by hindering macrophage activation. Furthermore, this immunomodulatory effect is compound-dependent, relying on the intrinsic factors of each compound, such as chemical and nutritional properties, to determine its bioactivity. The second part was aimed at determining the role of the dietary pattern within the complex crosstalk of immunity and metabolism using an in vivo model of diet-induced obesity. We determined that immunometabolic regulation depends on the nutritional profile. While a diet based on foods with a high energy content can weaken immunometabolism, the presence of bioactive foods can strengthen the relationship. Within the third part, we evaluated the role of gene-diet interactions in the phenotypic expression of obesity-related complex traits. Using a diet-induced obesity model, two distinct genetic backgrounds (phenotypically different inbred rat strains) were immunometabolically challenged. Our results revealed that interactions between genetic and dietary factors are fundamental for the susceptibility of a genotype to diet-induced obesity. We established that the nutritional profile is a powerful tool to target the functionality of the immunometabolic axis. We further concluded that bioactive compounds present in food improve the efficiency of this axis, thereby promoting a healthy state.

Els fàrmacs constitueixen un grup gran, important i divers, de compostos químics dissenyats per a causar efectes terapèutics sobre la salut principalment humana, però també animal. Per la seva composició, són bioactius i difícils de degradar encara que presentin una dosi mínima. La seva varietat estructural, de composició i efectes és enorme i mentre que alguns d'ells són eliminats completament a les depuradores, d'altres romanen inalterats o parcialment transformats. A més a més, malgrat ser estrictament regulats per assajos clínics abans de la seva distribució al mercat, no existeixen restriccions específiques per al seu alliberament en el medi ambient, i encara manca un mètode de quantificació estàndard per a detectar-los. Cal implementar tecnologies alternatives en les depuradores per a eliminar aquests principis actius de l'aigua abans de ser abocats al medi ambient. Un possible tractament és l'ús de fongs ligninolítics per a degradar aquests compostos. En relació amb aquest tractament, el fong T. versicolor, membre del grup de fongs de podridura blanca, ha estat àmpliament estudiat en l'eliminació de molts fàrmacs en aigües residuals i condicions no estèrils. Tanmateix, encara hi ha diverses qüestions a resoldre d’entre les quals en destaquen: els compostos recalcitrants, la generació de productes de transformació i colls d'ampolla operacionals. Es consideren recalcitrants aquells fàrmacs que romanen inalterats a causa de la seva estructura estable durant els tractaments d’eliminació. En el cas dels tractaments amb fongs, aquesta estabilitat depèn principalment de factors com el mecanisme de degradació, directament afectat pel metabolisme de les espècies de fong emprades. Per tal de descobrir candidats potencials per a l'eliminació i biodegradació de compostos recalcitrants es va realitzar un experiment de cribatge entre 6 espècies diferents de fongs. Espècies poc estudiades, com ara S. rugosoannulata i G. luteofolius, van permetre obtenir importants eliminacions vinculades amb processos de biodegradació. També es va estudiar l'eliminació de fàrmacs tenint en compte els diferents mecanismes de biodegradació i sorció en cultius submergits. Pel que fa a la sorció, les anàlisis dels fàrmacs presents en la fase líquida i en la biomassa del fong mostren resultats semblants respecte de la sorció estimada a partir de controls amb biomassa de fong inactivats per calor. S'ha demostrat que 6 dies no és temps suficient per al fong per a poder degradar els contaminants adsorbits. Pel que fa a la generació de productes de transformació a partir dels compostos principals, es van identificar o-desmethylvenlafaxine i n-desmethylvenlafaxine com els dos principals productes de transformació biològica generats durant la degradació del compost recalcitrant venlafaxina. D'altra banda, els productes de transformació generats pel fong P. ostreatus en la degradació de diclofenac i ketoprofè coincideixen amb les molècules generades per T. versicolor en el mateix tipus de tractament, segons els seus perfils de ressonància magnètica nuclear. A més a més, estudis sobre dos dels principals mecanismes enzimàtics dels fongs, van demostrar que l'enzim extracel·lular lacasa està implicat en la degradació de compostos recalcitrants com l'atenolol, mentre que el complex enzimàtic intracel·lular citocrom P450 intervé en l’eliminació de diclofenac. Els colls d'ampolla operacionals com la competència de la microbiota nativa pels nutrients en els bioreactors fúngics provoquen diversos problemes en l’aplicació del tractament en continu. Per a prevenir la proliferació de bacteris, es va avaluar la implementació d'un biofiltre de sorra per a la reducció de la càrrega bacteriana en aigües residuals d'hospital. Malgrat aconseguir certa reducció bacteriana, aquest pretractament no va permetre reduir prou la càrrega bacteriana d’entrada del reactor amb el fong. En canvi, la microbiota nativa present en el biofiltre de sorra va ser capaç d’eliminar concentracions de l’antibiòtic ciprofloxacina i l'analgèsic ibuprofè. Això va motivar l’anàlisi molecular mitjançant electroforesi en gel de gradient desnaturalitzant (DGGE) per tal d’analitzar els canvis que es produïen en la microbiota com a conseqüència de l’exposició continuada a fàrmacs i quines poblacions microbianes eren candidats potencials responsables de l’eliminació dels fàrmacs en qüestió. Un altre dels problemes operatius a tractar en reactors amb T. versicolor va ser la necessitat de proveir de carboni el reactor per una banda, i del control del pH per l’altra. En aquesta tesi, P. ostreatus i S. rugosoannulata han demostrat poder-se autoproveir de carboni a partir d'aigües residuals amb alts valors de demanda química d'oxigen (DQO), evitant així la necessitat del seu subministrament. A més a més, S. rugosoannulata també va poder reduir el pH de les aigües residuals hospitalàries al seu nivell òptim i, per tant, va mostrar trets prometedors de cara a la seva futura plena implementació en reactors.
Los fármacos son un grupo grande, importante y diverso, de compuestos químicos diseñados para causar efectos terapéuticos sobre la salud principalmente humana, pero también animal. Por su composición, son bioactivos y difíciles de degradar aunque presenten una dosis mínima. Su variedad estructural, de composición y efectos es enorme y mientras que algunos de ellos son eliminados completamente en las depuradoras, otros permanecen inalterados o parcialmente transformados. Además, a pesar de ser estrictamente regulados por ensayos clínicos antes de su distribución en el mercado, no existen restricciones específicas para su liberación en el medio ambiente, y aún falta un método de cuantificación estándar para detectarlos. Hay que implementar tecnologías alternativas en las depuradoras para eliminar estos principios activos del agua antes de ser vertidos al medio ambiente. Un posible tratamiento es el uso de hongos ligninolíticos. En relación con este tratamiento, el hongo T. versicolor, perteneciente al grupo de hongos de podredura blanca, ha sido ampliamente estudiado en la eliminación de muchos principios activos farmacéuticos en aguas residuales y condiciones no estériles. Sin embargo, aún hay varias cuestiones a resolver entre las cuales destacan: los compuestos recalcitrantes, la generación de productos de transformación y cuellos de botella operacionales. Se consideran recalcitrantes aquellos fármacos que permanecen inalterados debido a su estructura estable durante los tratamientos de eliminación. En el caso de los tratamientos con hongos, esta estabilidad depende principalmente de factores como el mecanismo de degradación, directamente relacionado con el metabolismo de las especies de hongo empleadas. En ese sentido se realizó un experimento de cribado entre 6 especies diferentes de hongos para descubrir candidatos potenciales para tratar compuestos recalcitrantes. Especies hasta ahora poco estudiadas, como S. rugosoannulata y G. luteofolius, proporcionaron importantes eliminaciones, vinculadas a procesos de biodegradación. También se estudió la eliminación de fármacos teniendo en cuenta los diferentes mecanismos de biodegradación y sorción en cultivos sumergidos. En cuanto a la sorción, los análisis de los fármacos presentes en la fase líquida y en la biomasa del hongo muestran resultados similares respecto a la sorción estimada a partir de controles con biomasa de hongo inactivada por el calor. Se ha demostrado que 6 días no es tiempo suficiente para que el hongo pueda degradar los contaminantes adsorbidos. En cuanto a la generación de productos de transformación a partir de compuestos principales, se identificaron o-desmethylvenlafaxine y n-desmethylvenlafaxine como los dos principales productos de transformación biológica generados durante la degradación del compuesto recalcitrante venlafaxina. Por otra parte, los productos de transformación generados por el hongo P. ostreatus en la degradación de diclofenaco y ketoprofeno coinciden con las moléculas generadas por T. versicolor en el mismo tratamiento, según sus perfiles de resonancia magnética nuclear. Además, estudios sobre dos de los principales mecanismos enzimáticos de los hongos, demostraron que enzima extracelular lacasa está implicada en la degradación de compuestos recalcitrantes como el atenolol, mientras que el complejo enzimático intracelular citocromo P450 interviene en la eliminación de diclofenaco. Los cuellos de botella operacionales como la contaminación microbiana y la competencia por los nutrientes en los biorreactores fúngicos provocan varios problemas en el mantenimiento de los mismos. Para prevenir la proliferación de bacterias se evaluó la implementación de un biofiltro de arena para la reducción de la carga bacteriana en aguas residuales de hospital. A pesar de conseguir cierta reducción bacteriana, este pretratamiento no permitió reducir suficientemente la carga bacteriana de entrada del reactor con el hongo. En cambio, la microbiota nativa presente en el biofiltro de arena fue capaz de eliminar concentraciones del antibiótico ciprofloxacina y el analgésico ibuprofeno. Esto motivó el análisis molecular mediante electroforesis en gel de gradiente desnaturalizante (DGGE) para analizar los cambios que se producían en la microbiota como consecuencia de la exposición continuada a fármacos y que poblaciones microbianas eran candidatos potenciales responsables de la elimincación de dichos fármacos. Otro de los problemas operativos a tratar en reactores con T. versicolor es la necesidad de proveer el reactor de carbono por un lado, y del control del pH por el otro. En esta tesis, P. ostreatus y S. rugosoannulata han demostrado poderse autoproveer de carbono a partir de aguas residuales con altos valores de demanda química de oxígeno (DQO), evitando así la necesidad de su suministro. Además, S. rugosoannulata también pudo reducir el pH de las aguas residuales hospitalarias a su nivel óptimo y, por tanto, mostró rasgos prometedores para su futura implementación completa en reactores.
Pharmaceutical active compounds are an important, large and diverse group of chemical compounds designed to cause therapeutic effects on health, mainly human but also animal. Because of their composition, they are bioactive and difficult to be degraded even when present at a minimal dose. Their variety of structure, composition and effects is huge, while some of them are completely removed at wastewater treatment plants, others are only partially or non-removed. Furthermore, despite of being strictly regulated by clinical trials before their market distribution, specific restrictions for their release in the environment are almost non-existent, and there is not a standard quantification method yet. Regarding this situation, there is a need to implement alternative technologies in wastewater treatment plants to remove pharmaceuticals from water before entering the environment. One possible treatment is the use of ligninolytic fungi to degrade these compounds. In relation with this approach, the white-rot fungus T. versicolor has been widely studied in the removal of many pharmaceutical active compounds in wastewater under non-sterile conditions. However, there are still several questions to tackle: recalcitrant compounds unable to be degraded, the generation of transformation products, and operational bottlenecks can be highlighted among many other. Certain pharmaceuticals are considered recalcitrant due to its stable structure when treated for their removal. In fungal treatment, this stability depends mainly on factors such as the degradation mechanism, which is directly affected by the metabolism of the fungal species. A screening experiment among 6 different species of fungi attempted to discover new candidates in the removal and biodegradation of recalcitrant compounds. Scarcely studied species such as S. rugosoannulata and G. luteofolius obtained considerable removals linked to biodegradation processes. The removal of pharmaceutical active compounds has also been studied in terms of biodegradation and sorption mechanisms in submerged cultures. Regarding sorption processes, the analyses of the pharmaceutical active compounds present in liquid phase and in fungal biomass showed similar results respect to the sorption estimated by heat killed control biomass. It has been proven that 6 days is generally insufficient time for fungal biomass to degrade the adsorbed contaminants. Concerning the generation of transformation products from parental compounds, odesmethylvenlafaxine and n-desmethylvenlafaxine were identified as the two main biological transformation products generated during the degradation of the recalcitrant compound venlafaxine. On the other hand, transformation products generated by the fungus P. ostreatus in the degradation of diclofenac and ketoprofen coincide with the molecules generated by T. versicolor in the same treatment according to their nuclear magnetic resonance profiles. Besides, studies on two main fungal enzymatic mechanisms showed that the extracellular enzyme laccase is involved in the degradation of recalcitrant compounds such as atenolol, whereas the intracellular enzymatic complex cytochrome P450 is involved in diclofenac transformation. Operational bottlenecks, such as microbial competition by native microbiota for nutrients in fungal bioreactors, cause several problems in applying continuous treatment. In order to prevent bacteria proliferation, the implementation of a biosand filter for the reduction of a high bacterial load in hospital wastewater was evaluated. This pretreatment was not able to achieve enough reduction in bacterial load of the fungal reactor’s inlet. Instead, the native microbiota present in the biosand filter was able to remove spiked concentrations of the antibiotic ciprofloxacin and the analgesic ibuprofen. This opened the way for a molecular biology study with denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) to analyse which changes in the microbiota could entail the presence of potential candidates for pharmaceutical removal and which could be those microorganisms. Other operational issues to be tackled in T. versicolor reactors were the need for carbon supply and the pH control. In this thesis, P. ostreatus and S. rugosoannulata have proven able to self-obtain its carbon source from wastewaters achieving high chemical oxygen demand (COD) reductions, avoiding the need for carbon supply. Besides, S. rugosoannulata was also able to lower the pH of hospital wastewaters to its optimal, and hence showing promising features to its full implementation in reactors.

En esta Tesis Doctoral se han preparado una serie de ligandos carbeno N-heterocíclico (NHC, por sus siglas en inglés) funcionalizados con sistemas poliaromáticos. En primer lugar se prepararon una serie de ligandos NHC que incorporan fragmentos poliaromáticos basados en pireno, fenantrofenacina y acenaftoquinoxalina. Estos ligandos fueron coordinados a fragmentos metálicos de iridio, rodio, níquel y paladio. Con fines comparativos, se obtuvieron los complejos análogos derivados de los ligandos imidazolilideno y benzoimidazolilideno. Los complejos derivados de iridio y níquel nos permitieron estudiar las propiedades electrónicas de los ligandos. De manera particular, en esta Tesis Doctoral se demostró, mediante cálculos computacionales de DFT, estudios de infrarrojo y electroquímicos, que las propiedades electrónicas de los ligandos poliaromáticos pueden ser moduladas mediante compuestos orgánicos que favorecen el apilamiento-¿ como, por ejemplo, pireno y hexafluorobenceno. Además, mediante técnicas experimentales y teóricas, se determinó de manera inequívoca la constate de asociación y la regioselectividad de la interacción entre los ligandos NHC con sistemas poliaromáticos y reactivos capaces de establecer interacciones de apilamiento-¿. Asimismo, se demostró que la actividad catalítica de algunos de los complejos preparados puede verse afectada por la presencia de un compuesto que favorezca el apilamiento. En segundo lugar, preparamos una serie de complejos di-metálicos y tri-metálicos basados en ligandos NHC, en los que las unidades carbeno se encuentran unidas por sistemas poliaromáticos extendidos. Cabe destacar que en la literatura hay muy pocos ejemplos de este tipo de complejos. Finalmente, se amplió la versatilidad coordinativa de los ligandos bis(NHC) derivados de bis(imidazolilidinas). Para ello hemos utilizado dos estrategias sintéticas: i) la doble activación C-H de un grupo C(sp3)H2 y ii) la activación de la sal de azolio con una base débil.

Mestrado em Biologia Aplicada - Toxicologia e Ecotoxicologia
Os organismos aquáticos podem estar constantemente expostos a cianotoxinas e contaminantes antropogénicos provenientes das florescências de cianobactérias e das atividades humanas, respetivamente. A microcistina-LR (MC-LR) e a cilindrospermopsina (CYN) são as cianotoxinas mais frequentemente detetadas nas florescências de cianobactérias e têm sido encontradas simultaneamente na água. Os metais e pesticidas são contaminantes antropogénicos normalmente encontrados no ambiente aquático como resultado da intensificação das atividades agrícolas e industriais. O cádmio (Cd) e a terbutilazina (TBA) foram selecionados como exemplos de metais e pesticidas que podem co-ocorrer com cianotoxinas no ambiente. No entanto, o risco ecotoxicológico combinado de cianotoxinas e/ou contaminantes antropogénicos existentes no ambiente aquático é ainda pouco conhecido. O presente trabalho teve como objetivo identificar alguns padrões e comportamentos biológicos relativamente a este tipo de combinações. Os efeitos de misturas binárias de MC-LR, CYN, Cd e TBA foram avaliados nas taxas de crescimento da alga Chlorella vulgaris após 4 e 7 dias de exposição, usando o modelo de referência de ação independente (AI). A ferramenta MIXTOX foi usada para avaliar possíveis desvios ao modelo de referência (devido a interações entre compostos), tais como sinergismo/antagonismo, dependência da dose ou do rácio da mistura. Os resultados demonstraram vários padrões de resposta, dependendo da mistura binária testada. Foi detetado sinergismo na mistura de MC-LR e CYN em ambos os períodos de exposição. Na mistura de MC-LR e TBA, houve um desvio dependente do nível da dose entre os componentes para ambos os períodos de exposição, onde se observou antagonismo e sinergismo para concentrações baixas e elevadas de ambos os compostos, respetivamente. Na mistura de MC-LR e Cd, registou-se antagonismo após 4 dias de exposição e um desvio dependente do nível da dose entre os componentes após 7 dias de exposição, observando-se sinergismo e antagonismo para concentrações baixas e elevadas de ambos os compostos, respetivamente. Embora na mistura de CYN e TBA se tenha observado um desvio dependente do rácio entre os componentes, com um padrão de antagonismo perante a dominância da CYN, na mistura de CYN e Cd observou-se antagonismo após 4 dias de exposição. Após 7 dias de exposição foi observado um padrão semelhante de resposta em ambas as misturas contendo CYN, ou seja, um desvio dependente do nível da dose entre os componentes na qual se observou sinergismo para as concentrações baixas e antagonismo para as concentrações elevadas testadas de ambos os compostos. Para a mistura de TBA e Cd, registou-se antagonismo após 4 dias de exposição e um desvio dependente do nível das doses entre os componentes (antagonismo para concentrações baixas e sinergismo para concentrações elevadas de ambos os componentes) após 7 dias de exposição. Devido à diversidade de efeitos e comportamentos que podem resultar da combinação de tóxicos bastante comuns, este estudo mostra a importância de avaliar os efeitos combinados de cianotoxinas e/ou contaminantes antropogénicos.
Aquatic organisms may be exposed to cyanotoxins and anthropogenic contaminants originated from harmful cyanobacterial blooms and human activities, respectively. Microcystin-LR (MC-LR) and cylindrospermopsin (CYN) are the most frequently detected cyanotoxins in harmful cyanobacterial blooms and have been simultaneously reported in the water. Metals and pesticides are anthropogenic contaminants commonly found in the aquatic environment as a result of the intensification of agricultural and industrial activities. Cadmium (Cd) and terbuthylazine (TBA) were chosen as an example of the possible metals and pesticides that can co-occurr with cyanotoxins in the environment. However, the ecotoxicological risk of combinations of cyanotoxins and/or anthropogenic contaminants in the aquatic environment needs more studies. The present work aimed to elucidate some biological behaviours and patterns regarding these combinations. The effects of binary mixtures of MC-LR, CYN, Cd and TBA on the growth rate of the freshwater algae Chlorella vulgaris were assessed after 4 and 7 days of exposure using the reference model of independent action (IA). The MIXTOX tool was used to detect possible deviations (due to the interaction between compounds) from the reference model such as synergism/antagonism, dose ratio and dose level dependency. The results demonstrated that several patterns of response were obtained depending on the binary mixture. Synergism was detected in the mixture of MC-LR and CYN for the two exposure periods. In the MC-LR and TBA mixture, a dose-level deviation was observed for the two exposure periods indicating antagonism at low dose levels and synergism at high dose levels. In the MC-LR and Cd mixture, deviations for antagonism were found for a 4-day exposure period while a dose-level deviation was observed for a 7-day exposure period showing synergism at low dose levels and antagonism at high dose levels. A dose-ratio deviation was observed in the CYN and TBA mixture, with a pattern for antagonism when CYN was the compound dominant, while deviations for antagonism were observed in the CYN and Cd mixture for a 4-day exposure period. Similar patterns of response were obtained for both mixtures involving CYN after 7 days of exposure, namely dose-level deviation indicating synergism at low dose levels and antagonism at high dose levels. For TBA and Cd mixture, antagonism was found for a 4-day exposure period and a dose-level deviation (antagonism at low dose levels and synergism at high dose levels) was observed for a 7-day exposure period. Due to the diversity of effects and behaviours that can result from the combination of very common toxicants, this study shows the importance of evaluating the combined effects of cyanotoxins and/or anthropogenic contaminants.

Picornaviridae are among the most diverse and oldest known viral families that include many important pathogens of humans and animals. They are small, icosahedral (+)ssRNA viruses, causing a variety of diseases, such as encephalitis, and poliomyelitis. Vaccines are available for poliovirus, hepatitis A virus and foot-and mouth disease virus, but no effective prophylaxis is implemented for other picornaviruses. Thus far, anti-viral research has focused on the capsid, whereas inhibitors targeting non-structural proteins (i.e. proteases, helicases, polymerases) have remained largely unaddressed. The project was focused on structural and biochemical characterization of the enterovirus-B93 (EVB93) 3C protease alone and in complex with several covalent inhibitors. The second objective was to identify the first non-covalent potent inhibitors of the EV-B93 3C protease and their further biochemical, antiviral, and structural evaluation. This work studied the in-vitro proteolytic activity of the EV-B93 3C protease, alone and in the presence of two known covalent inhibitors - rupintrivir and compound 1, as well as three low molecular weight covalent inhibitors - NZO, NZN and DB5_60. The crystal structures of the EV-B93 3C protease alone and in complex with rupintrivir, compound 1, and NZN molecule were solved at high resolution (1.57, 1.50, 1.32, and 1.73 Å, respectively). The structures revealed that the protein adapts a chymotrypsinlike fold similarly to other picornavirus 3C proteases and possesses His-40, Glu-71 and Cys-147 as a catalytic triad. The STD NMR-based fragment screening was performed to select non-covalent binders of the EV-B93 3C protease. Validation and profiling of the most promising non-covalent hits were done using thermal shift assay (TSA), surface plasmon resonance (SPR), and proteolytic activity assay. 44 analogs of the most potent molecule were evaluated in the in-vitro proteolytic activity assay. The most active compound displayed IC50 value of 5 flM. Further chemical optimization was performed resulting in more efficient inhibitor with similar IC50 value. Selected analogs were tested in the in-vitro proteolytic assay against analogous 3C proteases from the following viruses: human rhinovirus-A49, enterovirusD68, aichivirus A, porcine sapelovirus, and equine rhinitis B virus. All compounds exhibited good inhibitory activity against three of the tested proteases. Furthermore, in a cell-based proteolytic assay and an antiviral assay the compounds did not exhibit either proteolytic or antiviral activity, which may be explained by several factors such as lack of cell permeability, low solubility and/or high toxicity. Extensive co-crystallization and soaking trials were performed to obtain crystal structures of noncovalent complexes of the EV-B93 3C protease with the most potent compounds. Regrettably, no additional electron density was identified in the proteolytic active site. Bioinformatics docking simulations suggested potential binding mode of the optimized compound. These pointed to the presumed pockets occupied by the compound that interact with the two conserved residues from the catalytic triad. Since the most potent compound is a relatively large and rigid molecule, it is unable to bind to the protease without its previous rearrangement, which is unfavorable in the crystalline state of the protein. This observation may explain the inability of the non-covalent molecules to co-crystallize with EV-B93 3C protease. The results obtained in this study may aid the design of potent, noncovalent antivirals targeting enteroviral 3C proteases.
Los Picornaviridae son una de las familias de virus más diversas y conocidas desde hace más tiempo. Esta familia incluye importantes agentes patógenos que afectan a humanos y a animales. Los Picornaviridae son virus pequeños, icosaédricos, de ARN de cadena sencilla de sentido positivo y causan una gran variedad de enfermedades, tales como encefalitis y poliomielitis. Se dispone de vacunas para el poliovirus, el virus de la hepatitis A y el virus de la fiebre aftosa, pero no se ha implementado ninguna profilaxis efectiva para otros picornavirus. Hasta ahora, la investigación antiviral se ha centrado en la cápside, mientras que los inhibidores dirigidos a proteínas no estructurales (como las proteasas, las helicasas y las polimerasas) están todavía por explorar. Este proyecto se centró en la caracterización estructural y bioquímica de la proteasa 3C de enterovirus B93 (EV-B93) y de los complejos de esta proteasa con varios inhibidores covalentes. El segundo objetivo fue conseguir inhibidores no covalentes de la proteasa EV-B93 3C y realizar una caracterización bioquímica, antiviral y estructural de los complejos de EV-B93 3C con estos inhibidores.

