WikiDer > Циклотид

Cyclotide
Семейство циклотид
Cyclotide structure.jpg
Структура и последовательность прототипного циклотида калата B1
Идентификаторы
СимволЦиклотид
PfamPF03784
ИнтерПроIPR005535
PROSITEPDOC51052
SCOP21кал / Объем / СУПФАМ
OPM суперсемейство112
Белок OPM1нб1

Циклотиды маленькие дисульфид богатые пептиды изолирован от растений.[1] Обычно содержит 28-37 аминокислоты, они характеризуются циклизированными пептид позвоночник и взаимосвязанное расположение их трех дисульфидные связи. Эти комбинированные функции были названы циклическими. цистиновый узел (CCK) мотив. К настоящему времени выделено и охарактеризовано более 100 циклотидов из видов семейств. Rubiaceae, Violaceae, и Тыквенные. Циклотиды также были обнаружены в семьях, важных с точки зрения сельского хозяйства, таких как Fabaceae и Poaceae.[2][3][4]

Структура

Циклотиды имеют четко определенную трехмерную структуру в результате их взаимосвязанных дисульфидных связей и циклический пептид позвоночник. Петли основной цепи и выбранные остатки помечены на структуре для облегчения ориентации. Аминокислотная последовательность (однобуквенное представление аминокислот) для этого пептида указана на диаграмме последовательности справа. Одна из интересных особенностей циклических пептидов состоит в том, что знание пептидной последовательности не позволяет выявить предковую голову и хвост; знание ген Для этого требуется последовательность.[5] В случае калаты B1 указанные глицин (G) и аспарагин (N) аминокислоты представляют собой концевые остатки, которые связаны пептидной связью для циклизации пептида.

Биологическая функция

Эффект задержки роста калата B1 по росту и развитию Helicoverpa точка, а гусеница от Чешуекрылые порядок.[6]

Сообщалось, что циклотиды обладают широким спектром биологической активности, включая анти-ВИЧ, инсектицидный, анти-опухоль, противообрастающие, противообрастающиемикробный, гемолитический, нейротензин антагонизм, трипсин торможение и утеротоник виды деятельности.[7][8][9] Способность побуждать маточные сокращения Именно это послужило толчком к первому открытию калаты B1.[10]

Сильная инсектицидная активность циклотидов калата B1 и калата B2 подтолкнула к убеждению, что циклотиды действуют как средства защиты растений-хозяев. Наблюдения за тем, что в одном растении могут присутствовать десятки или более циклотидов и что циклотидная архитектура включает консервативное ядро, на котором отображается серия гипервариабельных петель, предполагают, что циклотиды могут быть способны поражать множество вредителей / патогенов одновременно.[11]

Аминокислотные последовательности

Анализ набора известных циклотидов показывает много сходства последовательностей, которые важны для понимания их уникальности. физико-химический характеристики, биоактивность и гомология.

Циклотиды делятся на два основных структурных подсемейства. Циклотиды Мебиуса, наименее распространенные из двух, содержат цис-пролин в петле 5, который вызывает локальный поворот основной цепи на 180 ° (отсюда его можно сравнить с Лента Мебиуса), а циклотиды-браслеты - нет. Последовательности внутри этих подсемейств отличаются меньшими вариациями, чем между ними. Третье подсемейство циклотидов - это ингибиторы трипсина и более гомологичны семейству нециклических ингибиторов трипсина из растений тыквы, известных как узелтины или ингибитор цистиновых узлов[12] чем они относятся к другим циклотидам.

