Tyrocydyna - Tyrocidine

Tyrocydyna
Tyrocydyna A.svg
Tyrocydyna 3D.png
Nazwy
Nazwa IUPAC
3-((3 S ,6 R ,9 S ,12 S ,15 S ,

18 S ,21 S ,24 S ,27 R ,32a S ) -9-(2-amino-2-oksoetylo)-21-(3-aminopropylo)-3,6,27-tribenzylo-15-(4-hydroksybenzyl) )-24-izobutylo-18-izopropylo-1,4,7,10,13,16,19,22,25,28-dekaoksodotriakontahydropirolo[1,2-a] [1,4,7,10,13,16 ,19,22,25,28] dekaazacyklotria

12-ilo)propanamid
Identyfikatory
Identyfikator klienta PubChem
UNII
Nieruchomości
C 66 H 87 N 13 O 13
Masa cząsteczkowa 1270.47628
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w ich stanie standardowym (przy 25 °C [77 °F], 100 kPa).
czekTak zweryfikuj  ( co to jest   ?) czekTak☒N
Referencje do infoboksu

Tyrocydyna jest mieszaniną cyklicznych dekapeptydów wytwarzanych przez bakterie Bacillus brevis występujące w glebie. Może składać się z 4 różnych sekwencji aminokwasowych, dając tyrocydynę A–D (patrz ryc. 1). Tyrocydyna jest głównym składnikiem tyrotrycyny , która zawiera również gramicydynę . Tyrocydyna była pierwszym dostępnym na rynku antybiotykiem, ale okazała się toksyczna dla ludzkiej krwi i komórek rozrodczych. Uważa się , że funkcją tyrocydyny w jej gospodarzu B. brevis jest regulacja sporulacji .

Rysunek 1: a) Sekwencja aminokwasowa tyrocydyny A. b) Zmiany sekwencji dla 4 typów tyrocydyny.

Tyrocydyny A, B i C to cykliczne dekapeptydy. Biosynteza tyrocydyny obejmuje trzy enzymy. Części jego sekwencji są identyczne z gramicydyną S.

Historia

W 1939 roku amerykański mikrobiolog René Dubos odkrył drobnoustroje glebowe Bacillus brevis . Zaobserwował zdolność drobnoustroju do rozkładania torebki bakterii pneumokoków , czyniąc ją nieszkodliwą. Z drobnoustroju glebowego B. brevis wyizolował tyrotrycynę , która wykazywała wysoką toksyczność wobec szerokiego zakresu bakterii. Odkryto później, że tyrotrycyna jest mieszaniną peptydów gramicydyny i tyrocydyny. Zaobserwowano, że mają one toksyczne działanie w czerwonych krwinkach i komórkach rozrodczych u ludzi, jednak jeśli są stosowane zewnętrznie jako maść, tyrocydyna może być również stosowana jako silny środek przeciwdrobnoustrojowy. Odkrycie Dubos pomogło ożywić zainteresowanie badaniami nad penicyliną .

Mechanizm akcji

Tyrocydyna ma unikalny mechanizm działania, w którym zaburza funkcję błony komórkowej, co czyni ją korzystnym celem dla pochodnych inżynierii. Wydaje się, że tyrocydyna zaburza podwójną warstwę lipidową błony wewnętrznej drobnoustroju, przenikając fazę lipidową błony. Dokładne powinowactwo i lokalizacja tyrocydyny w dwuwarstwie fosfolipidowej nie są jeszcze znane.

Biosynteza

Biosynteza tyrocydyny jest podobna do gramicydyny S i jest osiągana poprzez zastosowanie nierybosomalnych syntetaz białkowych (NRPS). Jego biosynteza odbywa się poprzez zespół enzymatyczny składający się z 3 białek syntetazy peptydowej, TycA, TycB i TycC, które zawierają 10 modułów. Różne analogi tyrocydyny (A-D) nie są wytwarzane przez różne enzymy, ale raczej przez system enzymatyczny, który jest zdolny do włączania różnych aminokwasów o podobieństwie strukturalnym w określonych miejscach. Sekwencja aminokwasowa jest określona przez organizację enzymu, a nie przez jakąkolwiek matrycę RNA.