The results obtained in this thesis demonstrate the importance of supramolecular chemistry for the design of potential new SCO clusters. Starting from synthesizing the suitable ligands with suitable functional groups, novel host-guest systems could be obtained where the guest play a major role in tuning the physical properties of the guest. Two bis-pyrazolylpyridine lignads, H2L4 and H2L6 were designed and prepared to achieve the assembly of transition metal ions in a triple-stranded helicate fashion where the central cavity can encapsulate different counterions depending on the size of this cavity. The N-H groups found in these ligands which usually directed toward the internal cavity help in the encapsulation of hydrogen acceptor anions. 13 iron-based compounds have been crystallized and studied adding significantly to the helical SCO compounds in the literature. The crystal structure for all the compounds were resolved, which allowed for an extensive study of supramolecular interactions and the influence of these interactions on the magnetic properties of the compounds. The first part of the thesis deals with spin-crossover dinuclear triple-stranded helicates compounds with encapsulated halide ions using H2L4. Six of such helicates with different encapsulated halide or counter ions were synthesized: Cl⊂[Fe2(H2L4)3]Cl(PF6)2·5.7CH3OH (1) Br⊂[Fe2(H2L4)3]Br(PF6)2·4CH3OH (2) Cl⊂[Fe2(H2L4)3]Cl(PF6)2·3CH3OH·1H2O (1a) Br⊂[Fe2(H2L4)3]Br(PF6)2·1CH3OH·1H2O (2a) Cl⊂[Fe2(H2L4)3](I3)3·3(Et2O) (3) Br⊂[Fe2(H2L4)3](I3)3·3(Et2O) (4) These isostructural compounds consist of triple-stranded helicates that encapsulate halide ion inside their cavity. The main difference is the kind of outer counterions and lattice solvents which affect dramatically the magnetic properties of these compounds as a result of changing the supramolecular interactions. Changing the halide ion from chloride to bromide in 1 and 2, respectively, shift the spin transition by 30 K. The SCO occur here from [HS-LS] to [HS-HS] upon heating. Compounds 1a and 2a are the water solvate helicates that produced from single-crystal to single-crystal exchange by exposing the crystals to the ambient water. This exchange leads to important changes; the {X⊂ [Fe2(H2L4)3]}3+ helicate are now symmetric and the two Fe centers are crystallographically identical. This change in the solvent affects dramatically the SCO behavior of the helicates. Two-step SCO from [LS-LS] à [HS- LS]à [HS-HS] states was observed in the bulk magnetic studies. Compounds 3 and 4 consists of {X⊂ [Fe2(H2L4)3]}3+ triple-stranded helicates similar to the one seen in previous helicates where the counter ions are now three triodide (I3-) linear ions occupying the outer space formed between the helical strands and the solvent is ether. In these complexes the iron centers remain in the HS state through all the temperatures. The change of the solvents used in the reaction yielded different supramolecular compounds using the same ligands H2L4. Dimerized mononuclear helicates {X⊂[Fe(H2L4)3]2}3+ was prepared where a halide ion is encapsulated inside the cavity formed by the intercalating dimers. Five dimerized triple-stranded helicates are presented in this thesis: Cl⊂[Fe(H2L4)3]2(OH)(PF6)2·H2O (5). Cl⊂[Fe(H2L4)3]2(FeCl4)3·2C3H6O·4C7H8 (6). Br⊂[Fe(H2L4)3]2(OH)(PF6)2·H2O (7). I⊂[Fe(H2L4)3]2(PF6)2.23(I)0.21(I3)0.56·2CH3OH (8) I⊂[Fe(H2L4)3]2(I)2(I3)0.6(OH)0.4·0.6H2O·2CH3OH·2C3H6O (9) In every mononuclear helicate, one pyrazolyl-pyridine side of each ligand is not coordinated to any metal ion. The SCO behavior of the dimer is also affected by the nature of the halide ions which make hydrogen bonding with the N-H groups of the pyrazole rings. Using the ligand H2L6, the encapsulation of [M(III)(ox)3]3- (M = Fe and Cr; ox = oxalate) metal complexes inside the helical cavity of [Fe2(H2L6)3]4+ was achieved. Two of such triple-stranded helicates are presented in this thesis: Fe(C2O4)3⊂[Fe2(H2L6)3](BF4)·4CH3OH·3.7H2O (10). Cr(C2O4)3⊂[Fe2(H2L6)3](BF4)·1.4CH3OH·6H2O (11). The Fe(II) ions of the helicate exhibit SCO behavior and LIESST effect in the case of the encapsulated chromium oxalate complex. Interestingly, the guest [Cr(III)(ox)3]3- exhibits SIM-like behavior at low temperatures. This is the first example where a host- guest system exhibits both LIESST effect and SIM behavior.
Dos ligandos bis-pyrazolylpyridine, H2L4 y H2L6 fueron diseñados y preparados para sintetizar ensamblajes con iones de metales de transición en forma de helicatos de cadena triple donde la cavidad central puede encapsular diferentes contraiones en función del tamaño de esta cavidad. 13 compuestos a base de hierro se han cristalizado y estudiado, con la adición de manera significativa de compuestos helicoidales con SCO de la literatura. La estructura cristalina de todos los compuestos fueron resueltas, lo que permitió un amplio estudio de las interacciones supramoleculares y la influencia de estas interacciones sobre las propiedades magnéticas de los compuestos. La primera parte de la tesis trata de compuestos helicoidales dinucleares de cadena triple presentando transición de espín con iones haluro encapsulados utilizando H2L4. Estos compuestos isoestructurales consisten en helicatos de cadena triple que encapsulan iones haluro dentro de su cavidad. La principal diferencia es el tipo de contraiones exteriores y disolventes de cristalización que afectan dramáticamente las propiedades magnéticas de estos compuestos, como resultado de cambiar las interacciones supramoleculares. El cambio del ión haluro, de cloruro a bromuro, da un cambio de la transición de espín de unos 30 K. En los complejos metanólicos, la SCO se producen por calentamiento, a partir de [HS-LS] a [HS-HS], donde los estados de espín mixtos se consigue gracias a diferente distorsión alrededor de los iones metálicos, como resultado de diferentes enlaces de hidrógeno supramolecular cerca de los dos. Los helicatos con agua se producen a partir de una transformación cristal-cristal, mediante la exposición de los cristales a agua a temperatura ambiente. Este cambio en el disolvente afecta dramáticamente el comportamiento del SCO. Dos pasos en el SCO ([LS-LS] à [HS-LS] à [HS-HS]) se observarón en los estudios magnéticos. El cambio de los aniones a triyoduro (I3-) estabilizan el estado HS en todas las temperaturas medidas. El cambio en los disolventes utilizados en la reacción produjo diferentes compuestos supramoleculares utilizando el mismo ligando H2L4. Diferente helicatos mononucleares dimerizados {X⊂[Fe(H2L4)3]2}3+ fueron preparado donde se encapsula un ion haluro dentro de la cavidad formada por los dímeros intercalantes. En cada helicato mononuclear, un lado pirazolilo-piridina de cada ligando no se coordina a ningun ion metálico. El comportamiento de SCO del dímero también se ve afectada por la naturaleza de los iones haluro que forman con los enlaces de hidrógeno con los grupos N-H de los anillos de pirazol. Utilizando el ligando H2L6, se logró la encapsulación de complejos metálios de tipo [M(III)(ox)3]3- (M = Fe y Cr; ox = oxalato) dentro de la cavidad helicoidal [Fe2(H2L6)3]4+. Los iones Fe (II) del helicato exhiben SCO y efecto LIESST en el caso del complejo de cromo oxalato encapsulado. Curiosamente, el invitado [Cr(III)(ox)3]3- presenta un comportamiento de SIM a bajas temperaturas. Este es el primer ejemplo en el que un sistema hospedador-huésped exhibe tanto efecto LIESST y comportamiento SIM.

La síntesis y el estudio de complejos polinucleares de metales de transición constituyen un área de gran interés en la Química Inorgánica. La presencia de varios centros metálicos en una misma molécula puede modificar la reactividad que cabría esperar en compuestos metálicos. Por otra parte, estos sistemas polinucleares sirven como modelos a escala molecular para el estudio de ciertos procesos catalíticos como los que tienen lugar sobre superficies metálicas u óxidos metálicos.

El estudio teórico de dos familias de compuestos metálicos bien diferenciadas constituye el núcleo de esta tesis. En ambos casos el objetivo principal es ayudar a racionalizar las características químicas de las especies analizadas. El tratamiento se basará en cálculos teóricos mediante la teoría del funcional de la densidad, que han demostrado ser apropiados a la hora de estudiar agregados metálicos.

Una primera parte, consta del estudio de la nueva familia de compuestos cubánicos de titanio que han sido recientemente sintetizados por el grupo del profesor Mena de la universidad de Alcalá de Henares. Un estudio teórico de dichos compuestos en colaboración conjunta con el trabajo en el laboratorio se ha venido realizando. Fruto de esta colaboración, nuevas pautas de investigación se han tratado de proponer por ambas partes. Como ejemplo, el análisis teórico para la obtención de espectros de resonancia magnética nuclear por métodos ab initio, que se expone en el segundo capitulo de la tesis, es fruto de un esfuerzo por parte de nuestro grupo por entender y racionalizar los datos de RMN obtenidos en el laboratorio para la caracterización de los compuestos. Además, fruto de los excelentes resultados obtenidos en este estudio, los conocimientos han sido aplicados a otros campos de interés dentro del grupo. Un estudio de la viabilidad para el análisis teórico del espectro de los núcleos de 183W en compuestos de Keggin forma un apartado importante en esta memoria.

Fruto de una estancia de seis meses en el grupo del doctor McGrady de la universidad de York surge un segundo apartado basado en el estudio de las importantes capacidades catalizadoras de los compuestos binucleares de molibdeno con azufres puente. La gran importancia industrial de procesos de hidrogenación catalizados por este tipo de compuestos ha despertado un gran interés, no obstante algunos aspectos del mecanismo de estas reacciones permanecen sin aclarar. El estudio teórico de esta reacciones puede proporcionar un poco de luz a estos aspectos.

Dentro del estudio de los compuestos cubánicos de titanio, los resultados principales se refieren a los asuntos siguientes:

- Descripción de las características estructurales y electrónicas de las especies implicadas. La disposición de los ligandos tridentados, (precubanos) de fórmula general [{TiCp*(-O)}3(3-CR)] y [{TiCp*}(-NH)}3(3-N)], para actuar como ligandos macrocíclicos donores de seis-electrones proporciona una ruta eficaz para la obtención de estructuras cúbicas con esqueleto [MTi3(3-Y)(-X)3].



Reacción del ligando con el fragmento metálico


Es de esperar que fragmentos de casi todos los grupos metálicos sean capaces de interactuar con estos ligandos. Así se ha estudiado la formación de estructuras cubánicas a partir de fragmentos metálicos de los grupos 1,2, 4-6, 9, 13 y 14. Cambios en la naturaleza de la interacción, en el comportamiento del ligando, estructura molecular han sido analizados. Los resultados muestran las versatilidad de estos ligandos para actuar no sólo como donores de electrones si no también como posibles aceptores a través de los orbitales vacíos de los metales. Una mención especial en este apartado es necesaria para los isomeros acetilénicos y vilidénicos encontrados a partir de la deprotonación del compuesto [{TiCp*(-O)}3(3-CMe)] por la interacción con fragmentos metálicos del grupo 2. En este caso, el núcleo formado por los átomos de titanio sirve como base para la estabilización de estas especies.

- Estudio de la estabilidad de los compuestos y de los procesos energéticos en que están implicados (energías de la reacción, procesos de la isomerización). Un estudio de las condiciones experimentales que conducen a la obtención de estructuras cúbicas será analizado. El desplazamiento de ligandos lábiles en fragmentos metálicos por parte de los ligandos tridentados para formar los correspondientes cubanos ha sido probado, o también la activación de los enlaces nitrógeno-protón del ligando por interacción con el fragmento metálico. Estos procesos vienen caracterizados por unas condiciones energéticas favorables, estas condiciones son analizadas y estudiadas por su utilidad a la hora de proponer nuevas vías de síntesis en el laboratorio. Además, algunos compuestos presentarán evidencias del tener más que un isómero, o de experimentar un comportamiento dinámico en solución. Estas situaciones también se han descrito. Como resultado ha sido descrito el comportamiento de estas estructuras como ligandos mono- di- y tridentados, y adicionalmente como ligandos neutros o aniónicos. A su vez, respecto de la interacción con el fragmento metálico, un comportamiento como ligandos simples, que solo estabilizan el metal, o dobles, estabilizando metal y su respectivo contraión, han sido descritos.

- La influencia del solvente también se ha evaluado debido a la importancia que tiene su presencia en la obtención o no de ciertos compuestos. La termoquímica relacionada con la presencia del disolvente ha sido analizada desde el punto de vista teórico, debido a la imposibilidad de explicar ciertos procesos a partir de estudios en fase gas. Un modelo basado en un medio continuo de constante dieléctrica conocida se utiliza para demostrar los efectos del solvente. Para una misma familia de compuestos, solamente en algunos casos la interacción con los ligandos precubánicos conducen a la formación de los correspondientes cubanos, o en condiciones muy específicas. Por ejemplo, ha sido estudiado que los efectos del solvente son un factor decisivo en la obtención de los cubanos a partir de las sales de metales alcalinos y alcalino térreos. Este efecto permite explicar como la energía de red de las sales es fuertemente debilitada por la presencia del solvente, como factor principal en la obtención de las especies, por encima de la energía de interacción con el ligando.

- Descripción de algunas características químicas importantes. La contribución de los espectros de resonancia magnética nuclear resulta decisiva para la caracterización de los compuestos. Una descripción en detalle de las particularidades en el cálculo de los desplazamientos químicos para espectros de RMN es revisado en un apartado puramente teórico, especialmente para los métodos DFT. La activación del enlace C-H del carbono apical en el ligando [{TiCp*(-O)}3(3-CH)] durante la formación de estructuras diméricas fue seguida mediante espectroscopia RMN de 13C. Los grandes cambios experimentados en los desplazamientos químicos entre las especies protonadas y no protonadas han sido descritos y racionalizados perfectamente mediante cálculos teóricos. Los resultados obtenidos corroboran las suposiciones experimentales y proporcionan una visión muy clara de los procesos electrónicos que conducen a estos resultados. El carácter predictivo de estos estudios para con otras especies es claro, no obstante cuantitativamente hablando se encuentran dificultades a la hora de atribuir todos los desplazamientos.

Fruto de los excelentes resultados obtenidos en la descripción de los valores de RMN para los compuestos cubánicos, estos estudios se han ampliado a otros campos de interés para nuestro grupo de trabajo. Una sección, en parte diferente a la estructura global de la tesis, se ha dedicado ha mostrar estos primeros pasos a la hora de examinar las capacidades de los métodos DFT para computar los desplazamientos en núcleos de 183W en compuestos de Keggin. Nos encontramos ante unas mayores dificultades a la hora de reproducir los espectros experimentales, y gran parte de nuestros esfuerzos se han centrado en tratar de buscar la forma de trabajo más adecuada en términos de precisión y de coste computacional. La investigación y el interés continúan abiertos en un campo que necesita nuevas revisiones, sobre todo a la hora de racionalizar las posibles fuentes de error.

Las importantes características catalíticas de los sulfuros de molibdeno son objeto de estudio en la segunda parte de la tesis. El estudio teórico intentará aclarar ciertos aspectos confusos en la mecanistica asociada con las reacciones de estos compuestos. Estos complejos dinucleares de molibdeno con ligandos puente de azufre son una de las familias que posee una gran flexibilidad estructural y electrónica. Parte de los posibles isómeros del compuesto tipo [(CpMo)-S2]2 han sido estudiados, prestando gran interés al intercambio electrónico metal ligando con el cambio de estructura.



















Ejemplos de estructuras cerradas (a-b) y abiertas (c-d) para el complejo


La capacidad de los complejos del sulfuro de activar el hidrógeno molecular y de catalizar la reducción del substrato por el hidrógeno es particularmente relevante en la química. En especial los procesos relacionados con la activación de hidrógeno y posterior reducción de un sustrato ligado a los azufre puente son analizados; y en particular aquellos relacionados con la estructura electrónica del catalizador y del substrato. En estos estudios se pone de manifiesto la importancia catalizadora del metal, sirviendo como puente para protones en la reducción. A su vez se muestra como la naturaleza del sustrato resulta decisiva a la hora de observar una eliminación de hidrógeno molecular o una obtención del substrato reducido.


Tarragona, 2004 J. Gracia
The overall framework of this report aims to summarize the work we have done over the past four years. Conceptually, this thesis is divided into three parts. The nucleus is based on a joint project with prof. Mena, of the University of Alcalá, whose group is involved in the synthesis and characterization of new aza- and oxo- titanium cubanes. These families of compounds are basically obtained from preorganized titanium tridentate ligands which can incorporate almost all the metals of the periodic table and yield the corresponding heterometallic cubanes. In this respect, the theoretical study is based on and adapted from the progress in the laboratory work. Practically every section in this part starts by describing the experimental data available for the specific system studied when we began the analysis. Then we go on to describe the theoretical study and attempt to involve the reader in the problems discussed. As a consequence of the advance in the experimental work, NMR spectra are used to characterize the new compounds. This leads us to initiate studies in the computational simulation of NMR chemical shifts. The most theoretical part of this report is an assimilation of these studies. The excellent results obtained for the cubane compounds enabled us to extend the knowledge acquired to other interesting fields and our group has started a study of the NMR shielding tensors in polyoxometalate compounds. The third part of the thesis focuses on some molybdenum-sulphide clusters and their activity as catalysts.

Chapters 3 and 4 focuse on the electronic structure of the new titanium cubane compounds recently synthesized by Mena et al. We work parallel to an experimental group to compare and contrast the theoretical and experimental data, and so establish the base chemistry of these new compounds. In this sense, the various reaction energies were studied, and the compounds and their possible isomers were characterised by means of DFT methods. Particular emphasis is paid to the properties of incomplete Ti3 core cubane tridentate ligands (precubanes) as bases for obtaining cubanes. The electronic structure, bonding energies, electron transfer processes and reactivity in the titanium Ti3 core of the metal clusters are studied.

The reaction of the azatitanium compound with some titanium derivatives leads to nitrocubane formation (see Scheme 1.3). This reaction forms a cubane compound by adding the fourth vertex to a structure that becomes a precubane.


Scheme 1.3. Reaction of with


Chapter 5 summarizes the work carried out during a six-month stay in Dr. John E. McGrady's group, which uses density functional theory to explore problems of structure, bonding and reactivity in inorganic compounds. The main focus of the research is metal-metal bonding in cluster compounds. Transition metals have a prominent position in catalysis, both in industrial and biological contexts, and the ultimate goal is to understand the part played by the metal and its ligand environment in facilitating a particular chemical transformation. Chapter 5 studies the electronic structure of the core catalysts and the mechanism of their, unresolved, catalytic activity. The various possible isomers with the generic formula were studied, and the energy of the electron transfer between the metallic centres and the sulphide ligands, so important in the catalytic process, was investigated in depth. Subsequently, the mechanism of the hydrogen activation reaction promoted by these bi-molybdenum compounds (Equation 1.1) was studied, and the nature of the different reaction pathways was elucidated.


[(CpMo(-S))2(S2CH2)] promotes the hydrogenation of alkynes to cis alkenes, allenes to alkenes, and ketenes to aldehydes and the hydrogenolysis of carbon disulphide to hydrogen sulphide and thioformaldehide. The mechanisms of hydrogen interaction with these complexes have not been established. It is apparent that the sulphide ligands play a role in hydrogen coordination, and this ligand reactivity was a dominant characteristic throughout the study of these dinuclear molybdenum systems.



Equation 1.1

Como consecuencia de una demanda energética creciente, en los últimos años se ha incrementado la producción de biodiesel generándose un exceso de producción de glicerol y provocando que su precio disminuya considerablemente. Por este motivo, durante los últimos años la transformación del glicerol en otros compuestos de valor añadido es uno de los objetivos para la industria química y los grupos de investigación. En esta tesis se han desarrollado diferentes catalizadores basados en hidrotalcitas para la síntesis de glicerol carbonato a partir de la transesterificación del glicerol de una forma eficiente y en condiciones suaves de reacción
The valorisation of glycerol is nowadays an important target of scientific groups due to the great excess of glycerol by-product obtained as consequence of a growing biodiesel production. Catalytic processing of glycerol to more valuable chemicals is demonstrated by the large number of patents and articles reported until now. Glycerol carbonate is one of the most interesting chemicals obtained from catalytic modifications of glycerol. This work describes an approach for obtaining glycerol carbonate in a green and efficient form under soft conditions using layered double hydroxides as solid catalysts.

L’apoptosi és un procés biològic rellevant en moltes malalties. Un punt de regulació d’aquest procés és la formació d’un complex multiproteic anomenat apoptosoma; per tant, aquest complex té un gran interès per al desenvolupament de moduladors apoptòtics. El nostre grup ha descrit prèviament una piperazina-2,5-diona substituïda en posició 3 com a potent modulador apoptòtic. Estudis estructurals d’aquest compost han permès veure la presència dels isòmers cis / trans de l’enllaç de l’amida terciària exocíclica en un procés d’intercanvi lent, fet que pot ser important per a la interacció amb la diana biològica. Aquesta informació ens va animar a mimetitzar aquests isòmers a través d’una substitució isostèrica de l’enllaç amida amb unitats de 1,2,3-triazoles. La síntesi d’aquests anàlegs restringits es va dur a terme utilitzant una reacció Ugi multicomponent seguida d’una ciclació intramolecular. L’anàlisi completa per RMN (incloent les correlacions 1H-15N en abundància natural) d’aquests compostos han permès la caracterització inequívoca dels patrons de substitució corresponents. Finalment, l’increment de l’activitat inhibitòria d’aquests nous compostos en comparació amb el compost de partida ha proporcionat nova informació sobre la unió dels compostos a la diana terapèutica i ha fet possible la identificació de nous moduladors. Cal destacar que per a una de les estructures proposades, es va formar inesperadament una β-lactama que va resultar el compost amb una activitat inhibidora més alta. Els estudis computacionals realitzats també donen suport a la hipòtesi que el mecanisme d’inhibició de tots aquests nous derivats és a través de la unió amb la proteïna Apaf-1. Degut a la formació d’aquest cicle, es va realitzar un estudi de reactivitat per explicar la manera de ciclació dels adductes de la reacció de Ugi. Per tal de modular aquesta reacció, s’ha sintetitzat una quimioteca de compostos que contenen els dos nuclis (β-lactama o dicetopiperazina) havent-se assajat les seves activitats com a inhibidores de l’apoptosis. Finalment, per intentar millorar les propietats dels nostres compostos com a possibles candidats a fàrmac, s’han dut a terme uns acoblaments amb alguns dels inhibidors i glicodendrímers. Com a conclusió, s’ha sintetitzat una nova família d’inhibidors de l’apoptosi amb una llibertat conformacional menor aconseguint mantenir valors d’activitat similars. Es confia que aquests compostos mostrin una selectivitat més gran, condició fonamental per regular un procés tan delicat.
La apoptosis es un proceso biológico relevante en muchas enfermedades. Uno de los puntos de regulación de este proceso es la formación del complejo multiproteico llamado apoptosoma; por tanto, este complejo reviste gran interés para el desarrollo de moduladores apoptóticos. Previamente en nuestro grupo se ha descrito una piperazina-2,5-diona sustituida en posición 3 como potente inhibidor apoptótico. Estudios estructurales de este compuesto han permitido determinar la presencia de isómeros cis / trans del enlace de la amida terciaria exocíclica en un proceso de intercambio lento, hecho que puede ser importante en la interacción con la diana biológica. Ésta información nos animó a mimetizar éstos isómeros a través de una sustitución isostérica del enlace amida con unidades 1,2,3-triazólicas. La síntesis de éstos análogos restringidos se llevó a cabo usando una reacción Ugi multicomponente seguida de una ciclación intramolecular. El análisis completo por RMN (incluyendo las correlaciones 1H-15N en abundancia natural) de estos compuestos ha permitido la caracterización inequívoca de los patrones de sustitución correspondientes. Además, el aumento de la actividad inhibitoria de los nuevos compuestos ha proporcionado nueva información sobre el tipo de interacción de los compuestos con la diana terapéutica. La formación inesperada de una β-lactama en lugar de la dicetopiperazina para una de las estructuras propuestas y el hecho que este último compuesto fuera el que mostrara mayor actividad inhibidora, fueron hechos muy interesantes que dieron lugar a estudiar en mayor profundidad la reacción de ciclación intramolecular. Se realizó un estudio de la reactividad para explicar la ciclación de los aductos de la reacción de Ugi y para modular esta reacción, se sintetizó una quimioteca con los dos tipos de ciclo (β-lactama y dicetopiperazina), habiéndose ensayado sus actividades como inhibidores de la apoptosis. Finalmente, para intentar mejorar las propiedades de nuestros compuestos como posibles candidatos a fármaco, se llevaron a cabo acoplamientos entre algunos inhibidores y diferentes tipos de glicodendrímeros. Como conclusión, se ha sintetizado una nueva familia de inhibidores de la apoptosis con una libertad conformacional menor consiguiendo mantener valores de actividad similares. Se confía que estos compuestos muestren una selectividad mayor, condición fundamental para regular un proceso tan delicado.
Apoptosis is a biological process relevant to different human diseases stated that is regulated through protein-protein interactions and complex formation. In this context, one point of regulation is the formation of the multiprotein complex known as apoptosome. Consequently, this complex is of interest for the development of apoptosis modulators. In our group, it has been previously reported a peptidomimetic compound bearing a 3-substituted-piperazine-2,5-dione moiety as a potent apoptotic inhibitor. Structural studies of this compound showed the presence of cis/trans isomers of the exocyclic tertiary amide bond in slow exchange, which should be of high relevance for off-target interaction in front of the biological target. This information encouraged us to perform an isosteric replacement of the amide bond by a 1,2,3-triazole moiety, where different substitution patterns would mimic different amide rotamers. The syntheses of these restricted analogs have been carried out using the Ugi multicomponent reaction followed by an intramolecular cyclization. Unexpectedly, for one of the proposed structures, a novel β-lactam compound was formed. All synthesized compounds showed to efficiently inhibit apoptosis, in vitro and in cellular extracts, with slight differences for the corresponding regioisomers. Noticeably, the compound bearing the new β-lactam scaffold showed the highest inhibitory activity. On the other hand, computational studies also support the hypothesis that these new families of inhibitors exert their action by binding to Apaf-1, one of the components of the apoptosome complex. Due to the formation of the unexpected β-lactam scaffold, a reactivity study has been carried out to explain the course of the intramolecular cyclization of the Ugi adducts. In order to be able to modulate this cyclization, a small library of compounds bearing both heterocyclic scaffolds has been synthesized and their activities as apoptosis inhibitors have been evaluated. Moreover, couplings between some of the apoptosome inhibitors and different glycodendrimer moieties have been carried out to improve the properties of our compounds as drug candidates. As a conclusion, a new family of compounds has been designed, synthesized and characterized, and most of them showed good apoptosis inhibitory activities in vitro and in cellular extracts. We deem that the reduction of the conformational freedom achieved in this new family of inhibitors could be fundamental to increase the selectivity, which is a highly important condition when regulating such a delicate process.