Последовательности удобно обсуждать в терминах основных сегментов или петель между последовательными цистеин остатки. Шесть остатков цистеина абсолютно консервативны во всем циклотидном наборе и, по-видимому, способствуют сохранению мотива CCK. Хотя цистеины, по-видимому, необходимы для поддержания общей складки, считается, что несколько других высококонсервативных остатков в циклотидах обеспечивают дополнительную стабильность.[13]

Из всех известных циклотидов петля 1 является наиболее консервативной. Помимо шести остатков цистеина, глютаминовая кислота и серин/треонин Остатки петли 1 являются единственными остатками, которые имеют 100% идентичность в подсемействах браслетов и Мебиуса. Кроме того, оставшийся остаток этой петли демонстрирует только консервативное изменение, т.е. глицин/аланин. Считается, что эта петля играет важную роль в стабилизации циклотидной структуры посредством водородная связь с остатками от петель 3 и 5.

Петли 2-6 также обладают высококонсервативными характеристиками, включая повсеместное присутствие только одной аминокислоты в петле 4, которая, вероятно, участвует в водородных связях боковых цепей. Другие консервативные остатки включают гидроксилсодержащий остаток в петле 3, остаток глицина в последнем положении петли 3, основание и пролин остаток в предпоследней позиции в петле 5 браслета и циклотидов Мёбиуса соответственно, и аспарагин (или иногда аспарагиновая кислота) остаток при предполагаемой циклизации[5][6][14] точка в петле 6. Интересно отметить, что не только некоторые остатки являются высококонсервативными, но также и углы основной цепи и боковой цепи.

Недавние программы скрининга предполагают, что количество циклотидных последовательностей вскоре может достигнуть тысяч,[15] база данных, CyBase, был разработан, что дает возможность сравнения последовательностей и данных об активности циклотидов. Несколько других семейств циркулярных белки известны у бактерий, растений и животных, а также включены в CyBase.[16]

Подборка циклотидных последовательностей и источников

Биосинтез

Предшественник циклотида состоит из гидрофобного Сигнальный пептид который нацелен на предшественника Эндоплазматический ретикулум (ER), N-терминал пропептид который затем нацеливает его на вакуоль, циклотидный домен и последний С-концевой пропептид, необходимый для циклизации. Циклотидный домен сворачивается в ER, после чего он проданный в вакуоль и циклотидный домен циклизируется аспергинилом эндопептидаза. (PDB: 1WN8, 1NB1​)[17]

Растения являются богатым источником синтезированных рибосомами и посттрансляционно модифицированных циклических пептидов. Среди них циклотиды представляют собой генно-кодированные продукты, полученные в результате обработки более крупных белок-предшественник.[5] Ген первого такого предшественника Дуб1 (Oldenlandia affinis kalata clone number 1), который, как было показано, отвечает за синтез калаты B1.[6] Общая конфигурация белка-предшественника состоит из эндоплазматический ретикулум сигнальная последовательность, неконсервативная про-область, высококонсервативная область, известная как N-концевой повтор (NTR), зрелый циклотидный домен и, наконец, короткий гидрофобный C-терминал хвост. Циклотидный домен может содержать одну циклотидную последовательность, как в случае Дуб1, или несколько копий, разделенных дополнительными последовательностями NTR, как показано для Дуб2 и Дуб4. В белках-предшественниках, содержащих несколько циклотидных доменов, все они могут быть идентичными последовательностями, как в случае Дуб4, или они могут быть разными циклотидами, как в Дуб2 который содержит последовательности, соответствующие калате B3 и B6.[17]

Недавно фермент, ответственный за циклизацию основной цепи циклотидов, был выделен из лекарственного растения. Clitoria ternatea. Этот фермент был назван бутелазой 1 в соответствии с местным названием растения (Bunga Telang Ligase). Было показано, что бутелаза 1 циклизует линейный предшественник калаты B1 с выходом> 95% с замечательной скоростью 5,42 × 105 M−1 s−1. Лигаза также циклизует различные биоактивные пептиды животного происхождения, такие как антимикробный пептид человека гистатин, конотоксин из конусной улитки и антимикробный пептид насекомых танатин.[18]