Rysunek 2: Operon tyrocydynowy

Syntetazy tyrocydynowe TycA, TycB i TycC są kodowane na operonie tyrocydynowym. Składa się on z trzech genów kodujących trzy syntetazy oraz trzech dodatkowych otwartych ramek odczytu (ORF). Te ORF, oznaczone jako TycD, TycE i TycF znajdują się poniżej trzech genów syntetazy (patrz figura 2). TycD i TycE mają największe podobieństwo do członków rodziny transporterów z kasetą wiążącą ATP (ABC), które wspomagają transport substratów przez błonę. Zasugerowano, że transportery tandemowe odgrywają rolę w nadaniu odporności w komórce produkującej poprzez wydzielanie tyrocydyny. TycF został zidentyfikowany jako tioesteraza (TE) i jest podobny do innych TE w operonach bakteryjnych stosowanych do kodowania syntetaz peptydowych. Jednak dokładna funkcja tych TE pozostaje nieznana. Wielkość syntetaz peptydowych odpowiada ilości przeprowadzanej przez nie aktywacji. TycA jest najmniejszy i aktywuje pojedynczy aminokwas z jednego modułu, TycB jest średniej wielkości i aktywuje 3 aminokwasy w 3 modułach, a TycC jest największym i aktywuje 6 aminokwasów w 6 modułach (patrz rysunek 3).

Rysunek 3: Moduły i domeny biosyntezy tyrocydyny

Każdy moduł przeprowadza wszystkie reakcje katalityczne niezbędne do włączenia pojedynczego aminokwasu do łańcucha peptydowego. Odbywa się to poprzez subdomeny dla adenylacji (A), białka nośnikowego peptytylu (PCP), kondensacji (C) i, w zależności od pozycji aminokwasu, epimeryzacji (E). Subdomena adenylacyjna służy do aktywacji określonego aminokwasu. Każdy moduł wykorzystuje jedną cząsteczkę wybranego aminokwasu substratowego z jedną cząsteczką ATP, aby uzyskać kompleks enzymatyczny aminoacyloadenylanu i pirofosforan. Aktywowany aminokwas może być następnie przeniesiony do enzymu związanego z 4'- fosfopanteeiną białka nośnikowego z wydaleniem AMP z układu. Białko nośnikowe wykorzystuje grupę protetyczną 4'-fosfopanteteiny do ładowania rosnącego peptydu i jego prekursorów monomeru. Wydłużenie łańcucha peptydowego uzyskuje się poprzez kondensację wcześniejszego PCP na sąsiednim znajdującym się w dół monomerze związanym z PCP. W niektórych domenach można znaleźć subdomeny modyfikacji, takie jak subdomena E widoczna w domenach 1 i 4 tyrocydyny, które wygenerują aminokwas o konfiguracji D. Na ostatnim module znajduje się domena TE stosowana jako katalizator cyklizacji lub uwalniania produktu. Uwolnienie produktu z białka nośnikowego osiąga się poprzez acylację aktywnego miejsca seryny TE, w którym dekapeptyd jest przenoszony z eteru tiolowego do reszty seryny. Deacylacja może następnie nastąpić poprzez wewnątrzcząsteczkową cyklizację lub poprzez hydrolizę, dając odpowiednio cykliczny lub liniowy produkt (patrz figura 4).

Rysunek 4: Proponowana reakcja cyklizacji katalizowana przez tioesterazę

W przypadku tyrocydyny wykazano, że zamknięcie pierścienia jest bardzo korzystne ze względu na 4 wiązania H pomagające szkieletowi dekapeptydowemu w przyjęciu stabilnej konformacji (patrz figura 5). Ta wewnątrzcząsteczkowa cyklizacja zachodzi w układzie „głowa do ogona” z udziałem N-końca D- Phe1 i C-końca L- Leu10 (patrz figura 4).

Rysunek 5: Wiązanie wodorowe ilustrujące stabilizujący wpływ cyklizacji

Strategie chemoenzymatyczne

Nie ma ogólnego biochemicznego rozwiązania dla makrocyklizacji łańcucha peptydowego. Wyizolowane domeny TE tyrocydyny (Tyc) można wykorzystać do cyklizacji chemicznie pochodnych substratów peptydylo-tioestrowych, zapewniając skuteczną drogę do nowych związków cyklicznych. Aby ta makrocyklizacja wystąpiła, łańcuch peptydowy musi być aktywowany na swoim C-końcu grupą opuszczającą N- acetylocysteaminy (SNAC) . Alanina skanowania przez 10 pozycji tyrocidine pokazuje, że tylko D Phe, a L -Orn wymagane do wystarczającej cyklizacji.