Des del descobriment del buckminster ful.lerè el 1985, s'ha despertat un interés enorme per entendre la reactivitat química així com les propietats d'aquests compostos. La funcionalització exoèdrica del ful.lerè més abundant, el C60, està força ben establerta. Tanmateix, la investigació en aquest camp encara continua oberta ja que s'han sintetitzat una gran varietat de derivats molt prometedors donades les seves futures aplicacions. La tesi comprèn quinze capítols que contenen set publicacions relacionades. Els primers dos estudis es basen en la reacció Diels-Alder sobre els anomenats metal.loful.lerens endoèdrics TNT X3N@C78, X= Sc, Y. Aquest projecte de investigació està motivat pel desconeixament existent sobre les possibles conseqüències de l'encapsulació del grup X3N. El tercer estudi descriu minuciosament els canvis detectats en la funcionalització exoèdrica un cop s'ha produït l'encapsulació dels diferents gasos nobles. En aquesta tesi s'estudia en detall l'ús de l'aproximació ONIOM per a estudiar reaccions de cicloaddició en compostos ful.lerènics. Els resultats d'aquest projecte són d'alt interès per a la realització dels estudis posteriors sobre la reacció de Diels-Alder i la 1,3-dipolar en ful.lerens i derivats. Finalment, l'última part d'aquesta tesi es basa en les propietats antioxidants de determinats ful.lerens. A l'últim treball inclòs en aquesta tesi s'estudia en detall el mecanismo de reacció per a la eliminació del ió superòxid en presència de ful.lerens.
Since the buckminster fullerene discovery in 1985, a huge interest for understanding the chemical reactivity as well as the chemical properties of fullerene compounds has been awakened. The exohedral functionalization of the archetypal compound C60 is nowadays considered to be quite well-established. Still, the research in this field is open as a wide variety of derivatives with intriguing potential applications have been synthesized. The thesis is divided into fifteen chapters that contain seven related publications. The first two studies are based on the Diels-Alder reaction involving the Trimetallic Nitride Template (TNT) endohedral metallofullerenes X3N@C78, X = Sc, Y . This investigation project was basically motivated by the unclear evidence about the possible consequences of the X3N. The third study thoroughly describes the change on the exohedral functionalization upon noble gas encapsulation. In the fourth study included in this thesis, the performance of the ONIOM approach for studying cycloaddition reactions involving fullerene compounds is studied in detail. Results from the latter project are of interest for the following studies involving the 1,3-dipolar and the Diels-Alder cycloaddition reactions where the ONIOM strategy is employed. Finally, the last part of this thesis is based on the antioxidant properties of fullerene compounds, where the mechanism of action for the superoxide removal involving fullerene compounds is unraveled. The understanding of the SOD removal mechanism could represent a big improvement to design new fullerene derivatives with higher antioxidant properties.

La tesi se centra en l'activitat dels aminotrifenolatos d'alumini en l'activació de epòxids i la seva posterior acoblament a altres molècules en la formació de diferents heterocicles. El catalitzador és un àcid de Lewis que en interaccionar amb el epòxid augmenta la electrofilia d'aquest, afavorint processos d'obertura de cicle i acoblament a heterocumulenos com el CO2 o el SO2. Hem aconseguit descriure metodologies per a la síntesi de oxazolidinones, carbamats, sulfits cíclics o carbonats cíclics. Molts d'aquests processos ja havien estat descrits amb anterioritat per epòxids terminals, per això nosaltres ens hem centrat en epòxids cíclics la reactivitat és menor ia més els seus productes són més interessants en ser més similars a productes naturals. Estudiant els diferents mecanismes relacionats amb aquestes reaccions i variant les condicions i components dels nostres sistemes catalítics hem aconseguit que totes les nostres síntesi siguin estereoselectives i en algun cas fins i tot estereodivergente.
La tesis se centra en la actividad de los aminotrifenolatos de aluminio en la activación de epoxidos y su posterior acoplamiento a otras moleculas en la formación de distintos heterociclos. El catalizador es un acido de Lewis que al interaccionar con el epóxido aumenta la electrofilia de este, favoreciendo procesos de apertura de ciclo y acoplamiento a heterocumulenos como el CO2 o el SO2. Hemos conseguido describir metodologías para la sintesis de oxazolidinonas, carbamatos, sulfitos cíclicos o carbonatos cíclicos. Muchos de estos procesos ya habían sido descritos con anterioridad para epóxidos terminales, por ello nosotros nos hemos centrado en epóxidos cíclicos cuya reactividad es menor y además sus productos son más interesantes al ser mas similares a productos naturales. Estudiando los distintos mecanismos relacionados con estas reacciones y variando las condiciones y componentes de nuestros sistemas catalíticos hemos conseguido que todas nuestras síntesis sean estereoselectivas y en algún caso incluso estereodivergente.
This thesis focuses on the activity of aluminium aminotriphenolates in the activation of epoxides and their couplings to other molecules in the formation of a series of heterocycles. The catalyst is a Lewis Acid which interacts with the epoxide enhancing its electrophilicity, favoring ring opening processes and couplings to heterocumulenes such as CO2 or SO2. We describe methodologies for the synthesis of oxazolidinones, carbamates, cyclic sulfites or cyclic carbonates. Many of these processes had already been described for other catalyst systems, but we have focused on the less reactive cyclic epoxides, whose products are more interesting as they have similarities to many natural products. Studying the different reaction mechanisms related to these reactions and changing the components and conditions of our catalytic system we have achieved complete stereoselectivity in our reactions and even in some cases stereodivergence.

La freqüent contaminació d’aigua subterrània per compostos organohalogenats és un greu problema degut als riscs humans i ecològics que se’n deriven. La bioremediació és un tècnica sostenible que permet superar algunes de les limitacions que presenten els tractaments fisicoquímics. En aquest estudi ens proposem obtenir i caracteritzar cultius que contenen bacteris anaerobis capaços de degradar compostos organohalogenats ambientalment perillosos i que es puguin aplicar per a la bioremediació d’aqüífers in situ. En treballs previs realitzats al nostre laboratori es va obtenir un cultiu enriquit que contenia un bacteri dehalorespirador del gènere Dehalogenimonas a partir de sediments de la desembocadura del riu Besòs (Barcelona) que degrada alcans amb halògens situats en carbons adjacents. En aquesta tesis, s’ha identificat la dehalogenasa reductora (RDasa) d’aquesta Dehalogenimonas implicada en la conversió de dibromur d’etilè (EDB) al compost innocu etilè combinant tècniques de proteòmica basades en gels d’electroforesis, tests enzimàtics i nano-cromatografia líquida acoblada a espectrometria de masses (nLC-MS/MS). Aquesta RDasa es va designar com a EdbA. EdbA és la primera RDasa identificada entre les espècies d’aquest gènere bacterià que catalitza una reacció de debromació. A més, és la primera RDasa que s’ha demostrat funcional i que no té cap subunitat B de fixació a la membrana citoplasmàtica codificada de forma adjacent en el seu genoma. Addicionalment, s’ha detectat un enzim ortolog a l’enzim responsable de la degradació de 1,2-diclorpropà a propé (DcpA) com a única RDasa en cultius que transformen 1,2,3-triclorpropà a clorur d’alil mitjançant la combinació de tècniques d’ultracentrifugació, gels d’electroforesis i nLC-MS/MS. Aquesta DcpA es va detectar en la fracció de la membrana tal i com predeien les eines bioinformàtiques emprades. El mecanisme pel qual aquestes dues RDases identificades es fixen a les membranes és encara desconegut. En aquesta treball s’ha obtingut un segon consorci bacterià estable provinent de llots d’una planta de tractament d’aigües residuals industrials i aplicant estratègies de d’enriquiment del cultiu i tècniques de dilució fins a l’extinció. Aquest cultiu fermenta diclorometà (DCM) i dibromometà (DBM) en acetat i format. S’ha demostrat que el bacteri responsable de la fermentació d’aquests dihalometans és un Dehalobacterium i s’ha procedit al seu aïllament. Tanmateix, les interaccions sinèrgiques entre les espècies del consorci han impedit el seu aïllament. Mitjançant la selecció de colònies en cultius semi sòlids, canvis en la composició del medi i l’ús de antibiòtics, s’ha assolit un cultiu on l’abundància de Dehalobacterium és del 67%. L´acompanyen bacteris dels gèneres Acetobacterium i Desulfovibrio, tal i com revelen els anàlisis de genoteques. El fraccionament dels isòtops de carboni durant la fermentació de DCM per aquest cultiu s’ha determinat mitjançant l’anàlisi d’isòtops estables de compostos específics (CSIA). El valor obtingut de -27 ± 2‰ difereix del prèviament publicat per una soca de Dehalobacter (-15.5 ± 1.5‰) que també fermentava DCM. Aquests valors són significativament diferent dels obtinguts per bacteris metilotròfics degradadors de DCM (que varien de -45 a -61‰) i podria permetre la distinció entre vies de degradació de DCM en treballs de bioremediació in situ. Finalment, s’ha demostrat que la presència de co-contaminants que es detecten freqüentment amb DCM, tals com tricloroetilè (TCE), 1,2-dicloroetà (1,2-DCA), cis-dicloroetilè (cis-DCE), 1,1,2-tricloroetà (1,1,2-TCA), àcid perfluorooctanoic (PFOA) i 3,4-dicloroanilina (3,4-DCA) no provoca una inhibició significativa en la degradació de DCM pel cultiu amb Dehalobacterium a les concentracions testades. La concentració de cloroform de 100 mg/L provoca una total inhibició. De manera similar, la presència de 200 mg/L d’àcid perfluorooctanosulfonic (PFOS) i ≥ 25 mg/L de diuron provoquen una inhibició severa, impedint la degradació completa de DCM. Tanmateix, l’activitat degradadora de DCM es recupera quan els cultius inhibits es transfereixen a medi fresc sense co-contaminants.
La frecuente contaminación de las aguas subterráneas por compuestos organohalogenados es un grave problema ambiental debido a los riesgos ecológicos y para la salud humana de ella derivados. La bioremediación es una tecnología sostenible que evita algunos inconvenientes que presentan los tratamientos físico-químicos. En este estudio nos proponemos obtener y caracterizar cultivos que contengan bacterias anaerobias que degraden compuestos organohalogenados ambientalmente peligrosos con potencial para la bioremediación in situ de aguas subterráneas. En trabajos previos de nuestro grupo de investigación, se obtuvo un cultivo enriquecido en bacterias del género Dehalogenimonas procedente de sedimentos del estuario del río Besós (Barcelona) que degrada alcanos con halógenos situados en carbonos adyacentes. En esta tesis se ha identificado la dehalogenasa reductora (RDasa) de esta cepa de Dehalogenimonas implicada en la conversión del dibromuro de etileno (EDB) al compuesto inocuo eteno combinando técnicas de proteómica basadas en geles de electroforesis, ensayos enzimáticos y nano-cromatografía líquida de alta resolución (nLC-MS/MS). Esta RDasa es designada EdbA, y constituye la primera RDasa identificada en este género bacteriano que cataliza una reacción de debromación. Además, es también la primera RDasa en ser demostrada funcional sin una subunidad B de anclaje a la membrana codificada de forma adyacente en el genoma. Adicionalmente, se ha detectado una única RDasa en cultivos que transforman 1,2,3-tricloropropano a cloruro de alilo combinando técnicas de ultracentrifugación, geles de electroforesis y nLC-MS/MS. Esta enzima ortóloga a DcpA, la responsable de la degradación de 1,2-dicloropropano a propeno, ha sido detectada en la fracción proteica de membrana, lo cual concuerta con las predicciones realizadas mediante herramientas bioinformáticas. El mecanismo por el cual EdbA y esta DcpA se anclan a la membrana citoplasmática es desconocido, atribuyéndose a proteínas todavía no descritas. En este trabajo se ha obtenido un segundo consorcio bacteriano estable a partir de lodos de una planta de tratamiento de aguas residuales industriales aplicando técnicas de cultivo de enriquecimiento y dilución por extinción. Este cultivo fermenta diclorometano (DCM) y dibromometano (DBM) a acetato y formato. Se ha demostrado que la bacteria responsable de la fermentación pertenece al género Dehalobacterium, y se ha procedido a su aislamiento. Sin embargo, las interacciones sinérgicas existentes entre las especies del consorcio han impedido obtener un cultivo puro. Seleccionando colonias en medio de cultivo semisólido, aplicando antibióticos y cambios en la composición del medio, se ha obtenido una abundancia relativa de Dehalobacterium del 67%. Le acompañan bacterias de los géneros Acetobacterium y Desulfovibrio, tal y como se detectó mediante análisis de genotecas. El fraccionamiento isotópico del carbono durante la fermentación del DCM por este cultivo fue determinado mediante análisis de isótopos estables de compuestos específicos (CSIA). El valor obtenido, -27 ± 2‰, difiere del publicado previamente para una cepa de Dehalobacter que también fermenta el DCM (-15.5 ± 1.5‰). Estos valores son significativamente diferentes de los obtenidos con bacterias metilotróficas degradadoras de DCM (-45 a -61‰), y podrían permitir diferenciar vías de degradación de DCM en trabajos de bioremediación in situ. Finalmente, se ha demostrado que la presencia de co-contaminantes que se detectan frecuentemente con el DCM, como el tricloroetileno (TCE), 1,2-dicloroetano (1,2-DCA), cis-dicloroetileno (cis-DCE), 1,1,2-tricloroetano (1,1,2-TCA), ácido perfluorooctanoico (PFOA) y 3,4-dicloroanilina (3,4-DCA) no provocan una inhibición significativa en la degradación de DCM por parte del cultivo de Dehalobacterium, a las concentraciones estudiadas. Una concentración de cloroformo de 100 mg/L provoca una inhibición total. De manera similar, 200 mg/L de sulfonato de perfluoroctano (PFOS), y ≥ 25 mg/L de diuron provocan una inhibición severa, impidiendo la degradación completa del DCM. Sin embargo, la actividad degradadora de DCM se recupera cuando los cultivos inhibidos se transfieren a medio libre de co-contaminantes.
The widespread groundwater contamination by organohalide compounds is of a major concern due to the human and ecological risks derived from it. Bioremediation is a sustainable technology that overcomes some limitations of the physical-chemical remediation techniques on these water bodies. In this study, we aimed to obtain and characterize cultures containing anaerobic bacteria capable of degrading organohalide compounds of environmental concern with potential for in situ groundwater bioremediation. In previous work carried out in our laboratory a highly enriched culture containing organohalide-respiring bacteria from the genus Dehalogenimonas degrading vicinally halogenated alkanes was obtained from sediments of the river Besós estuary (Barcelona). In this thesis, the reductive dehalogenase (RDase) from this Dehalogenimonas strain responsible for the catalysis of ethylene dibromide (EDB) to the innocuous ethene was identified combining gel-based proteomic techniques, specific enzymatic tests and nano-scale liquid chromatography tandem mass spectrometry (nLC-MS/MS). This RDase is therefore designated as EdbA, for ethylene dibromide RDase subunit A. EdbA is the first RDase identified for debrominating catalytic activity among species of this genus. Moreover, it is the first RDase shown to be functional for respiration without an adjacent membrane-anchoring subunit B encoded on the genome. Additionally, combining ultracentrifugation, gel electrophoresis and nLC-MS/MS, an orthologous enzyme of the dichloropropane-to-propene RDase (DcpA) was the only RDase detected in 1,2,3-trichloropropane-to-allyl chloride dehalogenating cultures. This DcpA was detected in the membrane fraction of the crude protein extract, in accordance to its predicted subcellular localization by bioinformatics tools and it is also not co-localised with an rdhB gene. The membrane-anchoring mechanisms of these RDases remains not known and may rely in yet-unidentified proteins. A second stable bacterial consortium was obtained in the present work from slurry samples of an industrial wastewater treatment plant with a combination of enrichment culture strategies and the dilution-to-extinction technique. This culture was demonstrated to ferment dichloromethane (DCM) and dibromomethane (DBM) into acetate and formate. The Dehalobacterium sp. present in this culture was shown to be the responsible for the dihalomethanes fermentation, and the isolation of this strain was attempted. However, the synergic interactions existing among the different accompanying species present in the bacterial consortia impeded the isolation. Despite a pure culture was not achieved via picking up colonies from semisolid agar cultures, changes in the medium composition, and the application of selected antibiotics, a final relative abundance of Dehalobacterium sp. of 67 % was attained. As determined by clone library analysis, bacteria from the genera Acetobacterium and Desulfovibrio remained present in the culture. The carbon isotope fractionation during DCM fermentation by this culture was determined by compound-specific stable isotope analysis (CSIA). The value obtained was -27 ± 2‰ and differs from the previously published value of -15.5 ± 1.5‰ of a Dehalobacter sp. performing also DCM fermentation. These values are yet significantly different from those reported for facultative methylotrophic bacteria degrading DCM (ranging from -45 to -61‰), and this would allow for further differentiation of these degradation pathways during in situ bioremediation works. Finally, the potential inhibitory effect of selected frequent groundwater co-contaminants over DCM degradation by the Dehalobacterium-containing culture was assessed for further in situ bioremediation applications. Trichloroethylene (TCE), 1,2-dichloroethane (1,2-DCA), cis-dichloroethylene (cis-DCE), 1,1,2-trichloroethane (1,1,2-TCA), perfluorooctanoic acid (PFOA), and 3,4-dichloroaniline (3,4-DCA) did not show significant inhibitory effects at the concentrations tested. Differently, a total inhibition was caused with a chloroform concentration of 100 mg/L. Also, the presence of 200 mg/L of perfluorooctanesulfonic acid (PFOS), as well as concentrations higher than 25 mg/L of the pesticide diuron caused a severe inhibitory effect, preventing the full depletion of DCM. Nevertheless, DCM degrading activity was recovered when inhibited cultures were transferred to co-contaminant free medium.

En els últims anys ha augmentat la presència de l’obesitat i de malalties associades a aquesta. En vista d’aquest fet, la cerca de teràpies preventives així com tractaments per aquestes malalties esdevé de gran interès per la salut publica. Les hormones intestinals secretades per les cèl•lules enteroendocrines juguen un paper clau en la regulació de la ingesta i la homeòstasis de la glucosa. En aquest marc, la recerca d’aquesta tesi doctoral s’ha centrat en l’acció dels compostos naturals bioactius sobre el sistema enteroendocrí. En estudis previs, el nostre grup de recerca va observar que un extracte de proantocianidines del pinyol del raïm (GSPE) augmentava els nivells plasmàtics de GLP-1 en rates. En aquesta tesi doctoral, s’ha esbrinat que aquest augment podria ser en part explicat per l’acció directa del GSPE sobre les cèl•lules enteroendocrines. D’altra banda, s’ha demostrat que l’acció directa del GSPE també modula la secreció de les principals hormones intestinals, induint un augment de la secreció de GIP i PYY, així com una reducció de la secreció de CCK. Els resultats obtinguts en el cultiu d’organoids han demostrat que el GSPE incrementa els principals marcadors de les cèl•lules L i modula els factors de transcripció involucrats en la diferenciació d’aquestes. Conseqüentment, aquests resultats senyalen que promoure la diferenciació de les cèl•lules L és un mecanisme d’acció del GSPE en tractament prolongats. D’altra banda, la recerca realitzada en tractaments subcrònics ha revelat que el GSPE modifica la composició de la biota intestinal i que el perfil microbià correlaciona amb els paràmetres metabòlics de l’hoste, del qual destaca la correlació amb els nivells plasmàtics incrementats de la hormona GLP-1 activa. Altrament, s’ha trobat una nova font de compostos naturals bioactius, l’hidrolitzat de pota de pollastre, la qual s’ha demostrat que actua com un agent antihiperglicèmic en rates que presenten una homeòstasis de la glucosa alterada, degut a la capacitat d’inhibir l’activitat de DPP-IV i d’augmentar la secreció endògena de GLP-1. En conclusió, els resultats obtinguts en aquesta tesi doctoral mostren que els compostos naturals bioactius actuen en el sistema enteroendocrí, per tant aquests podrien ser un agents terapèutics adequats per al tractament de la obesitat i la diabetes.
En los últimos años ha aumentado la presencia de la obesidad y de enfermedades asociadas a ésta. Ante este hecho, la búsqueda de remedios preventivos, así como de tratamientos para estas enfermedades, se vuelve de gran interés para la salud pública. Las hormonas intestinales secretadas por las células enteroendocrinas juegan un papel en la regulación de la ingesta y la homeostasis de la glucosa. En este contexto, la investigación de esta tesis doctoral se ha centrado en la acción de los compuestos naturales bioactivos sobre el sistema enteroendocrino. En estudios previos, nuestro grupo de investigación observó que un extracto de proantocianidinas de hueso de uva (GSPE) aumentaba los niveles plasmáticos de GLP-1 en ratas. En esta tesis doctoral se ha descubierto que este aumento podría ser explicado en parte por la acción directa del GSPE sobre las células enteroendocrinas. Por otro lado, se ha demostrado que la acción directa del GSPE también modula la secreción de GIP y PYY, así como una reducción de la secreción de CCK. Los resultados obtenidos en el cultivo de organoides han demostrado que el GSPE aumenta los principales marcadores de las células L y modula los factores de transcripción involucrados en la diferenciación de éstas. Consecuentemente, estos resultados señalan que promover la diferenciación de las células L es un mecanismo de acción del GSPE en tratamientos prolongados. Por otro lado, la investigación realizada en tratamientos subcrónicos ha revelado que el GSPE modifica la composición de la microbiota intestinal y que el perfil microbiano correlaciona con los parámetros metabólicos del huésped, del cual destaca la correlación con los niveles plasmáticos aumentados de la hormona GLP-1 activa. Además, se ha encontrado una nueva fuente de compuestos naturales bioactivos, el hidrolizado de pata de pollo, el cual se ha demostrado que actúa como un agente antihiperglicémico en ratas que presentan una homeóstasis de la glucosa alterada, debido a la capacidad de inhibir la actividad de DPP-IV y de aumentar la secreción endógena de GLP-1. En conclusión, los resultados obtenidos en esta tesis doctoral muestran que los compuestos naturales bioactivos actúan en el sistema endocrino, con lo cual éstos podrían ser unos agentes terapéuticos adecuados para el tratamiento de la obesidad y diabetes.
In the last decade, there has been an increasing prevalence of obesity and metabolic-associated diseases. In view of this fact, finding preventive therapies, as well as treatments for these diseases is of great interest for public health. Gut hormones secreted from enteroendocrine cells (EECs) play a key role in the regulation of food intake and glucose homeostasis. In this context, the research of this thesis has focused on the role of natural bioactive compounds on the enteroendocrine system. Our research group reported in previous studies that grape seed proanthocyanidin extract (GSPE) increased GLP-1 plasma levels in rats. In this thesis, we elucidated that such increase might be in part explained by the direct action of GSPE on enteroendocrine cells. Moreover, we demonstrate that GSPE also modulates the secretion of the main gut hormones by directly acting on EECs, inducing an increase of GIP and PYY release, while reducing CCK release. The results obtained in this thesis using organoids culture demonstrated that GSPE up-regulate the main markers of L-cell and modulate transcription factors involved in L-cell differentiation, and thereby point out that the promotion of L-cell differentiation is a mechanism by which GSPE act in prolonged treatments. Moreover, our findings in mid-term treatments revealed that gut microbiota composition is modulated by GSPE and such microbial composition profile correlates with host metabolic parameters, and remarkably with increased active GLP-1 plasma levels. Furthermore, we found a new source of natural bioactive compounds, chicken leg hydrolyzate, and demonstrated that it acts as antihyperglycemic agent in disrupted-glucose homeostasis animals due to the capacity of inhibiting DPP-IV activity and enhancing endogenous GLP-1 release . In conclusion, the findings obtained in this thesis show that natural bioactive compounds act through different mechanisms on the enteroendocrine system, and thereby could be good therapeutic agents to treat obesity and glucose homeostasis disruption.

The pro-apoptotic effects of two new drugs have been studied for the development of new strategies for cancer treatment. On the one hand, we proved that AICAR induces apoptosis in an AMPK- and p53-independent manner in mouse embryonic fibroblasts. The analysis of the BCL-2 family members allowed the identification of the BH3-only proteins BIM and NOXA as required for apoptosis induction by AICAR. In addition, we characterized the mechanism of action of fluorizoline (compound 1a), a new drug that specifically binds to prohibitin 1 and 2. The presence of prohibitins was proved to be essential for the pro-apoptotic effects of fluorizoline. Prohibitins mediate the increases in BIM and NOXA, two proteins that play a key role in the onset of apoptosis by fluorizoline.
Es van estudiar els efectes pro-apoptòtics de dos fàrmacs pel possible desenvolupament de nous tractaments contra el càncer. D’una banda, es demostra que AICAR indueix apoptosi de manera independent d’AMPK i de p53 en fibroblasts embrionaris de ratolí. L’estudi dels membres de la família de BCL-2 va permetre identificar les proteïnes BH3-only BIM i NOXA com a necessàries per a la inducció d’apoptosi per AICAR. Per altra banda, es va caracteritzar el mecanisme d’acció de la fluorizolina (compost 1a), un nou fàrmac que s’uneix a la prohibitina 1 i 2. Vam demostrar que la presència de les prohibitines és necessària pels efectes pro-apoptòtics de la fluorizolina. Les prohibitines medien els augments en l’expressió de BIM i NOXA, dues proteïnes claus per a la inducció d’apoptosi per fluorizolina.