Приложения

Замечательная стабильность циклотидов означает, что у них есть захватывающий диапазон потенциальных применений, сосредоточенных либо на их внутренней биологической активности, либо на возможности использования мотива CCK в качестве основы для стабилизации биологически активных эпитопы.[19] Интерес к ним недавно усилился благодаря публикациям химической методологии, способной синтетически производить циклотиды с высокими выходами,[20][21] и способность каркаса CCK к аминокислотным заменам.[22] Но для того, чтобы молекулы могли быть использованы в терапевтических целях, им необходимы полезные биофармацевтические характеристики, такие как устойчивость к протеолиз и проницаемость мембраны. Площадь взаимодействующей с мембраной поверхности и момент циклотидов являются детерминантами при прогнозировании их биологической активности.[23] Недавнее исследование родственных белков цистиновых узлов в качестве кандидатов в лекарственные препараты показало, что цистиновые узлы действительно хорошо проникают через слизистую оболочку тонкого кишечника крыс по сравнению с пептидными препаратами, не являющимися цистиновыми узлами, такими как инсулин и бацитрацин.[24] Более того, ферментативное расщепление пептидов цистинового узла было связано только с несколькими протеазами, и было высказано предположение, что это ограничение можно преодолеть путем мутации определенных сайтов расщепления. Таким образом, определенные белки цистиновых узлов удовлетворяют основным критериям доставки лекарств и представляют собой захватывающих новых кандидатов в качестве каркасов для доставки пептидных лекарств.[24] Разнообразный диапазон внутренней активности циклотидов также по-прежнему перспективен для широкого спектра применений на сельскохозяйственных полях против насекомых и нематод, особенно тех, которые происходят от них. Clitoria ternatea.[25][26]

История

Калата (2002) автор: Джулиан Восс-Андреэ. Изображенная скульптура основана на атомных координатах калаты B1.[27]
Чай из растения Oldenlandia affinis использовалось африканским племенем для стимулирования родов и облегчения родов.