Tyc TE może być również stosowany biomimetycznie, w którym naśladuje środowisko tworzone przez domenę TE z PCP substratu poprzez zastosowanie syntetycznego uwięzi połączonego z żywicą amidową glikolu polietylenowego (PEG). Zastosowanie tej żywicy związanej z pożądanym podłożem z wyizolowanym TE może umożliwić katalityczne uwalnianie żywicy, jak również makrocyklizację podłoża (patrz figura 6). Zastosowanie syntezy peptydów w fazie stałej (SPPS) pozwoliło na włączenie do łańcucha peptydowego różnorodnego zestawu monomerów. Późniejsze badania wykorzystywały wysoką tolerancję Tyc TE w celu postsyntetycznej modyfikacji szkieletu peptydowego. Pozwoliło to również na włączenie glikozylacji reszt tyrozyny lub seryny. Zastosowanie tych metod doprowadziło do powstania wielu obiecujących nowych środków terapeutycznych.

Rysunek 6: Biomimetyczna synteza makrocykli.

Bibliografia

  1. ^ Pubchem: tyrocydyna i tyrotrycyna. „Wynik związku PubChem” .
  2. ^ B c Mootz HD Marahiel MA (listopad 1997). „Operon biosyntezy tyrocydyny Bacillus brevis: pełna sekwencja nukleotydów i charakterystyka biochemiczna funkcjonalnych wewnętrznych domen adenylacyjnych” . J. Bakteriol . 179 (21): 6843-50. doi : 10.1128/jb.179.21.6843-6850.1997 . PKW  179617 . PMID  9352938 .
  3. ^ „Antybiotyki” . Elektroniczna Encyklopedia Columbia . 6 wyd. Wydawnictwo Uniwersytetu Columbia. 2007. s. online.
  4. ^ B Qin C Bu X Wu X Guo Z (2003). „Chemiczne podejście do generowania różnorodności molekularnej w oparciu o rusztowanie cyklicznego antybiotyku dekapeptydowego tyrocydyny A”. J Comb Chem . 5 (4): 353–5. doi : 10.1021/cc0300255 . PMID  12857101 .
  5. ^ Prenner EJ, Lewis RN, McElhaney RN (grudzień 1999). „Interakcja peptydu przeciwdrobnoustrojowego gramicydyny S z modelem dwuwarstwy lipidowej i błon biologicznych” . Biochim. Biofizyka. Akta . 1462 (1–2): 201–21. doi : 10.1016/S0005-2736(99)00207-2 . PMID  10590309 .
  6. ^ B c d Kopp K, Marahiel MA (sierpień 2007). „Strategie makrocyklizacji w biosyntezie peptydów poliketydowych i nierybosomalnych”. Nat Prod Rep . 24 (4): 735–49. doi : 10.1039/b613652b . PMID  17653357 .
  7. ^ Roskoski R Gevers W Kleinkauf H Lipmann F (grudzień 1970). „Biosynteza tyrocydyny przez trzy komplementarne frakcje z Bacillus brevis (ATCC 8185)”. Biochemia . 9 (25): 4839–45. doi : 10.1021/bi00827a002 . PMID  4320358 .
  8. ^ B c d Kohli RM Walsh CT Burkart MD (sierpień 2002). „Synteza biomimetyczna i optymalizacja cyklicznych antybiotyków peptydowych”. Natura . 418 (6898): 658–61. Kod bib : 2002Natur.418..658K . doi : 10.1038/nature00907 . PMID  12167866 .
  9. ^ Trauger JW, Kohli RM, Mootz HD, Marahiel MA, Walsh CT (wrzesień 2000). „Cyklizacja peptydu katalizowana przez domenę tioesterazy syntetazy tyrocydyny”. Natura . 407 (6801): 215-8. Kod Bib : 2000Natur.407..215T . doi : 10.1038/35025116 . PMID  11001063 .

Linki zewnętrzne