Compound F has been reported to possess important antioxidant, anti-inflammatory, anti- diabetic and anti-cancer effects, among other interesting properties. Although Compound F has been extensively investigated, its underlying mechanism of action has not been elucidated yet. In this thesis we describe a novel modulation of several nuclear receptors carried out by Compound F and other ABCs. Focusing on steroid receptors, we also report a direct interaction between Compound F and the glucocorticoid and androgen receptor. Despite the nature of the modulation has not been fully clarified, we propose that it could explain at least some of Compound F bioactivities. Precisely, amid all these potential applications of Compound F, we have centered in the treatment of hematologic malignancies. We report the deleterious effects of Compound F on different cell models of hematologic malignancies, concentrating on acute myeloid leukemia. Current findings also suggest that Compound F could have additive effects in combination with standard of care drugs. An important drawback for the use of Compound F in health applications is its poor water solubility and its low bioavailability. Here, we have developed an albumin-based nanoparticle formulation that overcomes this problem. Additionally, a primary evaluation of its toxicity and pharmacokinetic parameters after intravenous and oral administration to mice has been performed.
El Compuesto F es conocido por poseer diversos efectos antioxidantes, antinflamatorios, anti- diabetes y anticancerígenos, entre otras propiedades interesantes. Aunque dicho compuesto ha sido ampliamente investigado, su mecanismo de acción aún no ha sido identificado. En la presente tesis describimos una novedosa modulación de varios receptores nucleares llevada a cabo por el compuesto F y otros de su familia. Centrándonos en receptores esteroidales, también reportamos una interacción directa entre el compuesto F y los receptores de glucocorticoides y de andrógenos. A pesar de que la naturaleza de esta modulación no ha sido del todo elucidada, proponemos que dicha modulación podría explicar, por lo menos, algunas de las bioactividades del Compuesto F. Precisamente, entre estas potenciales aplicaciones del compuesto F, nos hemos centrado en el tratamiento de cánceres hematológicos. Así pues, describimos los efectos citotóxicos del Compuesto F en diferentes modelos celulares de cánceres hematológicos, concentrándonos en la leucemia mieloide aguda. Los presentes resultados sugieren también que el Compuesto F podría tener efectos aditivos en combinación con fármacos de primera línea. Un importante inconveniente para el uso del Compuesto F en aplicaciones clínicas es su baja solubilidad en agua y su limitada biodisponibilidad. En este trabajo hemos desarrollado una formulación de nanopartículas basada en albúmina que consigue solventar dicho inconveniente. Adicionalmente, se ha llevado a cabo una evaluación primaria de su toxicidad y perfil farmacocinético tras administración intravenosa y oral.

En els últims anys, s’ha estudiat com els agents antiinflamatoris presents en els aliments poden modular la inflamació relacionada amb diverses malalties. Les procianidines presents en fruites i vegetals i els àcids grassos poliinsaturats (PUFAs) presents en peix i els olis derivats d’ells són compostos que tenen diferents propietats antiinflamatòries en front de diverses malalties com l’obesitat, la diabetis i malalties cardiovasculars. L’objectiu del nostre estudi va ser investigar diferents aspectes i mecanismes relacionats amb l’eficàcia d’un extracte de procianidines de pinyol de raïm (GSPE) en front de l’estat inflamatori crònic en rates Zucker fa/fa genèticament obeses, i d’un estat inflamatori agut activat per la injecció de lipopolisacàrids (LPS) en rates Wistar. Una dosi moderada de 35 mg/kg per dia de GSPE durant 10 setmanes va produir efectes antiinflamatoris sobre l’expressió gènica en teixit adipós mesentèric en les rates Zucker fa/fa. Tot i així, no es van trobar efectes significatius en la inflamació sistèmica. A més, el GSPE va tenir efectes antiinflamatoris a nivell sistèmic i en l’expressió gènica quan es va administrar durant 15 dies previs a la inducció de la inflamació per LPS en rates Wistar. La dosi alta nutricional de 75 mg/kg per dia i la dosi alta farmacològica de 200 mg/kg per dia de GSPE van ser les més efectives en prevenir aquesta inflamació. Per altra banda, diferents molècules bioactives com els flavonoides resveratrol (RES), epigal•locatequina gal•lat, i les procianidines dimèriques B1-B4, i els PUFAs EPA i DHA van ser administrats en combinació per analitzar els efectes antiinflamatoris sinèrgics, additius o antagònics en macròfags estimulats amb LPS. Les combinacions de B3 més EPA i RES més EPA van mostrar efectes antiinflamatoris sinèrgics disminuint els nivells d’òxid nítric, els nivells d’expressió de gens proinflamatoris i relacionats amb l’estrès oxidatiu, i modulant la fosforilació de diferents proteïnes involucrades en l’activació de les vies proinflamatòries senyalitzadores de l’NF-κB i de l’AP-1.
The study of how anti-inflammatory agents found in food can mediate in various diseases in which inflammation is involved has become relevant in recent years. Procyanidins present in fruits and vegetables and polyunsaturated fatty acids (PUFAs) present in fish and fish oils are compounds that have anti-inflammatory properties against several diseases such as obesity, diabetes and cardiovascular disease. The goal of this study was to investigate some aspects and mechanisms related to the reported efficacy of grape seed procyanidin extract (GSPE) against the inflammatory state in the genetically obese Zucker fa/fa rat model with low-chronic inflammation and a model of acute inflammation triggered by the injection of lipopolysaccharide (LPS) into Wistar rats. A moderate dose of 35 mg/kg*day of GSPE for 10 weeks had anti-inflammatory effects at the gene expression level in mesenteric adipose tissue in Zucker fa/fa rats. However, no significant effects on systemic inflammation were found. In contrast, GSPE had anti-inflammatory effects at the systemic and gene expression levels when administered for 15 days prior to LPS-induced inflammation in Wistar rats. The moderate-high dose of 75 mg/kg*day and the high dose of 200 mg/kg*day of GSPE were the most effective doses in preventing acute inflammation. In addition, several pure bioactive flavonoids such as resveratrol (RES), epigallocatechin gallate, B1-B4 dimeric procyanidins, and PUFAs such as EPA and DHA were administered in various combinations to assess any potential synergistic, additive or antagonistic anti-inflammatory effects that may exist between these flavonoids and PUFAs in LPS-stimulated murine macrophages. Importantly, the combinations of B3 plus EPA and RES plus EPA had strong synergistic anti-inflammatory effects manifested by a decrease in nitric oxide levels, a decrease in the expression of proinflammatory and oxidative stress-related genes and the modulation of the phosphorylation status of various proteins involved in the activation of the NF-κB and AP-1 proinflammatory pathways.
En los últimos años, se ha estudiado como los agentes antinflamatorios presentes en los alimentos pueden modular la inflamación relacionada con diversas enfermedades. Las procianidinas presentes en frutas y vegetales y los ácidos grasos polinsaturados (PUFAs) presentes en el pescado y los aceites derivados de ellos son compuestos que tienen diferentes propiedades antinflamatorias frente a varias enfermedades como la obesidad, la diabetes y enfermedades cardiovasculares. El objetivo de nuestro estudio fue investigar diferentes aspectos y mecanismos relacionados con la eficacia de un extracto de procianidinas de pepita de uva (GSPE) frente al estado inflamatorio crónico en ratas Zucker fa/fa genéticamente obesas, y de un estado inflamatorio agudo activado por la inyección de lipopolisacáridos (LPS) en ratas Wistar. Una dosis moderada de 35 mg/kg por día de GSPE durante 10 semanas produjo efectos antinflamatorios sobre la expresión génica en tejido adiposo mesentérico en las ratas Zucker fa/fa. Aún así, no se encontraron efectos significativos en la inflamación sistémica. Además, el GSPE tuvo efectos antinflamatorios a nivel sistémico y en la expresión génica cuando fue administrado durante 15 días previos a la inducción de la inflamación por LPS en ratas Wistar. La dosis alta nutricional de 75 mg/kg por día y la dosis alta farmacológica de 200 mg/kg por día de GSPE fueron las más efectivas en prevenir esta inflamación. Por otro lado, diferentes moléculas bioactivas como los flavonoides resveratrol (RES), epigalocatequina galada, y las procianidinas diméricas B1-B4, y los PUFAs EPA y DHA fueron administrados en combinación para analizar los efectos antinflamatorios sinérgicos, aditivos o antagónicos en macrófagos estimulados con LPS. Las combinaciones de B3 más EPA y RES más EPA mostraron efectos antinflamatorios sinérgicos disminuyendo los niveles de óxido nítrico, los niveles de expresión de genes proinflamatorios y relacionados con el estrés oxidativo, y modulando la fosforilación de diferentes proteínas involucradas en la activación de las vías proinflamatorias señalizadoras del NF-κB y del AP-1.

Tras la infección por VIH-1, el establecimiento de un depósito de células T en reposo infectadas latentemente con VIH impide la erradicación del virus en pacientes. Para lograr la erradicación, la terapia retroviral existente debe combinarse con medicamentos que reactiven los virus latentes. Previamente, nuestro grupo describió un nuevo compuesto químico, MMQO (8-metoxi-6-metilquinolin-4-ol) que es capaz de reactivar la transcripción viral a través de un mecanismo desconocido. El objetivo de este proyecto fue identificar los proteínas que interaccionan con MMQO e investigar su papel en la reactivación del VIH-1. Hemos establecido que MMQO es capaz de inducir la transcripción de minigenomas provirales que carecen de genes para los componentes virales, lo que nos permite plantear la hipótesis de que el compuesto funciona principalmente a través de factores del huésped. La caracterización de los perfiles de transcripción de MMQO mediante microarrays de expresión nos permitió identificar numerosos rasgos provocados por el compuesto. MMQO muestra una robusta naturaleza inmunosupresora que afecta a la proliferación celular debido a la disminución de los niveles proteicos de cMyc y Bcl-2 y la desregulación de genes sensibles a acetilación. Estas características indican que MMQO imita las lisinas acetiladas de histonas y funciona como un inhibidor de bromodominio y dominio extraterminal (BET). Análisis adicionales de la expresión génica y proteómica confirmaron esta hipótesis y demostramos que MMQO desplaza de la cromatina a Brd4, un miembro de la familia BET y antagoniza el papel pro-latente de Brd4 cerca del sitio de inicio de la transcripción de VIH-1. Modelos computacionales de docking también confirmaron la especificidad de MMQO hacia los bromodominios de la familia BET y un ensayo in vitro mediante FRET contra los miembros de la familia, identificó que MMQO tiene una mayor afinidad hacia la proteína Brd9. Por último, hemos establecido que la inhibición de Brd9 tiene un mínimo efecto sobre la expresión proviral, lo que sugiere que la principal función de MMQO sobre VIH-1 se puede atribuir al desplazamiento de Brd4. Debido a la amplia gama de propiedades de los inhibidores de la familia BET, estas moléculas se están evaluando actualmente en ensayos clínicos contra diversos tipos de cáncer y afecciones inmunitarias. MMQO, con un funcionamiento dual, es un nuevo miembro de esta clase de medicamentos. La estructura minimalista de MMQO puede ser muy prometedora ya que puede ser modificada para optimizar la afinidad hacia Brd9 / 4 y, potencialmente, podría ser de utilidad en la investigación contra una gran variedad de enfermedades, incluyendo el VIH.
Upon HIV-1 infection, a reservoir of HIV latently infected resting T cells prevents the eradication of the virus from patients. To achieve eradication, the existing virus suppressing antiretroviral therapy must be combined with drugs that reactivate the dormant viruses. Our group previously described a novel chemical scaffold compound, MMQO (8-methoxy-6-methylquinolin-4-ol), which is capable of reactivating viral transcription through an unknown mechanism. The objective of this project was to identify the molecular binding partners of MMQO and elaborate their role in the reactivation of HIV-1. We established that MMQO is capable of inducing HIV-1 independently of viral proteins by inducing transcription from proviral minigenomes lacking genes for viral components, allowing us to hypothesize that the compound primarily functions through host factors. Characterizing MMQO’s transcriptional profiles with total mRNA expression microarrays, we were able to identify numerous traits provoked by the drug. MMQO displayed a robust immunosuppressive nature, it affected cell proliferation by diminishing cMyc and Bcl-2 protein levels and increased the dysregulation of acetylation sensitive genes. These hallmarks indicated that MMQO mimics acetylated lysines of core histones and functions as a bromodomain and extraterminal domain (BET) protein family inhibitor. Further gene expression and proteomic analysis confirmed this supposition and we demonstrated that MMQO deposes of the BET family member Brd4 from global chromatin and antagonizes the pro-latent role of Brd4 near the transcription start site of HIV-1. Computational docking models also confirmed MMQO’s specificity towards the BET family bromodomains and an in vitro screening against the family members by FRET identified MMQO to have the highest affinity towards the Brd9 protein. Finally, we established that the inhibition of Brd9 had minimal effect on the proviral expression, suggesting that the primary function of MMQO on HIV-1 can be attributed to the displacement of Brd4. Due to the broad range of properties characteristic to BET family inhibitors, these molecules are currently being evaluated in clinical trials against various types of cancers and immune conditions. The dual functioning scaffold compound MMQO is a new member of this class of drugs. The minimalistic structure of MMQO shows promise for it to be further optimized for higher affinities towards Brd9 / 4 and could potentially be of use in research against a variety of diseases, including HIV.

The present research project can be included in the broad supramolecular chemistry field that was defined by Nobel laureate Jean Marie Lehn as the "chemistry beyond the molecule".1 It is based on processes of molecular assembly through intermolecular forces and it has allowed synthesizing fascinating architectures with very important applications in Biology, Material Science and Catalysis. Our project is specifically defined within the dynamic combinatorial chemistry that has emerged as an important methodology for the generation of new molecules formed by reversible reactions of simple "Building Blocks" (BB).2 This work is focused on the study of covalent dynamic libraries arising from the combination of BBs with different abilities to form reversible bonds3,4 in aqueous media through disulphide chemistry. Thus, by combining a series of BB with different valence, in principle a broad structural variety is expected. Nevertheless, it was observed that self-recognition events within the BBs during the equilibration process can lead the equilibrium to the formation of a discrete compound instead of a diverse library.5 This allowed us to evaluate the effect of the molecular topology/geometry in the dynamic systems. We found that with the appropriate cooperative supramolecular interactions between the BBs could result in the emergence of self-recognition processes and in the selective formation of a singular constitution even when it is statistically disfavored. We show the importance of the synergic action of subtle recognition events within the components of a DCL. Those findings made us envision that the generation of molecular diversity will open the possibility of creating highly complex and efficient molecular recognition systems, starting from structurally simple BBs. After the assumption that stabilizing intramolecular interactions are responsible for the selection of a single compound, we decided to study the adaptive behavior of these dynamic combinatorial libraries to support this premise.6 The systematic study of the intrinsic (chemical structure and valence of the BB) and extrinsic (pH, ionic strength and organic co-solvent) factors rendered important information about noncovalent intramolecular interactions.7 If we understand the behavior of the interactions that are responsible of the formation of different products and learn what factors are leading to their constitution, we will be able to decode the key to direct the thermodynamic equilibrium towards a desired assembly of products. Systematically planned variations of the BBs structures and of the experimental conditions can provide a basis for a better understanding of supramolecular associations in natural and synthetic systems and for the theoretical prediction of noncovalent interactions. This knowledge can result into an excellent tool to predict the emergence of new compounds and to contribute to the understanding of biologically important associations. With the knowledge acquired and the results obtained, we focused on the synthesis and study of selective chemical sensors of amino acids in aqueous media. We designed a dynamic molecular network able to selectively sense biologically relevant molecules with high sensitivity.8 Instead of a discrete fluorescent probe derived from one molecule, the sensor comprises an ensemble of species that work as a dynamic network that rearranges and releases a fluorescent component in response to the analyte.9 This system works in aqueous media to exclusively sense Cys in its reduced or oxidized form against other biothiols and, even more importantly, in human urine which the consequent application for the diagnosis of cystinuria, a metabolic disease related to a deficient transport of this amino acid. Overall, the results comprehended in this thesis represent a contribution to expand the study of combinatorial dynamical libraries and in the subsequent utilization of these for practical purposes. The combination of pseudopeptidic BBs in DCvC processes allowed us to investigate a wide variety of structural diversity. The generation of this molecular diversity and the exhaustive study of its adaptive properties open the possibility of creating highly complex and efficient molecular recognition systems, from structurally simple BBs. References: [1] J.-M. Lehn; Angew. Chem. Int. Ed. Engl.; 1988; 27, 89. [2] J.Li, P.Nowak, S.Otto. J. Am. Chem. Soc., 2013, 135, 9222-9239. [3] J. Atcher and I. Alfonso; RSC Advances; 2013; 3, 25605-25608. [4] K. R. West, K. D. Bake and S. Otto, Organic Letters; 2005; 7, 2615-2618. [5] J. Solà, M. Lafuente, J. Atcher and I. Alfonso; Chemical Communications; 2014; 50, 4564-4566. [6] M. Lafuente, J.Atcher, J. Solà and I. Alfonso; Chem. Eur. J.; 2015; 21, 17002. [7] J. Atcher, A. Moure and I. Alfonso; Chemical Communications; 2013; 49, 487-489. [8] M. Lafuente, J. Solà ans I. Alfonso; Angewandte Chemie, https://doi.org/10.1002/anie.201802189 [9] D. Zhang, Z . Yang, H. Li, Z. Pei, S. Sun and Y. Xu; Chem. Commun.; 2016, 52, 749.
El presente proyecto de investigación se puede incluir en el amplio campo de la química supramolecular que definió el Premio Nobel Jean Marie Lehn como la "química más allá de la molécula". Se basa en procesos de ensamblaje molecular a través de fuerzas intermoleculares y ha permitido sintetizar arquitecturas fascinantes con aplicaciones muy importantes. Esta Tesis Doctoral se basa en el diseño y síntesis de nuevas moléculas pseudopeptídicas para ser usadas como bloques constituyentes en la generación de quimiotecas combinatorias dinámicas. La originalidad de la idea radica en la preparación de estructuras químicas con distinta topología molecular (monopodales, bipodales, tripodales), lo que puede conducir potencialmente a una gran diversidad estructural (lineal, cíclica, policíclica) mediante la adecuada combinación de dichos bloques constituyentes en procesos dinámicos. Con ello se planteó el objetivo de estudiar el efecto de la geometría y la topología molecular en la composición de las quimiotecas dinámicas. Tras suponer que la estabilización de un compuesto u otro es debido a las interacciones intramoleculares, se estudió el comportamiento adaptativo de estas quimiotecas dinámicas combinatorias para apoyar esta premisa. El estudio sistemático de los factores intrínsecos (estructura química y valencia del BB) y extrínseco (pH, fuerza iónica y codisolvente orgánico) proporcionó información importante sobre las interacciones intramoleculares no covalentes que dirigen estos sistemas. Los sistemas que dieron lugar a procesos de reconocimiento molecular eficiente, se estudiarían en detalle. Seguidamente y partiendo del conocimiento adquirido y los resultados obtenidos hasta el momento, se planteó modificar los correspondientes bloques constituyentes para llevar a cabo sistemas dinámicos con una aplicación práctica, la preparación de sensores químicos específicos de aminoácidos, capaces de funcionar en medios acuosos. Con ello se ha conseguido por primera vez la preparación de un sistema dinámico capaz de producir una respuesta fluorescente en presencia de la L-cisteína y, lo que es más importante, su dímero oxidado L-cistina. Este entramado molecular actúa como un sensor fluorescente selectivo de cisteína, incluso en presencia de otros aminoácidos y en fluidos biológicos, como la orina humana, con la consiguiente potencial aplicación para el diagnóstico de cistinuria, una enfermedad metabólica relacionada con el transporte deficiente de dicho aminoácido.

The thesis consists of two main projects: a) the development of a novel strategy to gain genetic control with spatiotemporal precision, and b) the optimisation of inhibitors of the protein kinase p38α, which has a major role in the homeostasis of tumours and in the regulation of metastasis, invasion and proliferation, amongst other processes in cancer. a) Guaymoxifen is a molecule that is inactive with respect to the Cre method for genetic modification, but can be cleaved by a xeno-enzyme (LigF, artificially expressed in the metastatic cells of our mouse model, but not in the innate cells of the model) to liberate the active compound hydroxytamoxifen (4OHT). When guaymoxifen is administered to a CreER-GFP mouse (which has the potential to express green fluorescent protein upon exposure to 4OHT) that possesses LigF metastatic tumours, 4OHT will only be released around these metastatic tumour cells. Therefore, genetic modification (expression of GFP in this case) will only occur in the cells surrounding the tumour sites (stroma), allowing visualisation and isolation of key stromal cells during tumour development. A drawback was that the liver of the mouse was also capable of cleaving guaymoxifen and releasing 4OHT, which caused genetic recombination to occur away from the stroma and thus generated background noise, which limited the use of this technique in vivo. In order to address this problem, we developed a family of compounds based on guaymoxifen that would be more resistant to oxidative metabolism in the liver, by substitution of the beta- ether bond. Initial biological testing of these compounds identified 2 analogues that were more resistant to liver cleavage, yet could still be effectively cleaved by LigF in vitro. Ongoing work will complete the data needed for proof of concept of this strategy. 4OHT, (the active part), possesses a double bond with four distinct substituents, which leads to the existence of 2 stereoisomers. Only the Z stereoisomer is active against CreER, and furthermore, the proZ isomer of guaymoxifen is preferentially cleaved by LigF over the proE isomer. We therefore synthesised a modified analogue of 4OHT: 2Me-4OHT which favours the formation of the active isomer due to steric repulsion from the additional methyl group. This analogue was demonstrated to have comparable activity to 4OHT in CreER assays and in vivo. We therefore prepared the corresponding compound including the guaiacol moiety and observed that it could be cleaved by LigF to liberate active 2Me-4OHT in vitro. The liberated compound possessed a Z:E isomer ratio that was approximately 8x higher than that of 4OHT. In vivo examination is ongoing to determine the performance of these compounds in the complete mouse models. b) Our objective was to design and synthesise a new family of compounds based on the existing p38α inhibitor PH-797804 (PH), developed by Pfizer. We incorporated a variety of functional groups at different lengths distant from a crucial amide moiety of the molecule, which could be modified without adversely affecting the affinity for the target protein. The added functionalities were amenable to conjugation to moieties for the accumulation in tumour cells, such as peptide sequences or gold nanoparticles. The selective accumulation of these drug conjugates in the tumour cells would avoid the side effects associated with p38α inhibitors, such as skin rash and liver toxicity, identified in a number of phase II clinical trials. Our free analogues, before incorporation of the directing groups, were tested in a number of biological assays and in vivo. They maintained the activity of PH, and in the case of 4-13a even displayed superior activity. A new series of conjugates bound to RGD (an integrin recognition fragment) and analogues of somatostatin (a ligand for somatostatin receptor) were synthesised and shown to possess activity in vitro and preliminary in vivo tests. The conjugates were predicted to have an affinity for the corresponding receptors, which are overexpressed on the surface of many types of tumour cells and would thereby cause the accumulation of the conjugates in tumours. Endosomic assisted internalisation and cleavage would then release the active analogues within the tumour cells. Ongoing testing aims to establish the therapeutic benefit of these conjugates. We also designed a PROTAC (“Proteolysis Targeting Chimera”) using PH as the warhead. After screening of appropriate ligands for E3 ubiquitin ligase and optimisation of the linker, we obtained a family of compounds that induced the ubiquitination and degradation of p38α and p38 in cellular assays at nanomolar concentrations. The degradation took less than 8 hours and was maintained for over 48 hours, in a range of cell lines. These PROTACs were also effective in vivo, whereby p38α was degraded in lung tissue after 16 h when administered intratracheally, but not in nearby tissues such as heart or lung. Ongoing optimisation to improve the solubility and bioavailability of this PROTAC hopes to achieve a novel therapy for use against cancer.
La tesis consiste en dos proyectos principales: a) desarrollo de una estrategia novedosa para la modificación genética con control espaciotemporal, y b) mejora de inhibidores de la proteína p38α, que tiene un papel muy importante en la homeostasis de tumores y en la regulación de la metástasis, invasión y proliferación, etc. a) Una molécula (que denominamos Guaymoxifen) inactiva respeto al método “Cre” de modificar genes, que mediante la acción de una xeno-enzima (LigF, sólo expresada en bacterias, no en las células humanas), se parte y libera hydroxytamoxifen (4OHT, la parte activa). Cuando se administra guaymoxifen a un ratón con tumores que expresan LigF, libera 4OHT sólo alrededor de las células tumorales, y entonces solo se modifica la genética de dichas células. El problema es que en el hígado también se libera 4OHT y causa ruido de fondo en los datos. Para afrontar ésta problema del metabolismo en el hígado, desarrollamos una familia de nuevos análogos de guaymoxifen que fueron más resistentes. Las pruebas biológicas identificaron dos análogos más resistentes, pero 4OHTam todavía fue liberado por la enzima LigF. También sintetizamos un nuevo análogo de 4OHT (la parte activa): 2Me-4OHT, que favorece la formación del estereoisómero activo debido a la repulsión estérica del grupo metilo añadido. Esté análogo tenía una actividad en los ensayos Cre-ER parecido a 4OHT. Preparamos el compuesto correspondiente incluyendo la parte “guay” y vimos en los ensayos de escisión que LigF rompe la molécula, liberando 2Me-4OHT. Así pues, cuando tenga lugar la isomerización se generará una mezcla enriquecida en el isómero activo. b) Nuestro objetivo es diseñar y sintetizar una nueva familia de compuestos basada en un inhibidor ya existente, PH-797804 (PH), desarrollado por Pfizer. Hemos incorporado una variedad de grupos funcionales en estos análogos para que pudiéramos unir grupos directores, como por ejemplo nanopartículas de oro, o secuencias peptídicas, para direccionar el inhibidor al tumor con más especificidad. Así ganaríamos más eficacia y superaríamos los efectos secundarios asociados con los inhibidores de p38α ya descritos. Nuestros análogos, antes de incorporar los grupos directores, fueron probados en ensayos celulares y también in vivo en tumores implantados en ratones y mantuvieron la actividad de la inhibición de p38α, o incluso más alta que la del PH. Una nueva serie de análogos fue sintetizada con nuestros análogos enlazado covalentemente a RGD, y a análogos de somatostatina. El mismo análogo de la serie también fue modificado para incluir un iniciador de “E3 ubiquitin ligase”, para obtener un PROTAC (“Proteolysis Targeting Chimera”) con capacidad de degradar p38α. Después de un programa de optimización de los iniciadores de E3 ubiquitin ligase y optimización del “linker,” conseguimos una familia de compuestos “PROTAC” que degradaban eficazmente la proteína. Estas son las primeras moléculas pequeñas con capacidad para degradar únicamente p38α y p38beta descritas hasta el momento. La degradación fue probada en una variedad de líneas células y también in vivo.