Во время красный Крест спасательная миссия в Демократическая Республика Конго в 1960-х годах норвежский врач Лоренц Гран отметил, что во время родов африканские женщины употребляли лечебный чай из листьев растения. Oldenlandia affinis для стимулирования родов и облегчения родов.[28] Позже было установлено, что активный ингредиент представляет собой пептид, названный калата B1, в честь традиционного названия местной медицины, калата-калата. Несмотря на то что in vivo исследования на крысах подтвердили утеротоническую активность очищенного пептида. Прошло еще 20 лет, прежде чем были выяснены мотив циклического цистинового узла и структура очищенного пептида.[29]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Craik DJ, Daly NL, Bond T, Waine C (декабрь 1999 г.). «Циклотиды растений: уникальное семейство циклических и связанных белков, определяющих структурный мотив циклического цистинового узла». Журнал молекулярной биологии. 294 (5): 1327–36. Дои:10.1006 / jmbi.1999.3383. PMID 10600388.
  2. ^ Poth AG, Colgrave ML, Lyons RE, Daly NL, Craik DJ (июнь 2011 г.). «Открытие необычного биосинтетического происхождения кольцевых белков в бобовых». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 108 (25): 10127–32. Bibcode:2011ПНАС..10810127П. Дои:10.1073 / pnas.1103660108. ЧВК 3121837. PMID 21593408.
  3. ^ Nguyen GK, Zhang S, Nguyen NT, Nguyen PQ, Chiu MS, Hardjojo A, Tam JP (июль 2011 г.). «Открытие и характеристика новых циклотидов, происходящих из химерных предшественников, состоящих из цепи альбумина-1 а и циклотидных доменов в семействе Fabaceae». Журнал биологической химии. 286 (27): 24275–87. Дои:10.1074 / jbc.M111.229922. ЧВК 3129208. PMID 21596752.
  4. ^ Нгуен Г.К., Лиан Й., Панг Е.В., Нгуен П.К., Тран Т.Д., Там Дж. П. (февраль 2013 г.). «Открытие линейных циклотидов у однодольных растений. Panicum laxum семейства Poaceae позволяет по-новому взглянуть на эволюцию и распределение циклотидов в растениях ». Журнал биологической химии. 288 (5): 3370–80. Дои:10.1074 / jbc.M112.415356. ЧВК 3561556. PMID 23195955.
  5. ^ а б c Даттон Дж. Л., Ренда Р. Ф., Уэйн С., Кларк Р. Дж., Дейли Н. Л., Дженнингс CV, Андерсон М. А., Крейк Д. Д. (ноябрь 2004 г.). «Консервативные структурные элементы и элементы последовательности, участвующие в процессинге кодируемых генами кольцевых белков» (PDF). Журнал биологической химии. 279 (45): 46858–67. Дои:10.1074 / jbc.M407421200. PMID 15328347.
  6. ^ а б c Дженнингс К., Вест Дж., Уэйн С., Крейк Д., Андерсон М. (сентябрь 2001 г.). «Биосинтез и инсектицидные свойства растительных циклотидов: циклических узловых белков Oldenlandia affinis». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 98 (19): 10614–9. Bibcode:2001PNAS ... 9810614J. Дои:10.1073 / pnas.191366898. ЧВК 58514. PMID 11535828.
  7. ^ Craik DJ, Daly NL, Mulvenna J, Plan MR, Trabi M (октябрь 2004 г.). «Открытие, структура и биологическая активность циклотидов». Современная наука о белках и пептидах. 5 (5): 297–315. Дои:10.2174/1389203043379512. PMID 15544527.
  8. ^ Йоранссон Ю., Сьегрен М., Свангард Э., Класон П., Болин Л. (август 2004 г.). «Обратимый противообрастающий эффект циклотида цикловиолацина О2 против ракообразных». Журнал натуральных продуктов. 67 (8): 1287–90. Дои:10.1021 / np0499719. PMID 15332843.
  9. ^ Густафсон KR, McKee TC, Bokesch HR (октябрь 2004 г.). «Циклотиды против ВИЧ». Современная наука о белках и пептидах. 5 (5): 331–40. Дои:10.2174/1389203043379468. PMID 15544529.
  10. ^ Гран Л. (1970). "Окситоцин, обнаруженный в Oldenlandia affinis DC. Местное конголезское лекарство. калата-калатаиспользуется для ускорения доставки ". Medd. Ни. Ферма. Сельск. 32 (12): 173–80. Архивировано из оригинал 28 сентября 2007 г.
  11. ^ Герлах С.Л., Мондал Д. (2012). «Обильная биологическая активность циклотидов». Хроники молодых ученых. 3 (3): 169–177. Дои:10.4103/2229-5186.99559.