The objective of the present work is to provide a better understanding of magnetron sputtered transparent conducting oxides based on ZnO in order to use them as electrodes in thin film silicon solar cells at the Grup d'Energia Solar of the Universitat de Barcelona. This thesis presents the properties of magnetron sputtered aluminium and gallium doped ZnO as well as the properties of multi-compound materials deposited by the co-sputtering of zinc oxide and indium tin oxide. The application of ZnO based transparent conducting oxides to the back reflector of pin amorphous solar cells is also discussed. A set of aluminium doped zinc oxide layers were deposited under different substrate temperature and discharge power. The structural, electrical and optical properties were characterised and discussed. The higher substrate temperatures and discharge powers used during deposition led to highly transparent layers in the visible range with lower resistivities. The polycrystalline layers were oriented with the c-axis perpendicular to the substrate surface and the crystalline quality of the layers improved at higher temperatures and powers. A remarkable increase in mobility was found for temperatures above 300°C and the carrier concentration also rose with temperature reaching 3.71x1020 cm-3 at 420°C. The most remarkable feature found at higher deposition power was the increase in deposition rate (from 0.9 to 9 nm/min). By means of a high temperature (650°C) annealing process under a capping layer of silicon or alumina, the mobility of aluminium doped zinc oxide layers was considerably raised achieving 68.5 cm2V-1s-1. This process led also to more transparent layers in the near infrared as well as in the ultraviolet part of the spectrum. Gallium doped zinc oxide films were deposited in order to investigate the suitability of gallium as a dopant in zinc oxide layers. Highly transparent layers with higher carrier concentrations but lower mobilities compared to aluminium doped zinc oxide were obtained. The dependence of the layer properties on the pressure, doping concentration, substrate temperature and oxygen volume concentration during deposition were studied in order to find the adequate layer to be applied as electrode in thin film solar cells. 4 wt.% Ga2O3 doping concentration was found to be optimal for the production of highly conductive ZnO:Ga layers with a high band gap energy. The incorporation of oxygen gas during the sputter deposition led to more transparent layers at wavelengths longer than 1100 nm, but was found to be detrimental for the electrical properties of the studied layers. By means of co-sputtering, a set of multi-compound layers formed by Zn-In-Sn-O were deposited and carefully characterised. The resulting layers were studied as a function of the Zn content ratio, which varied between 17.1 to 67.3%. The layers were amorphous in nature but presented embedded nanometric crystals. The incorporation of Zn cations into an indium tin oxide matrix favoured the transmittance but did not modify the mobility. The carrier concentration was found to decrease resulting in an increase in resistivity. The electronic band structure was investigated by means of photoelectron spectroscopy. The measurements showed that, with an increase in Zn concentration, the oxygen vacancy concentration of the surface increased resulting in a degenerately n-doped surface layer. The work function of the material was determined by low intensity X-ray photoelectron spectroscopy and the values varied between 4.7 and 4.3 eV with the variation of Zn content. The final experiments were focussed on the application of ZnO layers in the back reflectors of pin amorphous silicon solar cells. Trials were performed onto pin structures deposited at T-Solar Global SA and the Universitat de Barcelona. The cells deposited at T-Solar were long exposed to air before a back reflector could be deposited and evidence for the formation of a thin silicon oxide layer at the interface was obtained. The oxide layer was removed using acid etching in dilute HF, but an analysis by X-ray photoelectron spectroscopy showed that the cleaning step resulted in an important amount of carbon contamination on the surface. Both, the silicon oxide and the carbon layer led to devices with S-shaped J-V curves. Later, the n-type interface was protected by a thin ZnO:Al layer at T-Solar to avoid oxidation during transportation. However, the existence of this thin ZnO:Al protective layer determined the growth of the subsequently deposited layers. Thus, the deposition of ZnO layers under different conditions led to similar results. Finally, different back reflectors were tried over the solar cells fabricated at UB. Aluminium and gallium doped zinc oxide layers were deposited on amorphous silicon pin structures, and a clear improvement in performance with respect to devices with only a metal layer as back reflector was observed. Similar performances were observed when Ga doped ZnO or Al doped ZnO was used in the back reflector. It showed that both gallium and aluminium were suitable dopants for the ZnO to be applied in the back reflector.
L'objectiu d'aquest treball rau en l'estudi i optimització dels òxids conductors transparents basats en l'òxid de zinc. Aquests materials, que s'han dipositat mitjançant polvorització catòdica magnetró, es van estudiar amb la finalitat d'emprar-los com elèctrodes en cèl•lules solars de silici en capa prima al Grup d'Energia Solar de la Universitat de Barcelona. En aquesta tesi es presenten les propietats de l'òxid de zinc dopat amb alumini o amb gal•li, així com les propietats de multi-compostos dipositats a partir de la co-polvorització catòdica d'òxid de zinc i d'òxid d'indi dopat amb estany. També es discuteix l'aplicació d'òxids conductors transparents basats en l'òxid de zinc al reflector posterior de cèl•lules solars de silici amorf amb estructura tipus pin. S’ha trobat que l’òxid de zinc dopat amb alumini, a altes temperatures de substrat i altes potències, presenta una elevada transmitància òptica i una baixa resistivitat. La mobilitat de les capes augmentà considerablement fins assolir 68.5 cm2V-1s-1 mitjançant l'aplicació de tractaments tèrmics a alta temperatura previ dipòsit d'una capa protectora de silici amorf o d'alúmina. Pel cas de l'òxid de zinc dopat amb gal•li s'han obtingut una sèrie de capes altament transparents i amb concentracions de portadors superiors, però amb mobilitats inferiors que les de capes dopades amb alumini. Mitjançant co-polvorització d’òxid de zinc i òxid d’indi dopat amb estany s’han obtingut capes amorfes del multi-compost Zn-In-Sn-O amb un contingut de zinc que varia entre el 17.1 i el 67.3%. La incorporació del zinc a l'òxid d'indi dopat amb estany afavoreix l'increment de la transmitància, sense que la mobilitat de les capes es vegi afectada. En canvi, la concentració de portadors disminueix amb la incorporació de Zn. Comparant l'ús del gal•li i de l'alumini com a dopants de l'òxid de zinc del reflector posterior de cèl•lules de silici amorf tipus pin, s'ha observat una gran similitud en el comportament dels dispositius. Això ens ha portat a la conclusió que ambdós materials són adients per ser emprats com a reflectors posteriors.

In this doctoral thesis the interaction of emergent organic pollutants, such as alkylphenolic and perfluorinated compounds (APCs and PFCs, respectively) with sewage sludge and soil samples was studied. These two families of organic compounds were selected because of their ubiquitous presence and persistence in environmental matrices and to know mechanisms responsible for their interaction. With respect to the behaviour of APCs in sewage sludges, concretely octylphenol (OP), nonylphenol (NP) and nonylphenol-mono-ethoxylate (NP1EO), the application of a leaching test to fresh sludge samples and to samples dried at 40 °C showed that leaching yields of APCs decreased after the drying treatment (from 1.3-35% for fresh sludge samples to 0.8-3.4% for dried samples). This was attributed to differences in the characteristics of sludge organic matter in fresh and dried sludge samples. Thus, in the fresh sludge samples, APCs were mainly associated with the particulate matter in solution, showing high leaching yields. In contrast, drying treatment provoked the transformation of organic compounds into simpler molecules, thus leading to a decrease in the particulate matter in solution, thus favouring the association of APCs with the organic matter of the solid phase, and decreasing the leaching yield. Therefore, sewage sludge drying is recommended before their potential addition to agricultural soils. For studying the sorption behavior of NP and NP1EO in soils, sorption and desorption tests were applied to several soils with different characteristics such as pH, organic carbon (OC) and dissolved organic carbon. Sorption and desorption isotherms of NP and NP1EO were linear within the concentration range studied, and the solid-liquid distribution coefficients (Kd) derived from the isotherms correlated with the OC of soils, suggesting that soil organic matter governed the sorption of NP and NP1EO through a hydrophobic interaction with the alkyl chain of APCs. Exception to this pattern was the sorption of NP1EO in those soils with the highest DOC/OC ratio, which were better described by the Freundlich equation (N>1), due to the competition between the organic matter in solution and that in the solid phase for NP1EO sorption at low initial concentrations. Moreover, Kd values were usually higher for NP than for NP1EO, according with the higher hydrophobicity of NP. Desorption yields of NP and NP1EO were lower than 5 %, thus indicating that the sorption of APCs in soils was considerably irreversible. Sorption behaviour of PFCs, concretely perfluorooctane sulfonate (PFOS), perfluorooctanoic acid (PFOA), perfluorobutane sulfonate (PFBS), in sewage sludge and soil samples led to similar conclusions to those obtained for APCs. Sorption and desorption isotherms showed a linear pattern in the two environmental matrices, with satisfactory correlations between Kd and the organic matter content of the sample, suggesting a hydrophobic interaction between the pefluorinated carbon chain and the organic matter of sewage sludges and soils, predominantly Van der Waals forces. Potential additional role of Ca/Mg ion bridges to overcome the electrostatic repulsions of deprotonated PFCs with negatively charged surface sites of sludges at the sample pH was also suggested. Sorption affinity of the PFCs for the sludge and soil samples increased with the hydrophobicity of the compound, that is, in the sequence: PFBS < PFOA < PFOS. In contrast, PFOS showed the highest irreversibility in the two environmental matrices, whereas PFOA and PFBS were desorbed in higher rates. This suggested that the physicochemical properties of the compound, such as solubility and octanol-water partitioning coefficient, together with the organic matter content of sewage sludges and soils controlled the sorption behaviour of PFCs.
En esta tesis doctoral se ha estudiado la interacción de contaminantes orgánicos persistentes, tales como compuestos alquilfenólicos (APCs) y perfluorados (PFCs) con lodos de depuradora y suelos. Por lo que se refiere a la lixiviación de APCs en muestras de lodo, concretamente de octilfenol (OP), nonilfenol (NP) y nonilfenol-mono-etoxilado (NP1EO), ésta disminuyó después de un tratamiento de secado a 40 °C. Este comportamiento se atribuyó al hecho que, en el lodo fresco, los APCs se encontraban mayoritariamente asociados a la materia orgánica particulada en solución, mientras que el secado condujo a una transformación de la materia orgánica en moléculas más sencillas, provocando que los APCs quedaran mayoritariamente retenidos en la fase sólida del lodo, disminuyendo su lixiviación. En relación con la interacción de APCs en suelos, se evaluó la sorción y desorción de NP y NP1EO en suelos con distintos contenidos del carbono orgánico (OC). La sorción y desorción de estos compuestos fue lineal para el intervalo de concentraciones estudiado y los coeficientes de distribución sólido-líquido (Kd) obtenidos mostraron una buena correlación con el OC, lo que sugirió una interacción hidrófobica entre la cadena alquilo del APC y la materia orgánica de los suelos. La desorción de NP y NP1EO fue inferior a 5% para todas las combinaciones APC-suelo, demostrando una sorción significativamente irreversible de estos compuestos. Los estudios de sorción de PFCs, concretamente de sulfonato de perfluoroctano (PFOS), ácido perfluorooctanoico (PFOA) y sulfonato de perfluorobutano (PFBS), en lodos y suelos llevaron a conclusiones similares a las obtenidas con APCs. Las isotermas de sorción de PFCs también mostraron un comportamiento lineal en ambas matrices ambientales con una buena correlación entre Kd y OC, lo que sugirió una interacción hidrofóbica entre la cadena perfluorada y la materia orgánica. Se observó que la afinidad de sorción de PFCs en lodos y suelos aumentó con la hidrofobicidad del compuesto (PFBS < PFOA < PFOS), mientras que la desorción disminuyó, siendo el PFOS el más irreversiblemente sorbido, lo que permitió concluir que la hidrofobicidad del compuesto gobierna su sorción en lodos y suelos.

Esta tesis tiene como objetivo principal contribuir al desarrollo de las mejores prácticas disponibles en la modelización del destino multimedia y de los efectos de compuestos farmacéuticos para evaluar su impacto en los ecosistemas. La distribución de fármacos a través de los distintos compartimentos ambientales representa un riesgo potencial de toxicidad para los ecosistemas acuáticos. La capacidad de ionización de muchos de estos compuestos en el medio ambiente es un reto para la modelización de su destino multimedia, de su exposición y efectos. El uso de modelos convencionales no polares representa un elevado nivel de incertidumbre en la modelización de la movilidad de compuestos orgánicos ionizables, y en la modelización de su biodisponibilidad para la exposición a organismos y para la degradación en el medio ambiente. El desarrollo y la evaluación de modelos alternativos que incluyan estos puntos son esenciales para mejorar la simulación del comportamiento ambiental de microcontaminantes. La comparación de modelos y la cuantificación de la incertidumbre de sus resultados son fundamentales para su correcta interpretación. Además, la cuantificación de estas incertidumbres es necesaria para establecer prioridades de monitoreo y de investigación adicional entre el gran número de fármacos activos en uso actual teniendo en cuenta las diferentes vías de contaminación ambiental. En este contexto, se consideraron los siguientes objetivos específicos: 1. Desarrollo de un modelo de destino multimedia, exposición y toxicidad con base en álgebra matricial y adaptado a compuestos farmacéuticos consistente con modelos de evaluación del impacto de ciclo de vida. 2. Desarrollo de un método para la cuantificación de la incertidumbre del modelo, incluyendo la incertidumbre de los modelos de regresión aplicados, y la identificación de los parámetros más pertinentes a la incertidumbre total. 3. Comparar y cuantificar las incertidumbres de los modelos alternativos en términos de los factores de caracterización y de los resultados finales de impacto, contribuyendo a la identificación de las mejores prácticas de modelización del destino multimedia, exposición y efectos de fármacos con base en los conocimientos científicos actuales. 4 Priorización de compuestos farmacéuticos en términos de su impacto probabilístico en los ecosistemas de agua dulce considerando las emisiones directas y indirectas de plantas de tratamiento de aguas para posterior monitorización e investigación adicional. Capítulo 1 establece el contexto de la tesis y sus objetivos. Capítulo 2 presenta un modelo de destino multimedia, exposición y efectos con base en álgebra matricial, adaptado a fármacos y consistente con el modelo consensual de la UNEP/SETAC, el modelo USEtox. Se presenta un enfoque para cuantificar la incertidumbre de los resultados del modelo usando el análisis de Monte Carlo. El enfoque incluye la incertidumbre asociada a los modelos de regresión utilizados y a los efectos tóxicos, y la variabilidad asociada a los parámetros ambientales y experimentales. El modelo se aplicó a fármacos detectados en lodos de depuradora, posteriormente aplicados a suelos agrícolas. En relación a los compuestos de mayor relevancia, los parámetros más influyentes en la evaluación probabilística de impacto fueron identificados así como temas para investigación futura. El capítulo 3 presenta una comparación detallada entre el modelo USEtox y el modelo alternativo adaptado a compuestos farmacéuticos. Este modelo alternativo incluye modelos de regresión para estimar parámetros teniendo en cuenta la fracción iónica de una molécula. La comparación se hizo al nivel de los factores de caracterización y al nivel de los resultados finales del impacto teniendo en cuenta tres escenarios de emisiones en distintos compartimientos ambientales. Los parámetros más sensibles de los modelos fueron identificados por análisis de Monte Carlo. Los capítulos 4 y 5 presentan una priorización de los fármacos detectados en plantas de tratamiento de aguas residuales europeas al nivel de su monitorización ambiental y de temas para investigación futura. En el Capítulo 4 las emisiones directas de efluentes al compartimiento de agua dulce son estudiadas. En el capítulo 5 se consideran las emisiones indirectas: la aplicación de lodos de depuración y de efluentes en suelos agrícolas como fertilizante y como agua de irrigación, respectivamente. Los temas de investigación futura se definieran tanto por la identificación de lagunas en el conocimiento acerca del comportamiento ambiental de los fármacos, como por la contribución de la incertidumbre de los parámetros estimados del modelo a la varianza de los impactos calculados. En el capítulo 6 se presentan las conclusiones generales y recomendaciones para trabajo futuro. Palabras clave: Modelo de destino multimedia, Análisis de incertidumbre, fármacos, microcontaminantes, compuestos orgánicos ionizables, ecotoxicidad en agua dulce, plantas de tratamiento de aguas residuales, lodos de depuración, agua regenerada, Evaluación de riego, Impacto comparativo probabilístico, Análisis de ciclo de vida, USEtox.
The overall objective of this dissertation is to contribute to the development of best available practices in environmental multimedia fate and effect modelling for ecosystem impacts assessment of pharmaceutical compounds. The distribution of pharmaceuticals through several environmental media poses a potential toxic hazard to freshwater ecosystems, among other endpoints. The ionising properties of pharmaceuticals represent additional challenges when modelling the multimedia fate, exposure, and effect of this class of chemicals. Large uncertainties are expected when modelling the mobility, as well as the bioavailability for uptake by exposed biota and degradation, of ionising organic chemicals using conventional models. The development and evaluation of alternative approaches that include these issues are essential for the improvement of micropollutants environmental behaviour simulation. Model comparison and quantification of uncertainties of model results are vital for their correct interpretation. Furthermore, the quantification of uncertainties of model results is detrimental to establish priorities for further monitoring, as well as research, the wide number of pharmaceutical active compounds currently in use considering the most important pathways of environmental contamination. In order to achieve that, the following specific objectives are addressed: 1. Develop a consistent matrix algebra framework for multimedia fate, multipathway exposure and toxicity effects models adapted for pharmaceutical compounds and consistent with life cycle impact assessment models. 2. Develop an approach to quantify the uncertainty of model results, accounting for regression model uncertainty, and identifying the main contributing parameters to overall uncertainty. 3. Compare and quantify the uncertainty of alternative model approaches on the level of characterisation factors as well as of final impact results, contributing to the identification of the best available practices on multimedia fate, exposure and effect modelling of PCs based on current scientific knowledge. 4. Prioritise pharmaceutical compounds on their probabilistic impact on freshwater ecosystems from both WWTP direct emissions and indirect emissions for further monitoring and research. Chapter 1 puts this dissertation into its context and defines its objectives. Chapter 2 presents a multimedia fate, exposure, and effect model based on matrix algebra adapted for pharmaceutical compounds and consistent with the UNEP/SETAC consensus model USEtox. An approach to quantify the uncertainty of model results using Monte Carlo analysis is presented. The approach accounts for the uncertainty of regression models and toxicity effects, as well as the variability of environmental parameters and experimental parameter values. The framework is applied to pharmaceuticals detected in biosolids following application on agricultural soils. The most influential parameters of the probabilistic comparative impact assessment were identified, as well as topics for further research for the compounds of most concern. Chapter 3 is a detailed comparison of the USEtox model with the alternative framework adapted for pharmaceutical compounds. The alternative framework includes regressions to estimate fate parameters that account for the ionized fraction of a molecule. The comparison has been performed at the level of characterisation factors as well as of final impact results for 3 emissions scenarios into different environmental media. The most sensitive model parameters in the estimation of ecotoxicological characterization factors of micropollutants were evaluated by Monte Carlo analysis in both the default USEtox model and in the alternative approach. Chapter 4 and 5 present a prioritisation of PCs detected in European wastewater treatment plants for further monitoring and research. Chapter 4 presents the pathway of direct discharge of WWTPs emissions to surface waters. In Chapter 5 the indirect emissions pathways to the freshwater compartment are addressed. The indirect emission pathways include the application of biosolids from WWTPs and of effluents as reclaimed water for irrigation, both on agricultural areas and landscapes. Research topics were defined by indentifying important gaps of knowledge as well as by computing the contribution of estimated model parameters’ uncertainty to the impact variance. Chapter 6 presents general conclusions on the research outlined and will provide recommendations for future research. Keywords: Multimedia fate model, Uncertainty analysis, Pharmaceuticals, Micropollutants, Dissociating organics, Freshwater ecotoxicity, Wastewater treatment plants, Biosolids, Land application, Reclaimed water, Probabilistic comparative impact, Risk Assessment, LCA, USEtox.

La present Tesi Doctoral descriu l'aplicació d'estratègies recents, enfocades a millorar la determinació de compostos polars, per desenvolupar nous mètodes per a l'anàlisi d'aigües ambientals. Aquestes estratègies s'han aplicat en dues tècniques alternatives, desenvolupades per solucionar els problemes associats a compostos polars: la cromatografia de líquids d'interacció hidrofílica (HILIC) i l'extracció en fase sòlida utilitzant sorbents polimèrics d'intercanvi iònic de mode mixt. Els mecanismes de retenció en HILIC, influència dels paràmetres cromatogràfics, avantatges i el seu acoblament a l'espectrometria de masses d'alta resolució, van ser investigats per contaminants poc estudiats per aquesta modalitat cromatogràfica alternativa. L'aplicació de sorbents de mode mixt va ser ampliada més enllà dels seus usos convencionals, proposant la seva aplicació per a l'extracció selectiva de compostos neutres capaços d'establir dipols induïts, i l'extracció simultània i selectiva de compostos bàsics i àcids. Aquesta última es va aconseguir ja sigui mesclant físicament els materials i també preparant sorbents nous modificats amb caràcter zwiteriònics.
La presente Tesis Doctoral describe la aplicación de estrategias recientes, enfocadas en mejorar la determinación de compuestos polares, para desarrollar nuevos métodos para el análisis de aguas ambientales. Estas estrategias se aplican en dos técnicas alternativas, desarrolladas para solventar los problemas asociados a compuestos polares: la cromatografía de líquidos de interacción hidrofílica (HILIC) y la extracción en fase sólida utilizando sorbentes poliméricos de intercambio iónico de modo mixto. Los mecanismos de retención en HILIC, influencia de los parámetros cromatográficos, ventajas, y su acoplamiento a la espectrometría de masas de alta resolución, fueron investigados para contaminantes poco estudiados por este modo cromatográfico alternativo. La aplicación de sorbentes de modo mixto fue ampliada más allá de sus usos convencionales, proponiendo su aplicación para la extracción selectiva de compuestos neutros capaces de establecer dipolos inducidos, y la extracción simultánea y selectiva de compuestos básicos y ácidos. Esta última fue lograda bien sea combinando físicamente los materiales o preparando sorbentes nuevos con carácter zwitteriónico.
This Doctoral Thesis describes the application of recent strategies focused on improving the determination of polar compounds, to develop new methods for the analysis of environmental waters. These strategies are applied in two alternative techniques developed to address problems associated to polar compounds: hydrophilic interaction liquid chromatography (HILIC) and solid-phase extraction using mixed-mode ion-exchange polymeric sorbents. The HILIC retention mechanisms, influence of chromatographic parameters, advantages and its coupling with high-resolution mass spectrometry, were investigated for contaminants seldom studied by this alternative chromatographic mode. The application of mixed-mode sorbents was broadened beyond their conventional uses, proposing their application for the selective extraction of neutral compounds capable of establishing induced dipoles, and the simultaneous and selective extraction of basic and acidic compounds. The latter was achieved by either physically combining the materials or preparing new sorbents with zwitterionic character.

Environmental pollution related to odour emission has become in the last years an important public concern. Closeness of odour-causing facilities such as waste water treatment plants (WWTPs) to urban areas further aggravates the problem. Volatile sulphur compounds (VSC) are one of the main groups of odour causing compounds in WWTPs, especially in the sludge processing. Nowadays, there are a variety of options available for the effective treatment of odorous sulphur compounds emission. This thesis has focused on the minimisation during sewage sludge conditioning process and the abatement of these compounds by treatments such as advanced oxidation processes and adsorption at the end-of-pipe
La contaminació atmosfèrica relacionada amb la emissió de males olors s’ha convertit en els darrers anys en un motiu de preocupació social. La proximitat d’instal·lacions causants de males olors com les estacions depuradores d’aigües residuals (EDAR) a les àrees urbanes, agreuja encara més el problema. Els compostos volàtils de sofre (CVS) són un dels principals grups de compostos causants de males olors, especialment en el tractament i processament dels fangs generats a les EDARs. Actualment, existeix una gran varietat d’opcions disponibles per al tractament efectiu de les emissions dels CVS causants de males olors. La present tesi s’ha focalitzat en la minimització de emissions durant el condicionament químic dels fangs i la eliminació mitjançant tractaments a final de procés com processos d'oxidació avançada o adsorció en carbons actius

In 2015 the average concentration of CO2 in the atmosphere exceeded 400 ppm. Some technologies, including CO2 capture and storage, are palliative. However, the development of alternatives to burning of fossil fuels focuses on the base of the problem and proposes substantial changes in the energy model. This thesis proposes the use of bioelectrochemical systems to transform CO2 into valuable products. This process is known as microbial electrosynthesis, and is based on the use of bacteria able to use the electrode as an electron donor (biocathode) to drive CO2 reduction. The results show that the production of hydrogen as intermediate is key to allow further CO2 reduction. This thesis has proven methane production, and organic liquid compounds of two (acetic acid) and four (butyric acid) carbons. The results invite to continue investigating to exploit all the potential of BES and enable its industrial scalability
El 2015 la concentració mitjana de CO2 a l’atmosfera va superar per primera vegada les 400 ppm. Algunes tecnologies, com la captura i emmagatzematge de CO2, són pal·liatives. En canvi, el desenvolupament d’alternatives a la crema de combustibles fòssils van a l’arrel del problema i proposen canvis substancials en el model energètic. Aquesta tesi planteja l’ús dels sistemes bioelectroquímics per transformar el CO2 en productes amb valor afegit. Aquest procés es coneix com electrosíntesi microbiana, i es basa en la utilització de bacteris capaços d’utilitzar l’elèctrode com a donador d’electrons (biocàtode) per portar a terme la reducció de CO2. Els resultats demostren que la producció d’hidrogen com a compost intermedi es la clau per poder portar a terme la reducció de CO2. Aquesta tesi ha demostrat la producció de metà, i compostos líquids orgànics de dos (acid acètic) i quatre (acid butíric) carbonis. Els resultats esperonen a continuar investigant per aprofitar tot el potencial dels BES i fer possible la seva escalabilitat industrial

Per al desenvolupament d'una indústria química més sostenible la revaloració de compostos derivats de la biomassa és un objectiu important. En aquesta tesi, la conversió d'hidrocarburs oxigenats derivats de la biomassa catalitzada per òxids de molibdè és estudiada a través de la teoria del funcional de la densitat (DFT). El primer objectiu es l'estudi de l'oxidació selectiva de metanol a formaldehid. Aquesta és una important reacció en la indústria química sobre la qual es discuteixen diverses qüestions. El camí de reacció és calculat en la superfície d'òxids de molibdè i l'activitat i selectivitat de cada superfície són estudiades. A més, el paper que té el ferro en el catalitzador industrial és desxifrat estudiant la reactivitat de la superfície de MoO3 dopada. En el següent objectiu, el mètode DFT + U és optimitzat per a descriure correctament les propietats redox del MoO3. Amb el mètode optimitzat els defectes per vacant en la superfície MoO3 (010) són caracteritzats doncs tenen un paper essencial en l'activitat catalítica de l'òxid. Un altre objectiu és l'estudi de la reducció selectiva de glicerol a propilè catalitzada pel MoO3 reduït. A través d'un procés de hidrodeoxigenació (HDO) el trencament selectiu dels enllaços C-O sobre els C-C porta a la formació del producte desitjat. Un estudi de la xarxa de reaccions va ser realitzat per il•lustrar el trencament d'enllaç selectiva i obrir la porta a un millor enteniment dels processos HDO. Finalment, la epimerització selectiva de glucosa a manosa és estudiada. El mecanisme per a la inversió de configuració del C2 a través d'una transposició de carboni 1,2 es calculat en polioxometalats de molibdè i la superfície contínua α-MoO3. Va ser trobat que els centres de molibdè actuen com un amortidor electrònic en aquestes reaccions i, per tant, la redutcibilitat dels centres de molibdè pot ser usada com a descriptor de l'activitat del catalitzador.
Per al desenvolupament d'una indústria química més sostenible la revaloració de compostos derivats de la biomassa és un objectiu important. En aquesta tesi, la conversió d'hidrocarburs oxigenats derivats de la biomassa catalitzada per òxids de molibdè és estudiada a través de la teoria del funcional de la densitat (DFT). El primer objectiu es l'estudi de l'oxidació selectiva de metanol a formaldehid. Aquesta és una important reacció en la indústria química sobre la qual es discuteixen diverses qüestions. El camí de reacció és calculat en la superfície d'òxids de molibdè i l'activitat i selectivitat de cada superfície són estudiades. A més, el paper que té el ferro en el catalitzador industrial és desxifrat estudiant la reactivitat de la superfície de MoO3 dopada. En el següent objectiu, el mètode DFT + U és optimitzat per a descriure correctament les propietats redox del MoO3. Amb el mètode optimitzat els defectes per vacant en la superfície MoO3 (010) són caracteritzats doncs tenen un paper essencial en l'activitat catalítica de l'òxid. Un altre objectiu és l'estudi de la reducció selectiva de glicerol a propilè catalitzada pel MoO3 reduït. A través d'un procés de hidrodeoxigenació (HDO) el trencament selectiu dels enllaços C-O sobre els C-C porta a la formació del producte desitjat. Un estudi de la xarxa de reaccions va ser realitzat per il•lustrar el trencament d'enllaç selectiva i obrir la porta a un millor enteniment dels processos HDO. Finalment, la epimerització selectiva de glucosa a manosa és estudiada. El mecanisme per a la inversió de configuració del C2 a través d'una transposició de carboni 1,2 es calculat en polioxometalats de molibdè i la superfície contínua α-MoO3. Va ser trobat que els centres de molibdè actuen com un amortidor electrònic en aquestes reaccions i, per tant, la redutcibilitat dels centres de molibdè pot ser usada com a descriptor de l'activitat del catalitzador.
For the development of a more sustainable chemical industry the upgrading of biomass derived compounds to valuable chemicals in selective and non-contaminant processes is an important target. In this thesis, the conversion of oxygenated hydrocarbons derived from biomass catalyzed by Mo-oxides is studied by means of Density Functional Theory (DFT). The first objective is the study of the selective methanol oxidation to formaldehyde. This is an important reaction in chemical industry that has several issues under discussion. The reaction path is calculated on Mo-oxides surfaces and the activity and selectivity of each surface are studied. Moreover, the role of the iron in the industrial catalyst is unraveled by the study of the reactivity of the doped MoO3 surface. In the following objective, the DFT+U method is optimized to correctly describe the redox properties of MoO3. With the optimized method, the MoO3 (010) surface vacancy defects are characterized since they play an essential role in the catalytic activity of the oxide. Other objective is the study of the selective reduction of glycerol to propylene catalyzed by reduced MoO3. Through a hydrodeoxygenation (HDO) process the selective C-O bond cleavage over C-C bonds leads to the formation of the desired product. A study of the reaction network has been performed to illustrate this selective bond cleavage and pave the way to a better understanding of HDO processes. Finally, the selective epimerization of glucose to mannose is studied. The mechanism for the inversion of C2 configuration through a 1,2 C-shift is calculated on Mo-based polyoxometalates and continuous α-MoO3 surface. It was found that the Mo-centers act as electron buffer in these reactions and, therefore, the reducibility of the Mo-centers can be traced back as the descriptor for catalyst activity.

L’obesitat és una patologia àmpliament estesa per tot el món i un dels principals factors relacionats amb altres malalties cròniques. Les teràpies convencionals utilitzades per prevenir o pal·liar l’obesitat, basades en l’exercici i en la reducció del consum d’aliments molt energètics, són inefectives. En aquest sentit, l’ús de compostos bioactius com són els polifenols, metabòlits secundaris de les plantes amb un ampli espectre d’efectes beneficiosos per la salut, es presenta com a una estratègia innovadora per combatre l’obesitat. La leptina és una hormona que es secreta proporcionalment a la quantitat d’adipòcits i que actua principalment en el sistema nerviós central controlant el balanç energètic. En aquest procés, el transport de la leptina a través de la barrera hematoencefàlica és especialment important. També està implicada en la regulació de l’homeòstasi perifèrica, principalment modulant el metabolisme lipídic i dels carbohidrats. L’obesitat està relacionada amb un deteriorament de l’acció de la leptina, la resistència a la leptina, causant hiperleptinèmia i un increment en la ingesta energètica. En aquest context, l’objectiu de la tesi és identificar compostos fenòlics amb la capacitat de restaurar la condició obesitat-resistència a la leptina causada en teixits perifèrics (fetge, múscul esquelètic i teixit adipós blanc de l’epidídim) i que puguin incrementar el transport de la leptina a través de la barrera hematoencefàlica. Els nostres resultats demostren els efectes del resveratrol i els seus metabòlits actuant en la via perifèrica de senyalització de la leptina, reduint l’acumulació de greix corporal en un model de rata obesa. A més a més, el resveratrol restaura la sensibilitat a la leptina en un model esteatòtic de cèl·lules cancerígenes hepàtiques humanes, incrementant el contingut del receptor de la leptina. Finalment, s’ha descrit la capacitat de diferents compostos fenòlics en incrementar el contingut del receptor de la leptina i en protegir contra un dany induït per citocines pro-inflamatòries en cèl·lules endotelials de cervell de rata. Aquesta investigació proporciona una informació innovadora que pot ser útil per a la indústria d’aliments funcionals, identificant compostos bioactius que poden ser utilitzats per a tractar potencialment l’obesitat i les seves patologies associades.
La obesidad es una patología extendida por todo el mundo y uno de los principales factores relacionados con otras enfermedades crónicas. Las terapias convencionales utilizadas para prevenir o paliar la obesidad, ejercicio y reducción del consumo de alimentos muy energéticos, son inefectivas. En este sentido, el uso de compuestos bioactivos como son los polifenoles, metabolitos secundarios de las plantas con un amplio espectro de beneficios para la salud, se presenta como una estrategia innovadora para combatir la obesidad. La leptina es una hormona secretada proporcionalmente a la cantidad de adipocitos y que actúa principalmente en el sistema nervioso central controlando el balance energético. En este proceso, el transporte de la leptina a través de la barrera hematoencefálica es importante. También está implicada en la regulación de la homeóstasis periférica, modulando el metabolismo lipídico y de los carbohidratos. La obesidad está relacionada con un deterioro de la acción de la leptina, la resistencia a la leptina, causando hiperleptinemia y un incremento en la ingesta energética. En este contexto, el objetivo de la tesis es identificar compuestos fenólicos con la capacidad de restaurar la condición de obesidad-resistencia a la leptina causada en tejidos periféricos (hígado, músculo esquelético y tejido adiposo epididimal) y que puedan incrementar el transporte de la leptina a través de la barrera hematoencefálica. Nuestros resultados demuestran los efectos del resveratrol y sus metabolitos actuando en la vía periférica de señalización de la leptina, disminuyendo la grasa corporal en un modelo de rata obesa. Además, el resveratrol restaura la sensibilidad a la leptina en un modelo esteatótico de células cancerígenas hepáticas humanas, incrementando el contenido del receptor de la leptina. Finalmente, se ha descrito la capacidad de diferentes compuestos fenólicos para incrementar el contenido del receptor de la leptina y la capacidad de éstos en proteger contra el daño inducido por citoquinas pro-inflamatorias en células endoteliales de cerebro de rata. Esta investigación proporciona una información innovadora que puede ser útil para la industria de alimentos funcionales, identificando compuestos bioactivos que pueden ser usados para tratar potencialmente la obesidad y sus patologías asociadas.
Obesity is a current and worldwide extended problem and one of the main factors related with other chronic pathologies. Conventional therapies, normally based on increasing the exercise and reducing the consumption of energy-dense food used to prevent or palliate obesity, are ineffective. In this sense, the use of bioactive compounds as polyphenols, a group of plant secondary metabolites with a wide range of beneficial healthy effects, arises as a novel strategy to combat obesity and its related pathologies. Leptin is a key hormone secreted proportionally by the amount of adipocytes that acts primarily in the central nervous system controlling the energy balance. In this process, leptin transport across the blood-brain barrier is especially important. In addition, leptin is implicated in the regulation of peripheral homeostasis, mainly modulating the lipid and carbohydrate metabolism, in organs such as liver, muscle and white adipose tissue. However, obesity is related with an impaired action of leptin, namely leptin resistance, causing hyperleptinemia and an increase in the energy intake. In this context, the aim of this thesis is to identify phenolic compounds with the capacity to restore the obesogenic-leptin resistance condition caused in peripheral tissues (liver, skeletal muscle and epididymal white adipose tissue) and to increase the leptin transport across the blood-brain barrier. Our results demonstrate the effects of resveratrol and its metabolites acting in the peripheral leptin signalling pathway on reducing body fat accumulation in an obesogenic rat model. Moreover, resveratrol restores the leptin sensitivity in a palmitate-induced model of steatotic human hepatocellular carcinoma cell line by increasing the leptin receptor content. Finally, the capacity of different phenolic compounds to increase the leptin receptor content and to protect against pro-inflammatory cytokine-induced damage in rat brain endothelial cells is described. This research provides novel information that can be useful for the functional food industry identifying bioactive compounds that can be used to potentially treat obesity and its related pathologies.

During this doctoral thesis, we have synthesised hundreds of grams of the TGF-β inhibitor LY2157299 (Galunisertib). This product was used by the group of Eduard Batlle in their investigations into the roles that TGF-β plays in colorectal cancer. During the initial synthesis and subsequent scale up, we overcame hurdles including optimisation of the penultimate step of the reaction - giving reproducible results - as well as optimising conditions of the final solid form to provide a product which is suitable for formulation for the in vivo experiments. After discovering some of the drawback of LY2157299, we designed and synthesised a novel TGF-β inhibitor which we named HOLY (3-10). HOLY proved to be nearly 10x more potent than the original compound and shows a very significant reduction in the negative physical effects that were observed when administering LY2157299 at a therapeutic dose in vivo. HOLY was designed to be a compound which could be transformed into a prodrug, and therefore modulation of various properties could be achieved with careful modification of the structure. This was demonstrated by modification of the phenol of HOLY to give a substituted carbamate inspired by the structure of Irinotecan and was subsequently named IrinOLY. It was hypothesised that this carbamate would be enzymatically cleaved in vivo, releasing the active TGF-β inhibitor. When tested in vivo, this IrinOLY was shown to be a potent TGF-β inhibitor as well as a compound much more comfortable to formulate when compared to LY2157299. Other potential advantages of this novel compound, such as infusion via an osmotic pump, are yet to be explored and will be done so in the near future. We then moved on to a separate project where we designed a molecule which was capable of being cleaved at a specific point by an exogenous enzyme (LigF), releasing the active compound 4-hydroxy tamoxifen. After the cleavage, 4-OHT would then be able to activate the Cre toolkit and therefore performing specific genetic modifications to cells in the vicinity from where the 4-OHT was released. In order for the 4-hydroxytamoxifen to be released, a beta ether bond needed to be cleaved by the enzyme LigF. The fragment containing the beta ether bond had various points in which modifications could be possible to modulate properties such as solubility and bioavailability, however specificity for the LigF enzyme needed to be maintained. In order to synthesise the optimum compound(s), first a structure activity relationship study was performed on the recognition fragment of the part of the desired compound that LigF would cleave. A small library of compounds bearing on one side various strategic modification of the original ligand to LigF, and on the other side the reporter 4methylumberliferone. This enabled us to perform modifications on the recognition fragment, test the new modifications in front of the LigF enzyme, and then perform further modifications based upon these results. A synthesis the optimised recognition fragment covalently bound to 4-hydroxy tamoxifen was then designed, synthesised, and tested both in vitro. The tests showed that 4-OHT was indeed cleaved in all three of the aforementioned settings, and so we sought to synthesise the target compound in its pure isomeric form. Following many attempts at complex coupling reactions, we eventually reached our target compound isomerically-pure following preparative HPLC of a key intermediate of the initial synthesis. The corresponding isomers were then transformed successfully into both the E and the Z isomers of Guaymoxifen.
Durante esta tesis doctoral, se han sintetizado cientos de gramos del inhibidor de TGF-Beta LY2157299 (Galunisertib). Este producto ha sido utilizado por el grupo de Dr. Eduard Batlle en sus investigaciones de cáncer colorrectal. Antes de llevar a cabo la síntesis a grande escala, se ha optimizado cada paso a pequeña escala– mejorando la síntesis para que sea más reproducible. Para superar algunas dificultades durante la formulación de LY2157299, se ha decidido diseñar y a continuación sintetizar un nuevo inhibidor de TGF-Beta para mejorar dichas desventajas. Después de realizar los experimentos in vivo, se demostró que el nuevo inhibidor es 10 veces más potente que LY2157299. Más adelante, este nuevo inhibidor de TGF-Beta ha sido transformado en un profármaco para mejorar sus propiedades como por ejemplo la solubilidad en agua. El segundo proyecto de esta tesis doctoral ha sido el diseño y la síntesis de una molécula para liberar 4hidroxitamoxifeno únicamente cuando esté en presencia de una enzima exógena especifica - LigF. Una vez liberado, el 4-hidroxitamoxifeno puede activar el sistema/la enzima Cre para llevar a cabo ciertas modificaciones genéticas como activar o silenciar un gen en específico. El enlace que rompe LigF para liberar el 4-OH es de tipo beta éter. Se sintetizó una librería de moléculas con modificaciones en sus estructuras para optimizar el fragmento que LigF reconozca. Mas adelante se llevó a cabo la síntesis de que Guaymoxifen – una molecula basada en 4-hidroxitamoxifeno y el fragmento que LigF reconozca. Se realizó ensayos en células para confirmar la hipótesis de activar Cre en células en el alrededor de células que contiene LigF.

One of the main causal factors of skin aging is ultraviolet radiation as part of sun exposure. This radiation induces many changes at the molecular level that alter the proper function of skin biological processes, being cellular senescence one characteristic process included in this group. Senescence is a cellular state in which the cells enters an irreversible cell cycle arrest and develops a proinflammatory phenotype that contributes to tissue damage and aging. In this context, the aim of this thesis was to find compounds that both activate sirtuins and protect against UV-induced cellular senescence in human dermal fibroblasts. Among the 30 compounds tested, 8 compounds induced sirtuin activation, while 2 compounds protected against UV-induced senescence. Only one of these compounds had positive effects on both processes. Further charaterization of the compound revealed that the protection exerted by this compound against cellular senescence was mediated by SIRT1 activation. Besides, we observed that this compound activates autophagy, one of the stress response pathways of the cell linked to increased longevity and regulated by SIRT1, among other factors. In conclusion, the caracterized compound has proven to be a good candidate as skin anti aging compound through its action on autophagy, sirtuins and senescence.
Uno de los principales factores causantes del envejecimiento de la piel es la radiación ultravioleta procedente del sol. Esta radiación induce una serie de cambios que alteran la correcta función biológica de la piel, entre los que destaca la senescencia celular, un proceso en el cual las células dejan de proliferar y desarrollan un fenotipo inflamatorio que incrementa el daño en el tejido. En este contexto, el objetivo de esta tesis era encontrar compuestos que fueran capaces de activar las sirtuínas y de proteger frente a la senescencia inducida por daño ultravioleta en fibroblastos de piel humana. Del total de 30 compuestos testados, 8 fueron capaces de inducir la activación de las sirtuínas, mientras que 2 fueron capaces de proteger frente a la senescencia inducida por ultravioleta. De todos estos compuestos, sólo uno fue capaz de tener un efecto positivo en ambos procesos. En posteriores ensayos para caracterizar la acción de este compuesto, observamos que la protección del éste frente a la senescencia inducida por ultravioleta era mediada por SIRT1. Además, observamos que este compuesto era capaz de activar la autofagia en estas células, una de las respuestas a estrés en la célula que promueve la longevidad celular y esta controlada por SIRT1, entre otros factores. En conclusión, el compuesto caracterizado ha demostrado ser un buen candidato para su uso en la prevención del envejecimiento de la piel a través de su acción sobre sirtuínas, autofagia y protección de la senescencia.

This doctoral thesis is focused on the investigation and development of new compounds directed to different cancer and tropical diseases targets. Drug resistance, as well in cancer as in tropical diseases, is a hurdle which in the latest years it is driving the scientific community to investigate in new diagnostic techniques, to improve in genomic sequencing, as well as to develop new treatments through the synthesis of new small molecules, for example. The physiologic framework, that drives to resistance, is complex and for this reason, personalized treatments is an increasing concept and needed in order to improve the prognostic of the patients. Therefore, we are looking for compounds acting on multiple targets, with selectivity to diminish the adverse effects and increase the treatments efficacy. Two different synthetic routes have been carried out: the first, taking as a main nucleus the 1- spiro[benzodioxole-2,4’-piperidine], from which a wide variety of derivatives was obtained. The second route is the preparation of pirrolo[2,3-b]pyrazine derivatives, then obtaining a purine and pyrimidine analogues. All compounds were developed through classical chemistry reactions, purified by means of separation techniques (chromatography), and their structural elucidation was accomplished for every one of them. In order to test the compounds in different therapeutical targets, Eli Lilly laboratories have undertaken a high throughput screening in several targets related with cancer, tropical diseases, diabetes, amongst others. In addition, quantitative biological assays have been made to characterize aGPCRs, the receptors involved in different disorders such as cancer or cardiovascular diseases, providing information needed for their crystallization and their study as a new targets.
La present tesi doctoral està enfocada a la investigació i desenvolupament de nous compostos dirigits a diferents dianes implicades en el càncer i en malalties tropicals. La resistència al tractament, tant en càncer com en malalties tropicals, és una barrera que en els últims anys està portant a la comunitat científica a investigar noves tècniques de diagnòstic, a millorar en la seqüenciació genòmica, així com en el desenvolupament de nous tractaments com la síntesis de noves petites molècules per exemple. L’entramat dels processos fisiològics que condueixen a la resistència als fàrmacs i/o a la radioteràpia és complexa i per aquets motiu la personalització dels tractaments és un concepte creixent i necessari per millorar el pronòstic dels pacients. Per tant, es busca la síntesis de compostos que actuïn sobre més d’una diana i amb selectivitat per disminuir els efectes adversos i augmentar l’eficàcia del tractament. D’aquesta manera, s’han posat a punt dues rutes sintètiques diferents: la primera, agafant com a nucli principal l’1-espiro[benzodioxole-2,4’-piperidina], a partir del qual s’obté una gran varietat de compostos. La segona ruta, la preparació de derivats de pirrolo[2,3-b]pirazines, obtenint així anàlegs de purines i pirimidines. Aquests compostos s’han desenvolupat mitjançant reaccions clàssiques de la química orgànica, han estat purificats mitjançant tècniques de separació (cromatografia) i s’ha dut a terme l’elucidació estructural corresponent per a cadascun d’ells. Amb la finalitat d’avaluar els compostos en diferents dianes terapèutiques, els laboratoris Eli Lilly han dut a terme un cribratge d’elevat rendiment en múltiples dianes implicades en càncer, malalties tropicals, diabetis, entre d’altres. A més, s’han realitzat assajos biològics quantitatius per tal de caracteritzar els aGPCRs, receptors involucrats en diferents desordres com el càncer i malalties cardiovasculars, aportant informació necessària per a la seva cristal·lització i poder estudiar-los com a noves dianes.

Aquesta tesis doctoral presenta el desenvolupament de noves estratègies per a la síntesis d’hidrocarburs aromàtics policíclics així com acens i anàlegs. En primer lloc, una nova síntesis iterativa ha sigut desenvolupada per a preparar acens llargs no substituïts. Aquesta, és basada en la cicloaddició [4+2] de 1,7-enins catalitzada per Au(I) estudiada prèviament al nostre grup i va permetre la formació de nous hidroacens, desde tridecacé-H8 fins heptadecacé-H10. La deshidrogenació en una superfície d’Au(111) del primer precursor va generar el compost tridecacé, l’acé més llarg conegut fins ara. Els precursors d’altres derivats d’acens que pertanyen a altres categories, com indecacens, acens que contenen ciclobutadiens o heteroacens han sigut obtinguts utilitzant la cicloaddició [4+2] de nous 1,7-enins. La formació i caracterització dels acens en superfícies metàl·liques ha sigut investigada mitjançant tècniques de microscòpia electrònica. Dos anàlegs de la primera classe, s-indacé[1,2-b:5,6-b’]ditetracé i as-indaceno[2,3-b:6,7-b’]ditetracé, han sigut obtinguts per cicloaddició d’un precursor bis-dihidrotetracé en una superfície d’Au(111). S’ha observat que l’últim derivat d’indacé participa en cicloaddicions intermoleculars sense precedents en superfícies, produint molècules en forma de T. La reacció també te lloc quan pentacé i octacé s’utilitzen com dienòfils. Finalment, la orto-alquilació C–H d’aldehids aromàtics catalitzada per Rh(III) ha sigut investigada per a obtenir nous substrats per a la síntesis de poliarens. La reacció està promoguda per un grup director transitori que ha fet possible construir una varietat de compostos mono- i doblement alquinilats. Els inals obtinguts han sigut utilitzats en la preparació de dibenzopentalens substituïts, isoquinolines, indols i indolines.
Esta tesis doctoral presenta el desarrollo de nuevas estrategias para la síntesis de hidrocarburos aromáticos policíclicos, incluyendo acenos y sus análogos. En primer lugar, una nueva síntesis iterativa ha sido llevada a cabo para preparar acenos largos no sustituidos, en base a la cicloadición formal [4+2] de 1,7-eninos catalizada por Au(I) estudiada previamente por nuestro grupo. Esto permitió la obtención de nuevos hidroacenos, desde tridecaceno-H8 hasta heptadecaceno-H10. La deshidrogenación en una superficie de Au(111) del primer precursor produjo el compuesto tridecaceno, el aceno más largo conocido hasta ahora. Los precursores de otros derivados de acenos perteneciendo a otras categorías, como indacenos, acenos que contienen ciclobutadienos o heteroacenos han sido obtenidos usando nuestra cicloadición formal [4+2] de nuevos 1,7-eninos. La generación y caracterización de los acenos en superficies metálicas ha sido investigada utilizando técnicas de microscopia electrónica. Dos análogos de la primera clase, s-indaceno[1,2-b:5,6-b’]ditetraceno y as-indaceno[2,3-b:6,7-b’]ditetraceno, han sido obtenidos por cicloadición de un precursor bis-dihidrotetraceno en una superficie de Au(111). Se ha observado que el último derivado de indaceno participa en cicloadiciones intermoleculares sin precedentes en superficies, produciendo moléculas en forma de T. La reacción también tiene lugar cuando pentaceno y octaceno se usan como dienófilos. Finalmente, la orto-alquinilación C–H de aldehídos aromáticos catalizada por Rh(III) ha sido investigada para obtener nuevos sustratos para la síntesis de poliarenos. La reacción está promovida por un grupo director transitorio y permitió construir una variedad de compuestos mono- y doblemente alquinilados. Los inales obtenidos han sido usados en la preparación de dibenzopentalenos sustituidos, isoquinolinas, indoles e indolinas.
This Doctoral Thesis covers the design of novel strategies for the synthesis of polycyclic aromatic hydrocarbons, such as acenes and their analogues. For instance, a new iterative synthesis was elaborated for the preparation of higher unsubstituted hydroacenes, based on our previously developed gold(I)-catalyzed formal [4+2] cycloaddition of aryl-tethered 1,7-tetraenynes, and enabled the formation of unprecedented hydroacenes, from tridecacene-H8 to heptadecacene-H10. The Au(111) surface-assisted dehydrogenation of the former precursor afforded the parent tridecacene, the longest acene known until now. The precursors of acene derivatives belonging to diverse categories, such as indacenes, cyclobutadiene-containing acenes or heteroacenes have been acquired by applying our gold(I)-catalyzed formal [4+2] cycloaddition to newly developed 1,7-enynes. The surface-assisted formation of the parent acenes has already been investigated or is currently ongoing. Two analogues from the first category, s-indaceno[1,2-b:5,6-b’]ditetracene and as-indaceno[2,3-b:6,7-b’]ditetracene, were obtained through cycloaddition of a bis-dihydrotetracene precursor on a Au(111) surface. The latter indacene derivative was found to undergo an outstanding intermolecular cycloaddition, rendering T-shaped molecules. The reaction was also successful when pentacene and octacene were employed as dienophiles. Finally, the Rh(III)-catalyzed ortho C–H alkynylation of aromatic aldehydes was investigated in order to obtain new versatile building blocks for the synthesis of polyarenes. Enabled by the formation of an imine as transient directing group, this transformation provided a wide variety range of mono- and di-alkynylated products. The acquired ynals were then successfully engaged in the preparation of substituted dibenzopentalenes, isoquinolines, indoles and indolines.

Els compostos orgànics volàtils biogènics (COVBs) juguen un paper important en l'ecologia i la química atmosfèrica. Les emissions d'aquests COVBs pels ecosistemes terrestres són degudes principalment a les plantes i estan molt influenciades per les variacions en les variables ambientals i, per tant, es veuen afectades per l'augment del canvi ambiental global. No obstant això, aquestes emissions i les seves influències no són ben conegudes en els ecosistemes mediterranis. Si bé els COVBs del sòl aparentment tenen un paper menor en la química atmosfèrica, per la seva fracció generalment baixa pel que fa a les emissions totals dels ecosistemes de tipus mediterrani, tenen un paper ecològic important en els processos del sòl. Molts estudis anteriors sobre COVs del sòl han analitzat els fluxos, mentre que les concentracions reals de COVs en els sòls dels ecosistemes mediterranis no s'han considerat fins ara. En aquest treball, faig el seguiment d'experiments de manipulació ambiental en ecosistemes típics mediterranis per estudiar els intercanvis de COVs, incloses les emissions de les plantes, i els intercanvis i concentracions de sòls, i els factors que els determinen. L'arbust Erica multiflora L., espècie abundant en matolls mediterranis i l'arbre Quercus ilex L., espècie dominant en molts boscos mediterranis van ser les espècies estudiades, la primera al Parc Natural de Garraf (matoll) i la segona en les Muntanyes de Prades (bosc), dos ecosistemes típicament mediterranis. Les dues espècies van emetre terpens, però només es va detectar una emissió significativa d’isoprè en E. multiflora. Les emissions d'isoprenoides van augmentar amb la temperatura de l'aire i generalment van disminuir a mesura que augmentava la humitat del sòl. Les emissions de terpens van augmentar sinèrgicament a causa de l'estrès per calor i la sequera a l'estiu. La fertilització amb nitrogen no va afectar significativament l'emissió de isoprè, però va augmentar significativament les emissions totals de terpens i va disminuir la seva diversitat. Per als sòls dels mateixos ecosistemes de matolls i boscos d'alzines, els de matolls van mostrar concentracions totals de COVs més altes que els boscos. Les concentracions de metanol, àcid acètic, formaldehid, etanol i acetaldehid van ser els compostos dominants en ambdós ecosistemes. La temperatura del sòl i el contingut d'aigua, el flux de CO2 i l'activitat enzimàtica van ser les millors variables explicatives de la variació en les concentracions de COVs del sòl en els dos ecosistemes: hi va haver una associació més forta entre la concentració de compostos dominants, excepte el formaldehid, amb la temperatura del sòl i / o el flux de CO2 que amb el contingut d'aigua del sòl. L'activitat dels enzims que degraden el C i el N es va associar positivament amb la concentració de COVs, segons l'ecosistema, i es va correlacionar constantment amb un alt contingut d'aigua en el sòl. També vaig analitzar una gespa mediterrània amb arbres de Pinus pinea L. Vaig quantificar l'intercanvi d'isoprenoides entre el sòl (amb fullaraca) i l'atmosfera al llarg d'un gradient horitzontal des dels troncs de Pinus pinea. Les emissions d'isoprenoides van ser majors i més diverses, i també es poden estimar aproximadament pel pes sec de la fullaraca a prop del tronc, on la fullaraca d'acícules era més densa. Les taxes d'intercanvi es van correlacionar positivament amb la temperatura del sòl i negativament amb la humitat del sòl a la zona de gespa a cel obert. En conclusió, es poden esperar més emissions de COVBs a causa dels augments en les emissions foliars, i els intercanvis i concentracions de sòls com a resultat del canvi climàtic a la regió mediterrània.
Los compuestos orgánicos volátiles biogénicos (COVBs) juegan un papel importante en la ecología y la química atmosférica. Las emisiones de éstos por los ecosistemas terrestres son debidas principalmente a las plantas y están muy influenciadas por las variaciones en las variables ambientales y, por lo tanto, se ven afectadas por el aumento del cambio ambiental global. Sin embargo, estas emisiones y sus influencias no son bien conocidas en los ecosistemas mediterráneos. Si bien los COVBs del suelo aparentemente desempeñan un papel menor en la química atmosférica, debido a su fracción generalmente baja con respecto a las emisiones totales de los ecosistemas de tipo mediterráneo, desempeñan un papel ecológico importante en los procesos del suelo. Muchos estudios anteriores sobre COVs del suelo han analizado los flujos, mientras que las concentraciones reales de COVs en los suelos de los ecosistemas mediterráneos no se han considerado. En este trabajo, realizo el seguimiento de experimentos de manipulación ambiental en ecosistemas típicos mediterráneos para estudiar los intercambios de COVs, incluidas las emisiones de las plantas, y los intercambios y concentraciones de suelos, y los factores que los determinan. El arbusto Erica multiflora L., especie abundante en matorrales mediterráneos y el árbol Quercus ilex L., especie dominante en muchos bosques mediterráneos fueron las especies estudiadas, la primera en el Parque Natural del Garraf (matorral) y la segunda en Les Muntanyes de Prades (bosque), dos ecosistemas típicamente mediterráneos. Ambas especies emitieron terpenos, pero sólo se detectó una emisión significativa de isopreno en E. multiflora. Las emisiones de isoprenoides aumentaron con la temperatura del aire y generalmente disminuyeron a medida que aumentaba la humedad del suelo. Las emisiones de terpenos aumentaron sinérgicamente debido al estrés por calor y la sequía en verano. El fertilizante nitrogenado no afectó significativamente la emisión de isopreno, pero aumentó significativamente las emisiones totales de terpenos y disminuyó su diversidad. Para los suelos de los mismos ecosistemas de matorrales y bosques de encinas, los de matorrales mostraron concentraciones totales de COVs más altas que los bosques. Las concentraciones de metanol, ácido acético, formaldehído, etanol y acetaldehído fueron los compuestos dominantes en ambos ecosistemas. La temperatura del suelo y el contenido de agua, el flujo de CO2 y la actividad enzimática fueron las mejores variables explicativas de la variación en las concentraciones de COVs del suelo en los dos ecosistemas: hubo una asociación más fuerte entre la concentración de compuestos dominantes, excepto el formaldehído, con la temperatura del suelo y / o el flujo de CO2 que con el contenido de agua del suelo. La actividad de las enzimas que degradan el C y el N se asoció positivamente con la concentración de COVs, según el ecosistema, y se correlacionó constantemente con un alto contenido de agua en el suelo. También muestreé un césped mediterráneo con árboles de Pinus pinea L. Cuantifiqué el intercambio de isoprenoides entre el suelo (con hojarasca) y la atmósfera a lo largo de un gradiente horizontal desde los troncos de Pinus pinea. Las emisiones de isoprenoides fueron mayores y más diversas, y también pueden estimarse aproximadamente por el peso seco de la hojarasca cerca del tronco, donde la hojarasca de acículas era más densa. Las tasas de intercambio se correlacionaron positivamente con la temperatura del suelo y negativamente con la humedad del suelo en la zona de césped en cielo abierto. En conclusión, se pueden esperar mayores emisiones de COVBs debido a los aumentos en las emisiones foliares, y los intercambios y concentraciones en los suelos como resultado del cambio climático en la región mediterránea.
Biogenic volatile organic compounds (BVOCs) play important roles in ecology and atmospheric chemistry. Their emissions from terrestrial ecosystems are driven mainly by plants, and are greatly influenced by the variations in environmental variables and therefore are altered by increasing global environmental change (GEC). However, these emissions and their influences are not well known in natural Mediterranean ecosystems. While soil BVOCs apparently play a minor role in atmospheric chemistry, owing to their usually low fraction with respect to the total ecosystem emissions in Mediterranean-type ecosystems, they play important ecological roles in soil processes. Much previous studies on soil VOCs have looked at fluxes, while the actual VOC concentrations in soils from Mediterranean ecosystems have never been considered. In this work, I carry out the monitoring of environmental manipulation experiments in typical Mediterranean ecosystems to study the exchanges of VOCs, including emissions from plants, and exchanges and concentrations of soils, and their possible drivers. The shrub Erica multiflora L. abundant species in Mediterranean shrublands and the tree Quercus ilex L. dominant species in many Mediterranean forests were the species studied, the former in the Garraf Natural Park (shrubland) and the latter in Les Muntanyes de Prades (forest), two typically Mediterranean ecosystems. Both species emitted terpenes, but a significant emission of isoprene was only detected from E. multiflora. Isoprenoid emissions increased with air temperature and generally decreased as the amount of soil moisture increased. Terpene emissions increased synergistically due to heat stress and drought in summer. Nitrogenous fertilizer did not significantly affect the emission of isoprene, but it significantly increased the total emissions of terpenes and decreased their diversity. The results suggest that higher isoprenoid emissions can be expected as the Mediterranean region becomes warmer and drier over the next few decades and that N deposition could further stimulate these emissions. For the soils of the same shrubland and holm oak forest ecosystems, those of shrubland showed higher total VOC concentrations than forest. The concentrations of methanol, acetic acid, formaldehyde, ethanol, and acetaldehyde were the dominant compounds in both ecosystems. Soil temperature and water content, CO2 efflux, and enzyme activity were the best explanatory variables for variation in soil VOC concentrations in the two ecosystems: there was a stronger association between concentration of dominant compounds, except formaldehyde, with soil temperature and/or CO2 efflux than with soil water content. Activity of C- and N-degrading enzymes was positively associated with the concentration of VOCs, depending on ecosystem, and consistently correlated with high soil water content. In the holm oak forest soils, net photosynthetic rate (A) was positively correlated with soil concentration of monoterpenes. These results show that soil VOC concentrations in these Mediterranean ecosystems are driven by soil temperature and water content, and microbial activity, in combination with ecosystem plant activity. I also analyzed a Mediterranean turf with Pinus pinea L. trees. I quantified the exchange of isoprenoids between soil (with litter) and atmosphere along a horizontal gradient from the trunks of Pinus pinea. Isoprenoid emissions were greatest and most diverse, and also can be roughly estimated by litter dry weight near the trunk, where the needle litter was denser. Irregular emission and adsorption of isoprenoids with low exchange rates were recorded, and exchange rates were correlated positively with soil temperature and negatively with soil moisture in open turf. In conclusion, higher BVOC emissions can be expected owing to the increases in foliar emissions, and exchanges and concentrations of soils, and N deposition will also further stimulate these emission trends by increasing foliar isoprenoid emissions in the warmer and drier conditions predicted for the coming decades in the Mediterranean region.
Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Ecologia Terrestre

Elisidepsin es un nuevo depsipéptido sintético resultante del programa de investigación interna de PharmaMar para la obtención de productos sintéticos derivados de compuestos naturales de origen marino. Elisidepsin es un fármaco antiproliferativo que presenta actividad contra un amplio conjunto de tipos de tumores, entre ellos él de mama. El presente trabajo de investigación se centra en el estudio y caracterización de mecanismos de sensibilidad y resistencia a elisidepsin y en factores predictivos de respuesta al fármaco en un modelo “in vitro” con diversas líneas celulares tumorales. En éste hemos visto que este compuesto tiene una alta actividad citotóxica frente a diferentes líneas celulares, y aunque todavía se desconoce su mecanismo de acción, hemos visto que hay evidencias que relacionan la sensibilidad de esta sustancia con las vías de señalización dependientes de los receptores HER. Tras su tratamiento hemos observado una bajada de la expresión de los niveles de los receptores epidermoides, en especial de HER3 y con él una disminución de la actividad de las vías de supervivencia celular por AKT. La hipótesis de trabajo establecida fue que el receptor HER3 actúa como mediador de la señalización en respuesta al fármaco elisidepsin. Con la finalidad de evaluar esta relación, hemos visto que cuando se modula la expresión de HER3 en diferentes líneas celulares se modifica la sensibilidad de éstas frente el tratamiento de elisidepsin, haciéndolas más resistentes cuando disminuimos los niveles de expresión de HER3 mediante short hairpin específicos y más sensibles cuando se sobreexpresa dicho receptor. Todo esto apunta a un papel importante de este receptor en la mediación de la respuesta a éste fármaco. Además, con la generación de un mutante de HER3 sin dominio tirosina quinasa y tras la realización de diferentes ensayos de viabilidad celular y “cross-linking” se encontró una interacción del receptor HER3 en su porción intracitoplasmática con elisidepsin. Por otro lado, el estudio del receptor HER3 en tumores humanos es todavía muy preliminar, con un escaso número de publicaciones. Debido a que observamos una mayor respuesta de líneas tumorales de mama expresando HER3, continuamos el proyecto analizando con más detalle los niveles de este receptor en una amplia serie de carcinomas de mama pertenecientes a nuestro banco de tumores del Hospital Vall d’Hebron. La evaluación del HER3 en la serie clínica llevó a resultados interesantes, correlacionando la expresión del HER3 con los niveles de receptores estrogénicos, abriendo asimismo una nueva vía fisiopatológica para entender los mecanismos de sensibilidad y resistencia a fármacos antiestrógenos. Finalmente, tras constatar la asociación de la respuesta celular con la expresión de HER3, se planteó una posible asociación también de los niveles de HER3 con otros parámetros importantes en la carcinogénesis de cáncer de mama, como son los receptores hormonales y el estudio molecular de la posible interrelación de las vías bioquímicas relacionadas con la expresión del factor epidérmico HER3 y de los receptores estrogénicos. Para ello se hicieron estudios “in vitro” en el modelo celular MCF7 con el fármaco antiestrogénico (fulvestrant) donde se observó un incremento de los niveles de HER3 tras su administración y la implicación de este receptor en una mayor resistencia al tratamiento de fulvestrant.
Elisidepsin is a new synthetic depsipeptide, resultant from the PharmaMar Development Program to obtain synthetic products of marine origin-derived compounds. Elisidespin is a drug with antiproliferative activity against a wide range of tumors, including breast. The present research work focuses on the study and characterization of mechanisms of sensitivity and resistance to elisidepsin, and predictive factors of the drug response in an "in vitro" model of a broad panel of tumor cell lines. In this, we have seen that this compound has high cytotoxic activity in different cell lines, and although its mechanism of action is still unknown, we have seen evidence that relate the sensitivity of this chemical with signaling pathways dependent on HER receptors. After treatment we observed a decrease of the expression levels of the epidermal receptors, especially HER3 and with it a decreased activity of cell survival pathways by AKT. The working hypothesis is that HER3 receptor mediates signaling in response to elisidepsin. In order to assess this relationship, we saw that when HER3 expression is modulated in different cell lines their sensitivity to elisidepsin treatment is modified, making them more resistant when we down-regulated HER3 expression levels with a HER3-specific short hairpin and more sensitive when the receptor is overexpressed. All this points to an important role of HER3 receptor in mediating the response to this drug. Moreover, after the generation of a HER3 mutant tyrosine kinase free and cell viability and "cross-linking" assays a binding with HER3 receptor intracytoplasmic domain and elisidepsin was found. On the other hand, the study of HER3 receptor in human tumors is still not fully characterized, with a small number of publications. Since we saw a higher response of breast tumor cell lines expressing HER3, we decided to continue the project analyzing in more detail the levels of HER3 in a wide range of breast carcinoma samples from our database of Hospital Vall d'Hebron. The evaluation of HER3 in the clinical series led to interesting results, correlating the expression of HER3 with estrogen receptor levels, opening at the same time a new window for understanding the pathophysiological mechanisms of drug sensitivity and resistance to antiestrogen treatments. Finally, after confirming the association of the cellular response to elisidepsin with the expression of HER3, a possible association of HER3 levels with other important parameters in breast cancer carcinogenesis, such as hormone receptors, and the molecular study of the possible interrelationship of the biochemical pathways related to the expression of HER3 epidermal factor and estrogen receptors were also raised. For this, studies "in vitro" in a MCF-7 cellular model were made with an antiestrogen drug (fulvestrant), which showed an increase of HER3 expression levels after its administration and the involvement of this receptor in an increased resistance to fulvestrant treatment.

Esta Tesis Doctoral se presenta como Compendio de publicaciones. Los capítulos en los que se ha dividido la presente Tesis son los siguientes: Capítulo 1 – parte A: Enantioselective, Protecting Group-Free Synthesis of 1S-Ethyl-4-Substituted Quinolizidines Se ha descrito una síntesis enantioselectiva que no implica grupos protectores para acceder a la quinolizidina clave 6 a partir de la lactama bicíclica derivada de fenilglicinol 1. La adición de un reactivo organometálico a 6 ocurre de manera estereoselectiva para conducir a las quinolizidinas 1S-etil-4-sustituidas 4-epi-207I y 7-9. Siguiendo una secuencia sintética análoga, se preparó el compuesto 9a-epi-6. Sin embargo, la adición de reactivos de Grignard al compuesto 9a-epi-6 no ocurre de manera estereoselectiva. Capítulo 1 – parte B: A practical procedure for the removal of the phenylethanol moiety from phenylglycinol-derived lactams Las lactamas bicíclicas no racémicas derivadas de fenilglicinol se han relevado como intermedios clave en la preparación de compuestos nitrogenados enantiopuros. En este capítulo se describe la eliminación del inductor quiral de piperidonas sustituidas utilizando aire u oxígeno en medio básico. Capítulo 2: Synthesis of triheptanoin and formulation as a solid diet for rodents En el presente estudio se describe la síntesis eficaz de triheptanoina de elevada pureza a partir de glicerol y ácido heptanoico, en presencia de carbono sulfonado como catalizador. La triheptanoina se formula como un sólido estable para que constituya la base de una dieta cetogénica mediante la combinación de custro gentes de formulación comerciales; dos tipos de sílica, celulosa microcristalina y talco. La adecuación de la dieta se prueba en ratones C57BI/6 en un periodo de 15 días, comparando el estado general y el cambio de peso corporal. Capítulo 3: Toluene dioxygenase (TDO) mediated oxidation of halogen-substituted benzoate esters Una serie de esteres benzoicos metílicos sustituidos en o-, m- y p- se han sometido a hidroxilación enzimática via fermetación con E. coli JM109 8pDTG601A). Solo se metabolizaron los benzoatos sustituidos en orto. El 2-fluorobenzoato de metilo produjo regioselectivamente solo un diol mientras que el 2-cloro, 2-bromo y 2-iodobenzoato de metilo proporciona una mezcla de regioisómeros. Capítulo 4: Dauben–Michno oxidative transposition of allylic cyanohydrins Enantiomeric switch of (–)-carvone to (+)-carvone Cuando cianohidrinas alílicas se someten a la reacción de oxidación de Dauben-Michno a bajas temperaturas se accede a β-cianoenonas en buenos a excelentes rendimientos. El potencial de esta trasposición oxidativa se pone de manifiesto en enonas que contienen un plano latente de simetría como por ejemplo la conversión de la (-)-carvona en su enantiomero.
A dissertation submitted by Vladislav SEMAK to obtain a doctoral degree from University of Barcelona. This thesis was developed under the supervision of Dr. Carmen Escolano Mirón from Faculty of Pharmacy, University of Barcelona. This doctoral thesis is presented as a compendium of publications. The thesis is divided in four chapters: CHAPTER 1 – PART A: Enantioselective, Protecting Group-Free Synthesis of 1S-Ethyl-4-Substituted Quinolizidines (Amat, M.; Semak, V.; Escolano, C.; Molins, E.; Bosch, J. Org. Biomol. Chem. 2012, 10, 6866-6875.) A practical enantioselective protecting group-free four-step route to the key quinolizidinone 6 from phenylglycinol-derived bicyclic lactam 1 is reported. The organometallic addition reaction upon 6 takes place stereoselectively to give 1-ethyl-4-substituted quinolizidines 4-epi-207I and 7-9. Following a similar synthetic sequence, 9a-epi-6 is also accessed. However, the addition of Grignard reagents upon 9a-epi-6 proceeds in a non-stereoselective manner. In order to gain insight into the different stereochemical outcome in the two series, theoretical calculations on the iminium salts A and B have been performed. The study concludes that the addition of the hydride, which is the step that determines the configuration of the final products, occurs in a stereoelectronic controlled manner. CHAPTER 1 – PART B: A practical procedure for the removal of the phenylethanol moiety from phenylglycinol-derived lactams (V. Semak; C, Escolano; C. Arróniz; J. Bosch; M. Amat Tetrahedron: Asymmetry 2010, 21, 2542-2549.) Chiral non-racemic bicyclic lactams derived from phenylglycinol have been appointed as key building blocks for the preparation of enantiopure nitrogen compounds. The removal of the chiral inductor leading to substituted piperidones by using air or oxygen in basic media is presented in this chapter. CHAPTER 2: Synthesis of triheptanoin and formulation as a solid diet for rodents (Semak, V.; Semakova, J.; Halbaut, L.; Asó, E.; Ferrer, I.; Calpena, A.; Escolano, C.; Perales, J. C. Eur. J. Lipid Sci. Technol. 2012, 114, 889-895.) In the present study, we successfully synthesized triheptanoin to the highest standards of purity from glycerol and heptanoic acid, using sulfonated charcoal as a catalyst. Triheptanoin oil was then formulated as a solid, stable and palatable preparation using a ketogenic base and a combination of four commercially available formulation agents: hydrophilic fumed silica, hydrophobic fumed silica, microcrystalline cellulose, and talc. Diet compliance and safety was tested on C57Bl/6 mice over a 15-week period, comparing overall status and body weight change. CHAPTER 3: Toluene dioxygenase mediated oxidation of halogen-substituted benzoate esters (Semak, V.; Metcalf, T. A.; Endoma-Arias, M. A. A.; Mach, P.; Hudlicky, T. Org. Biomol. Chem. 2012, 10, 4407-4416.) A series of ortho-, meta-, and para-halogen-substituted methyl benzoate esters was subjected to enzymatic dihydroxylation via the whole-cell fermentation with E. coli JM109 (pDTG601A). Only ortho-substituted benzoates were metabolized. Methyl 2-fluorobenzoate yielded one diol regioselectively whereas methyl 2-chloro-, methyl 2-bromo- and methyl 2-iodobenzoates each yielded a mixture of regioisomers. Absolute stereochemistry was determined for all new metabolites. Computational analysis of these results and a possible rationale for the regioselectivity of the enzymatic dihydroxylation is advanced. CHAPTER 4: Dauben–Michno oxidative transposition of allylic cyanohydrins. Enantiomeric switch of (–)-carvone to (+)-carvone. (Hudlicky, J. R.; Werner, L.; Semak, V.; Simionescu, R.; Hudlicky, T. Can. J. Chem. 2011, 89, 535-543.) Allylic cyanohydrins were subjected to Dauben–Michno oxidation at low temperatures to provide β-cyanoenones in good to excellent yields. The potential of this oxidative transposition as a means of an enantiomeric switch of enones containing a latent plane of symmetry was tested by conversion of (–)-carvone to its enantiomer.

El monóxido de europio EuO es un material ferromagnético que muestra una gran variedad de fenómenos físicos y se utiliza a menudo como sistema ideal. Cabe destacar el efecto Kerr, el transporte de espín y, para EuO , una transición metal-aislante con magnetorresistencia colosal. EuO es el único óxido binario conocido que se puede crecer termodinámicamente estable en contacto con silicio. Este óxido puede utilizarse para la inyección de espines ajustando su conductividad a la del silicio o también cómo barrera túnel. Mediante el dopaje, normalmente con lantánidos o Eu, puede aumentarse la temperatura de Curie por encima de los 69K. Las dificultades inherentes a la fabricación de películas delgadas de EuO hacen su aplicación difícil, porque forma fácilmente oxidos no magnéticos, Eu O o Eu O . En esta tesis se estudian también compuestos relacionados como EuS y Eu O . En un primer intento se utilizó la deposición por láser pulsado, donde debido al alto contenido de oxígeno en la cámara se creció Eu O epitaxial. Este óxido de europio tiene aplicaciones en recubrimientos fotoactivos, almacenamiento de datos ópticos, pantallas fluorescentes y dispositivos microelectrónicos debido a su excelente comportamiento dieléctrico. Esta tesis presenta el primer ejemplo de crecimiento epitaxial de una película delgada de Eu O mediante técnicas en fase de vapor. Se describen los intentos de depositar EuO mediante pulverización catódica a partir de un blanco metálico. Siendo esta técnica la preferida en aplicaciones industriales, se estudió el efecto de diferentes substratos, y de capas intermedias y de protección. La alta reactividad del Eu en el interior del plasma provoca una mala reproducibilidad de las deposiciones y la presencia simultánea de varios óxidos de Eu que se determinó mediante rayos X. La deposición por MBE es actualmente la técnica preferida para conseguir crecimiento de EuO de alta calidad, porque ofrece un gran control de los parámetros críticos de la deposición. Gracias a su perfecta compatibilidad estructural, el YSZ facilita el crecimiento epitaxial de EuO. Hemos observado que se pueden superar problemas en el depósito mediante la introducción de una capa intermedia de MgO, con la que incluso se mejoró la cristalinidad de las capas. Al considerar las aplicaciones del EuO, el dopaje es relevante, porque permite el aumento de la temperatura de Curie y una modificación de la resistividad de varias órdenes de magnitud. Hemos demostrado que EuO dopado con un porcentaje muy bajo de Se muestra un gran aumento de la temperatura de Curie. Como no existe ningun modelo para este caso concreto en la literatura, se analiza el mecanismo que puede dar lugar a este comportamiento atípico. En esta memoria también se presentan las primeras medidas nanocalorimétri-cas de películas delgadas de EuO. Aparte de mejorar el sistema de medición, se ha desarrollado un formalismo matemático que permite un cálculo más preciso de la capacidad calorifica. Se han medido capas de EuO con espesores de unos pocos nanómetros. Se observa una disminución de las temperaturas de Curie y Debye al disminuir el espesor. También se modifica la entropía magnética, debido al aumento de átomos con baja coordinación a través de la superficie o las juntas de grano. El último capítulo trata de barreras ferromagnéticas y aislantes de EuS, que son menos reactivas y similares a las barreras de EuO, utilizadas para hacer medidas de transporte. El efecto de la intercara entre EuS y aluminio superconductor se ha investigado mediante la introducción de capas delgadas intermedias de Cu y Si en las juntas. Se ha observado un pico anómalo a bias cero, que tiene un comportamiento histerético cuando se aplica un campo magnético. La polarización de espín máxima que se obtuvo fue del 56%.
Ferromagnetic europium monoxide (EuO) displays a huge variety of physical phenomena and due to its simple structure it is often used as a model system. It shows magneto-optic Kerr effect, spin-dependent transport and, in the case of Eu doped EuO, a metal-insulator transition showing a colossal magnetoresistance. EuO is also the only known binary oxide that can be grown in a thermodynamically stable form in contact with silicon. The application of EuO for spin injection either by matching its conductivity or by using it as insulating tunnel barrier has been shown. Its relatively low Curie temperature of 69 K can be enhanced by doping, normally with lanthanides or metal europium. However, problems of fabricating thin EuO films make its implementation difficult. Europium monoxide readily forms higher, non-magnetic oxides Eu O and Eu O , when exposed to air. Also recent studies still report on considerable amounts of present in the samples. This thesis focuses on the growth, magnetic properties and heat capacity of EuO. Also, related compounds, such as EuS and Eu O are studied. Several techniques, such as sputtering, molecular beam epitaxy (MBE) and pulsed laser deposition (PLD), are used to obtain high quality EuO thin films on yttria-stabilized cubic zirconia (YSZ) (001) and silicon substrates. In a first step the growth of epitaxial EuO on YSZ was attempted using pulsed laser deposition. Due to the high oxygen content in the chamber epitaxial Eu O was grown. This is the most used form of the europium oxides nowadays, as it can be implemented in photoactive coating, optical data storage , and fluorescent displays due to its luminescence properties. Due to its high dielectric strength recently it was also used in microelectronic devices as high dielectric gates. However, studies on high quality epitaxial Eu O are still scarce. To our knowledge this PhD represents the first example of epitaxial growth of a thin film of Eu O by vapor phase techniques. In order to make EuO accessible for industrial purposes sputter deposition is the preferred option. Attempts of EuO deposition by sputtering from a metal target are described. The effect of different substrates, inter- and capping layers is discussed. We show that the high reactivity of Eu inside the plasma leads to bad reproducibility of depositions. X-ray measurements were used to determine the approximate content of the Eu-EuO-Eu O films. At the moment MBE deposition is the technique of choice for high quality EuO growth, as it offers great control of all critical deposition parameters. Due to its perfect lattice match YSZ eases the growth of epitaxial EuO. By introducing an MgO buffer layer problems in the deposition could be overcome and crystallinity was enhanced. When considering applications of EuO, doping is an important topic, since it allows the enhancement of the Curie temperature and the tuning of the resistivity over various orders of magnitude. We have shown that doping EuO with a very low percentage of Se, surprisingly, shows a large enhancement of the Curie temperature. As no model exists for this case, the mechanism for the enhancement of the Curie temperature by Se is discussed. The first nanocalorimetric measurements on EuO thin films are presented. Apart from improving the measurement system, a mathematical formalism was developed to allow a more accurate calculation of the heat capacity. Thin films of EuO could be measured in thicknesses down to a few nanometers, where size effects come to play. A decrease of the Curie and Debye temperature as well as the magnetic entropy is observed due to the decrease in the number of nearest magnetic interaction neighbors at the surface. Ferromagnetic insulating EuS barriers - similar to EuO barriers - were also used along this thesis for transport measurements, because they are less reactive and therefore can be deposited in good quality in evaporation chambers with a higher base pressure. The effect of the interface between EuS and superconducting aluminium is investigated by introducing thin Cu and Si interlayers in SC-FI-SC junctions. A zero bias peak is observed, which is hysteretic with respect to an applied magnetic field. The origin of this feature is discussed. The maximum spin polarization that was obtained is about 56 %.

Phenolic compounds are a group phytochemicals widely but not uniform distributed in the plant kingdom. These compounds have generated great expectations in the scientific community as natural therapeutics due to their antioxidant, anti-inflammatory and anticarcinogenic properties. Initial attention was concentrated to study the bioavailability of the native compounds present in the food. Nevertheless, their aparent low bioavailability has awake the possibility to contemplate other related metabolites rather than the original forms. In the obstinacy to really cover the general metabolism of phenolic compounds in the human body, their colonic fate has gained a central role. The different works that make up the body of this Doctoral Thesis are focused in the study of the colonic metabolism of the more representative phenolic compounds present in three plan-based products. The products concerned were enriched olive oil in its own phenolic compounds and in combination with thyme phenolic compounds, pomegranate and Arbutus unedo fruit. In vitro fermentations and human interventions were conducted with the purpose of exploring the fate of phenolic compounds in the gut.
Los compuestos fenólicos son una clase de fitoquímicos que se encuentran amplia pero no uniformemente distribuidos en el reino vegetal. Dadas sus propiedades antioxidantes, anti-inflamatorias y anticancerígenas, dichos compuestos han despertado gran interés en la comunidad científica como posibles sustancias terapéuticas de origen natural. Con el objeto de considerar la distribución general de los compuestos fenólicos en el organismo humano, el metabolismo en el intestino grueso juega un papel central. Dicho interés se apoya en evidencias científicas que sostienen que los compuestos fenólicos se absorben de forma modesta y, por consiguiente, una porción considerable llega al colon sin metabolizar. Los diferentes trabajos que conforman el núcleo principal de esta Tesis Doctoral se han focalizado en el estudio del metabolismo en el colon de los compuestos fenólicos más representativos de tres productos de origen vegetal. Diferentes ensayos incluyendo fermentaciones in vitro y tratamientos dietéticos con humanos se llevaron a cabo con el propósito de explorar qué ocurre con los compuestos fenólicos cuando llegan al colon.
Els compostos fenòlics són una classe de fitoquímics que es troben àmplia però no uniformement distribuïts en el regne vegetal. Donades les seves propietats antioxidants, anti-inflamatories i anti-cancerígenes, aquests compostos han despertat gran interès en la comunitat científica com a possibles substàncies terapèutiques d'origen natural. Al principi, molts treballs de recerca es van centrar a estudiar la biodisponibilitat d'aquells compostos originalment presents en els aliments. No obstant això, la seva modesta biodisponibilitat ha despertat la possibilitat de contemplar altres rutes metabòliques mitjançant les quals aquests compostos puguin a terme la seva activitat biològica, ampliant la cerca d'altres compostos associats a les formes originals. Els diferents treballs que conformen el nucli principal d'aquesta tesi doctoral s'han focalitzat en l'estudi del metabolisme en el còlon dels compostos fenòlics més representatius de tres productes d'origen vegetal. Diferents assatjos incloent fermentacions in vitro i tractaments dietètics amb humans es van dur a terme amb el propòsit d'explorar què ocorre amb els compostos fenòlics quan arriben al còlon.

En esta tesis se mostra como la aminocatalisis pueda ser utilizada para resolver importantes problemas en sintesis organica. En el primer proyecto tres reacciones en cascada aminocatalizadas han sido optimizadas para la síntesis de productos spiro-cíclicos derivados de las benzofuranonas. Estas moléculas, que tienen un esqueleto presente también en muchos productos naturales, han sido sintetizadas como un sólo enantiomero gracias al uso de amina primaria y secondaria. Un segundo proyecto muestra la primera activación aminocatalizada de cetonas α-substituidas α,β-insaturadasen el ámbito de una reacción de adición de sulfa-Michael, in esto contexto ha sido posiblemodificar la selectividad de la diastereoselección del catalizador a través de simples modificaciones en las condiciones de reacción. Finalmente, se muestra el primer empleo de aminas secundarias quirales en la funcionalizaccion directa de aldehídos α-substituidos α,β-insaturados. El sistema se ha empleado en una reaccion aldolica (addiccion) y una alquilacion (sostitucion) vinylogas.
In this thesis it is shown how aminocatalysis can be employed to solve different problems in organic synthesis. In a first project three complementary cascade reactions have been optimized for the synthesis of spirocylcic products bearing the benzofuranone moiety. The products were synthetized has single enantiomer exploiting the ability of both primary and secondary aminocatalysts to orthogonally activate ketones and aldehydes. In a second project is reported the first use ofα-substitutedα,β-unsaturated ketonesin aminocatalysisfor developing an asymmetric sulfa-Michael addition reaction. In addition, it was possible to modulate the enforced sense of diastereoselectivity of the catalyst by simply modifying the reaction conditions. Finally we could use, for the first time, chiral secondary amines to promote the dienamine activation of α-branched enals. The catalytic system has been used to realize two enantioselectivetrasformations, a vinylogousaldol and a -alkylation reactions.

Durant les darreres dècades, el disseny de processos en el marc de la química sostenible ha anat creixent de forma exponencial. La recerca constant de processos mes benignes amb el medi ambient ha implicat un gran esforç per obtenir millors rendiments mitjançant l'activació de llocs específics, i possant especial èmfasi amb el control de la quimio-, la regio- i la enantioselectivitat, punts crucials per a l'economia atómica. En aquest sentit, els dissolvents juguen un paper crític, i com podrà veure's al llarg d'aquesta memòria..
Aquesta Tesi s'enfoca en l'ús de mitjans de reacció alternatius i sostenibles, com són els líquids iònics (ILs), el diòxid de carboni supercrític (scCO2) i la barreja de ambdós dissolvents, amb l'objectiu de disminuir l'ús de dissolvents orgànics convencionals i la seva aplicació en els següents processos catalítics: hidrogenació asimètrica, reacció de Suzuki d'acoblament creuat C-C, reacció d'alquilació al·lílica asimètrica i la hidrogenació de arens.
In the last decades, the design of processes in the framework of the sustainable chemistry has been exponentially growing. The constant searching of cleaner processes has led to a lot of effort to obtain higher yields by activation of specific sites, and improving chemo-, regio- and enantio-selectivities, which are crucial from a point of view of an atom economy strategy. In this sense, solvents play a critical role.
This PhD thesis focuses on the use of alternative sustainable reaction media such as ionic liquids (ILs), supercritical carbon dioxide (scCO2) and mixtures of both solvents in different catalytic processes, with the aim of decreasing the use of conventional organic solvents applied in the following catalytic reactions: homogeneous and supported rhodium catalysed asymmetric hydrogenation, biphasic palladium catalysed Suzuki C-C cross-coupling, homogeneous palladium catalysed asymmetric allylic alkylation, and ruthenium and rhodium nanoparticles catalysed arene hydrogenation were tested.

Aquesta tesi presenta resultats referits a noves metodologies aplicades cap a la obtenció de productes alfa-funcionalitzats i beta-borilats, que no tenen precedents en la bibliografia, a partir de cetones alfa,beta-insaturatdes. Les funcionalitzacions estudiades han sigut utilitzant fluor, per obtenir alfa-fluoro beta-boryl cetones; halogens, per obtenir alfa-halo beta-boryl cetones (sent els halogens clor i brom); i finalment difuncionalitzar cetones alfa,beta-insaturades per obtenir alfa-aryl beta-boryl cetones, que tal i com es reporta a la tesi, han sigut els intermedis cap a la sintesi de 2-aryl-1,3-diones, que són productes de sintesis molt valorats en la industria per les seves propietats com a pesticides. En tots tres casos, s'ha aconseguit la obtenció dels productes difuncionalitzats, dels quals cap havia sigut previament presentat a la bibligrafia existent, concluent per tant que aquest ha sigut un treball pioner cap a la sintesi i obtenció d'aquests compostos difuncionalitzats.
Esta tesis presenta los resultados pertenecientes a nuevas metodologias aplicadas hacia la obtención de productos alfa-funcionalizados y beta-borilados que no tienen precedente en la bibliografia, a partir de cetonas alfa,beta-insaturadas. Las funcionalizaciones estudiadas han sido utilizando fluor, para obtener alfa-fluoro beta-boryl cetonas; halogenos, para obtener alfa-halo beta-boril cetonas (siendo los halogenos cloro y bromo); y finalmente la difuncionalización de cetonas alfa,beta-insaturadas para obtener alfa-aryl beta-boryl cetonas, que tal y como se presenta en la tesis, han sido los productos intermedios hacia la sintesi de 2-aryl-1,3-dionas, que són productos de sintesis muy valorados en la indústria por sus propiedades como pesticidas. En todos los tres casos, se consiguió la obtención de los productos difuncionalizados, de los cuales ninguno habia sido previamente presentado en la bibliografia existente, concluyendo que éste ha sido un trabajo pionero hacia la sintesi y obtención de estos compuestos difuncionalizados.
This thesis presents the results concerning new methodologies towards the obtantion of alpha-functionalized beta-borylated compounds from alpha,beta-unsaturated carbonyl compounds, with no precedent in the litherature. The functionalizations studied focused on fluorine, to obtain alpha-fluoro beta-boryl ketones; halogens, to obtain alpha-halo beta-boryl ketones (being the halogens chlorine and bromine); and finally, the difunctionalization of alpha,beta-unsaturated ketones to obtain the corresponding alpha-aryl beta-boryl ketones, which as presented in this thesis, they have been the intermadiates towards the synthesis of 2-aryl-1,3-diones. 2-aryl-1,3-diones are highly valued products in industry for their properties as pesticides. In the three cases studied, we obtained the desired difunctionalized products, which any of them has been previously presented in the existing literature, concluding that this has been a pioneering work towards the synthesis and obtantion of such difunctionalized compounds.

The excess of fat deposits are originated by a prolonged imbalance between the energy intake and the energy expenditure. The current food pattern based on a high consumption of saturated fats, simple sugars and processed foods, together with the sedentary lifestyle of the population, favor the development of obesity, which is responsible for 3.4 million deaths per year and is the main risk factor for the development of associated comorbidities, such as type 2 diabetes mellitus, non-alcoholic fatty liver and cardiovascular diseases. Given the current pandemic scope of obesity, finding therapeutic targets and strategies for their control and treatment is of great importance. The Mediterranean Diet, characterized by a high consumption of fruits and vegetables, provides a high levels of bioactive compounds mainly carotenoids and polyphenols, which have shown antiobesogenic properties. The main aim of this thesis is to define the molecular mechanisms involved in the metabolic impact of foods rich in bioactive compounds in animal models of obesity. We worked with sofrito and maqui to be two food products rich in bioactive compounds. Sofrito is as a typical Mediterranean preparation with a high nutritional interest due to the high content of bioactive compounds, mainly carotenoids and because beneficial effects in the primary prevention of cardiovascular and metabolic diseases such as type 2 diabetes has been attributed to it. On the other hand, the berry known as maqui (Aristotelia chilensis), characteristic of southern Chile, with a high polyphenols contents, especially from the anthocyanin group, has shown cardioprotective and hypoglycemic effects. The results show that both sofrito and maqui have beneficial effects on insulin sensitivity and glucose tolerance, respectively. As well, they are also able to increase the expression and signaling of the fibroblast growth factor pathway 21 and increase the expression of uncoupling protein 1 and browning in white adipose tissue. In addition, in the liver, the supplementation with maqui improves the hepatic steatosis caused by a high-fat diet by the expression of small heterodimer partner– interacting leucine zipper protein. The data presented allow us to point out that both dietary supplementation with sofrito and with maqui, could be good strategies in the prevention and / or treatment of obesity and its associated comorbidities.

La maduixa representa el cultiu de baies més consumit a tot el món, amb una producció de 9,2 milions de tones l’any 2017. Els programes de millora tradicionalment s’han centrat en els trets agronòmics, però la qualitat dels fruits s’ha convertit recentment en un objectiu principal. El sabor és el principal factor responsable de la qualitat de la maduixa, sent atractiu per el consumidor. La maduixa diploide (Fragaria vesca) es un model per a el maduixot, gràcies al cicle de vida perenne, genoma reduït, curt període generacional, sistema de transformació genètica senzill i eficient, i als abundants recursos genètics. L’objectiu principal d’aquest treball ha estat estudiar la base genètica del sabor en la maduixa diploide mitjançant una col·lecció de línies isogéniques (NIL) desenvolupada per un encreuament entre un pare recurrent F. vesca i el progenitor donant F. bucharica. En primer lloc, hem millorat la col·lecció NIL desenvolupada anteriorment amb deu noves línies, cobrint en total el 94,8% del parental donant. És una eina genètica altament rellevant per mapar diversos trets de maduixa diploides. Per localitzar els loci dels caràcters quantitatius (QTL)de sabor es van analitzar el pH, l’àcid cítric i ºBrix. Es va mapar un QTL estable associat a l’augment del pH, dos QTL majors per la reducció del pH, dos QTL majors per la disminució dels nivells de l’àcid cítric i un QTL per l’augment dels ºBrix. Per localitzarQTL majors per a compostos volàtils al LG5, hem estudiat en profunditat els compostos aromàtics a les línies del LG5. Es van identificar disset compostos volàtils clau i es van assignar cinc QTL. Els QTL de metil 2-aminobenzoat i mirtenil acetat es van localitzar a LG5:20-35cM,el QTL per disminuir el contingut de metil butanoat a LG5:11-20cM i dos QTL per a compostos volàtils verds (CVV) (Z)-3-hexenil acetat i (E)-2-hexenil acetat a LG5:50-76cM. Onze gens van ser seleccionats percandidats a controlar l’acumulació de compostos volàtils.Es va analitzar el nivell de transcripció F. vesca i les NILs. Finalment, es van verificar tres gens en LG5:0-35cM i tres gens en LG5:50-76cM per presentar diferències significatives en l’expressió entre el pare recurrent i les NILs amb al·lels de F. bucharica en LG5. El gen FvH4_5g29270 que codifica una isomerasa 3Z-2E-enal es va seleccionar com a gen candidat per a CVV en LG5:50-76cM. Per verificar la funció del gen FvH4_5g29270, es va construir el vector de sobreexpressió gènica i es va expressar de forma transitòria en F. vesca i en dos NILs amb l’al·lel F. bucharica de FvH4_5g29270 mitjançant transfecció mediada per agrobacterium. Els resultats de contingut de CVVno van ser els esperats, principalment a causa de la baixa eficiència de la transformació. Un altre caràcter de qualitat important es l’aparença del fruit. Es va analitzar el color de la maduixa amb vuit paràmetres de color per a tres collites en la col·lecció. El color taronja es va observar en algunes NILs i es va mapar en LG5:35-39cM. Es van analitzar divuit gens candidats en aquesta regió per obtenir el nivell d’expressió de la transcripció en fruites madures. El gen FvH4_5g14770 que codifica per una proteïna d’unió al complex de clorofil·la A-B dependent de la llum es va seleccionar com a gen candidat, ja que mostrava un nivell de transcripció significativament superior en fruites de color taronja que en fruites vermelles,iaquest canvi pot estar relacionat amb el procés de reducció del contingut de clorofil·la. Tots aquests resultats van proporcionar una base fonamental per a la millora de l’aroma i el color de la maduixa.
La fresa representa el cultivo de bayas más consumido en todo el mundo, con una producción de 9,2 millones de toneladas en el año 2017. Los programas de mejora se han centrado en caracteres agronómicos, siendo la calidad del fruto un objetivo principal en los últimos años. El sabor es el factor responsable de la calidad en la fresa, actuando directamente sobre el consumidor. La fresa diploide (Fragaria vesca) es modelo para elfresón, debido a su ciclo de vida perenne, pequeño genoma, corto periodo generacional, un sistema de transformación genética simple y eficiente y abundantes recursos genéticos. El objetivo principal de este trabajo es estudiar la base genética del sabor del fruto en la fresa diploide utilizando una colección de líneas isogénicas (NIL) desarrollada por un cruce entre unparental recurrente F. vesca y un parental donante F. bucharica. En primer lugar, incrementamos la colección NIL desarrollada previamente con 10 nuevas líneas, con una cobertura del 94.8% del genoma del parental donante. Para posicionarlos loci de los caracteres cuantitativos (QTL),se analizaron pH, ácido cítrico y ºBrix enfresas maduras. Se mapeó un QTL estable asociado alincrementodel pH, dos QTL asociados con su disminución, dos QTL asociados con la reducción en ácido cítrico y un QTL relacionado con incremento deºBrix. Debido a la localización en LG5 de QTL asociados a compuestos volátiles, estudiamos su acumulaciónen todas las líneas del LG5. Se identificaron diecisiete compuestos volátiles clave y se maparon cinco QTL. Los QTL asociados al metil2-aminobenzoato y mirtenil acetato se localizan en LG5:20-35cM. El QTL asociado a la disminución de metil butanoato se localizó en LG5:11-20cM. Dos QTL ligados a la variación decompuestos volátiles verdes (CVV) (Z)-3-hexenil acetato y (E)-2-hexenil acetato están en LG5:50-76cM. Los genes candidatos que controlan la acumulación de compuestos volátiles aromáticos en LG5fueron once yse analizósu transcripción en frutas completamente maduras de F. vesca y de las líneas NIL de la región LG5.Se identificaron tres genes en LG5:0-35cM y tres genes en LG5:50-76cM que presentan diferencias significativas en la expresión entre el padre F. vesca y las NIL que albergan alelos de F. bucharica. El gen FvH4_5g29270 que codifica una 3Z-2E-enal isomerasa se seleccionó como gen candidato para CVV en LG5:50-76cM. Para verificar la función del gen FvH4_5g29270, se construyó el vector de sobreexpresión génica y se expresó de forma transitoria en F. vesca y en las NILs que contienen el alelo de FvH4_5g29270 en F. bucharica mediante transfección mediada por agrobacterium. Sin embargo, los resultados del contenido de CVVno fueron los esperados, principalmente debido a la baja eficiencia de transformación. La importancia de apariencia externa enfresa es el color,y se analizó aplicando ocho parámetros de color en tres cosechas distintas en la colección. Se observó el color del fruto anaranjado en algunas NILs y se mapeó en LG5:35-39cM. Se analizaron dieciocho genes candidatos en esta región para determinar el nivel de expresión de la transcripción en frutos maduros en plantas de F. vesca y en las NILs que albergan la introgresión LG5:35-39. El gen FvH4_5g14770 que codifica para una proteína de unión al complejo clorofila A-B dependiente de luz se seleccionó como un buen gen candidato ya que mostró un nivel de transcripción significativamente mayor en las fresas de color anaranjado que en las fresas rojas, y dicho cambio puede estar relacionado con la reducción del contenido de clorofila. Todos estos resultados proporcionaron una base fundamental para la mejora del aroma y la variación del color de la fresa.
Strawberry, belonging to Fragaria genus, Rosaceae family, is the most commonly consumed berry fruit crop worldwide, with a production of around 9.2 million tons during 2017. Although traditionally breeding programs have been focused on improving agronomic traits, fruit quality has become a main goal recently. Fruit flavor is the main factor responsible for the fruit quality that is a direct factor attracting customers. The diploid strawberry (Fragaria vesca) serves as an important model plant for cultivated strawberry and Rosaceae family, due to its perennial life cycle, small genome, short generation time, a simple and efficient genetic transformation system and abundant genetic resources. The main goal of this work was to study the genetic basis of fruit flavor in diploid strawberry using a isogenic lines collection (NIL) developed by a cross between the recurrent parent F. vesca and the donor parent F. bucharica. Firstly, we improved the previously developed NIL collection with 10 new lines added. Finally, this population consists of 49 lines with overlapping introgressions covering 94.8% of background of donor parental line. It is a highly relevant genetic tool for mapping a variety of traits for diploid strawberry. Fruit flavor traits, including pH, citric acid and oBrix of ripe fruits of the collection were statistically analyzed for mapping as quantitative traits loci (QTL). One stable QTL was mapped for increasing pH and two major QTL for decreasing pH. Two major QTL were mapped for decreasing citric acid and one QTL for increasing oBrix. Due to locating many major QTL for aroma volatile compounds in LG5, we deeply studied the aroma compounds in the new lines harboring introgressions in LG5. Seventeen key volatile compounds were identified and five QTL were mapped. The QTL for methyl 2-aminobenzoate and myrtenyl acetate were located in the same region LG5:20-35cM.The QTL for decreasing methyl butanoate content was located in LG5:11-20cM. Two QTL for green volatile compounds (Z)-3-hexenyl acetate and (E)-2-hexenyl acetate were located in LG5:50-76cM. In order to investigate the major genes controlling aroma volatile compounds accumulation, eleven genes were selected as important candidate genes to analyze the transcription level in fully ripe strawberry fruits of F. vesca and NILs harboring F. bucharica alleles. Finally, three genes in LG5:0-35cM and three genes in LG5:50-76cM were verified to present significant differences in expression between the recurrent parent F. vesca and the NILs harboring F. bucharica alleles in these LG5 regions. The gene FvH4_5g29270 encoding a 3Z-2E-enal isomerase was selected as candidate gene for green leaf volatile compounds in LG5:50-76cM. For verifying the function of gene FvH4_5g29270, the gene overexpression vector was constructed and transiently expressed in F. vesca and two NILs with the F. bucharica allele of FvH4_5g29270 via agrobacterium mediated transfection. However, the green volatile compounds content results were unexpected, mainly due to the low transformation efficiency. Attending to the important fruit appearance traits, the fruit color was analyzed with eight color parameters for three harvests. Orange fruit color was observed in some NILs and was mapped in LG5:35-39cM. Eighteen candidate genes in this region were analyzed for transcript expression level in fully ripen fruits from the recurrent parent F. vesca and NILs harboring the introgression containing LG5:35-39. The gene FvH4_5g14770 encoding light-harvesting complex chlorophyll A-B binding protein was selected as a good candidate gene since it showed significantly higher transcript level in orange colored fruits than in red fruits that can be related to chlorophyll content reduction. All these results provided fundamental basis for strawberry aroma and color breeding.

Ruthenium (II) polypyridine complexes in general have been extensively studied because of their unique redox and photochemical properties. A typical example of such complexes is tris(2,2’-bipyridyl) ruthenium (II). In this study, this complex was synthesized and then characterized using electronic spectroscopy and cyclic voltammetry. It was also shown that the ruthenium concentration could be accurately determined using ICP-MS. It was found that the complex is very stable in various chemical environments. It was observed from spectrophotometric investigations that persulphate and lead dioxide easily oxidize Ru(bpy)3 2+ to Ru(bpy)3 3+ in the presence of heat and H2SO4, respectively. It was also observed that the oxidation between Ru(bpy)3 2+ and cerium (IV) occurred at approximately 3:2 [Ce(IV)]/[Ru(II)] mole ratio. The resultant Ru(bpy)3 3+ solution was unstable in the presence of light and recovery of Ru(bpy)3 2+ occurred gradually. The regeneration of Ru(bpy)3 2+ from Ru(bpy)3 3+ was found to be a multistep process, which appears to involve the formation of an intermediate species. The following reaction model was found to best explain the kinetic data obtained: Ru(bpy)3 2+ + Ce(IV) → Ru(bpy)3 3+ Ru(bpy)3 3+ → Ru(bpy)3 2+ Ru(bpy)3 3+ → Ru* intermediate Ru* intermediate → Ru(bpy)3 2+ Theoretical rate constants were also calculated for the same process under the experimental conditions. The comparison between the experimental and theoretical results gave good agreement. In addition, the factors that influence the rate of the regeneration of Ru(bpy)3 2+ from Ru(bpy)3 3+ were also discussed.