  12. ^ Chiche L, Heitz A, Gelly JC, Gracy J, Chau PT, Ha PT, Hernandez JF, Le-Nguyen D (октябрь 2004 г.). «Ингибиторы сквоша: от структурных мотивов до макроциклических узлов». Современная наука о белках и пептидах. 5 (5): 341–349. Дои:10.2174/1389203043379477. PMID 15551519. S2CID 22477930.
  13. ^ Розенгрен К.Дж., Дейли Н.Л., План MR, Уэйн С., Крейк Д.Д. (март 2003 г.) «Скручивания, узлы и кольца в белках. Структурное определение циклотидного каркаса». Журнал биологической химии. 278 (10): 8606–16. Дои:10.1074 / jbc.M211147200. PMID 12482868.
  14. ^ Ирландия, округ Колумбия, Colgrave ML, Nguyencong P, Daly NL, Craik DJ (апрель 2006 г.). «Открытие и характеристика линейного циклотида из Viola odorata: последствия для обработки кольцевых белков». Журнал молекулярной биологии. 357 (5): 1522–35. Дои:10.1016 / j.jmb.2006.01.051. PMID 16488428.
  15. ^ Симонсен С.М., Сандо Л., Ирландия, округ Колумбия, Колгрейв М.Л., Бхарати Р., Йоранссон Ю., Крейк Д.Д. (ноябрь 2005 г.). «Континент разнообразия защитных пептидов растений: циклотиды в австралийском Hybanthus (Violaceae)». Растительная клетка. 17 (11): 3176–89. Дои:10.1105 / tpc.105.034678. ЧВК 1276036. PMID 16199617.
  16. ^ Craik DJ (март 2006 г.). «Химия. Бесшовные белки связывают свои свободные концы». Наука. 311 (5767): 1563–4. Дои:10.1126 / science.1125248. PMID 16543448.
  17. ^ а б Шафи, Томас; Харрис, Карен; Андерсон, Мэрилин (1 января 2015 г.). «Биосинтез циклотидов». В Craik, Дэвид Дж. (Ред.). Глава восьмая - Биосинтез циклотидов. Циклотиды растений. 76. Академическая пресса. С. 227–269. Дои:10.1016 / bs.abr.2015.08.005. ISBN 9780128000304.
  18. ^ Нгуен Г.К., Ван С., Цю И, Хему Х, Лиан И, Там Дж. П. (сентябрь 2014 г.). «Бутелаза 1 представляет собой Asx-специфическую лигазу, обеспечивающую макроциклизацию и синтез пептидов». Природа Химическая Биология. 10 (9): 732–8. Дои:10.1038 / nchembio.1586. PMID 25038786.
  19. ^ Craik DJ, Simonsen S, Daly NL (март 2002 г.). «Циклотиды: новые макроциклические пептиды в качестве основы в разработке лекарств». Текущее мнение в области открытия и разработки лекарств. 5 (2): 251–60. PMID 11926131.
  20. ^ Gunasekera S, Daly NL, Андерсон MA, Craik DJ (сентябрь 2006 г.). «Химический синтез и биосинтез циклотидного семейства кольцевых белков». IUBMB Life. 58 (9): 515–24. Дои:10.1080/15216540600889532. PMID 17002979.
  21. ^ Park S, Gunasekera S, Aboye TL, Göransson U (2010). «Эффективный подход к полному синтезу циклотидов с помощью Fmoc-SPPS с помощью микроволн». Int. J. Pept. Res. Ther. 16 (3): 167–176. Дои:10.1007 / s10989-010-9221-0.
  22. ^ Craik DJ, Cemazar M, Daly NL (март 2006 г.). «Циклотиды и родственные макроциклические пептиды как каркасы в дизайне лекарств». Текущее мнение в области открытия и разработки лекарств. 9 (2): 251–60. PMID 16566295.
  23. ^ Park S, Strömstedt AA, Göransson U (2014). «Циклотидные отношения структура-активность: качественные и количественные подходы, связывающие цитотоксическую и антигельминтную активность с объединением физико-химических сил». PLOS ONE. 9 (3): e91430. Bibcode:2014PLoSO ... 991430P. Дои:10.1371 / journal.pone.0091430. ЧВК 3969350. PMID 24682019.
  24. ^ а б Верле М., Шмитц Т., Хуанг Х.Л., Вентцель А., Колмар Х., Бернкоп-Шнюрх А. (апрель 2006 г.). «Потенциал микробелков цистинового узла как новых фармакофорных каркасов в пероральной доставке пептидных лекарств». Журнал нацеливания на лекарства. 14 (3): 137–46. Дои:10.1080/10611860600648254. PMID 16753827.
  25. ^ Poth, A.G .; Colgrave, M. L .; Lyons, R.E .; Daly, N.L .; Крейк, Д. Дж. (18 мая 2011 г.). «Открытие необычного биосинтетического происхождения кольцевых белков в бобовых». Труды Национальной академии наук. 108 (25): 10127–10132. Bibcode:2011ПНАС..10810127П. Дои:10.1073 / pnas.1103660108. ЧВК 3121837. PMID 21593408.
  26. ^ Gilding, Эдвард К .; Джексон, Марк А .; Пот, Аарон Дж .; Энрикес, Сония Троейра; Прентис, Питер Дж .; Махатманто, Тунджунг; Крейк, Дэвид Дж. (Декабрь 2015 г.). «Коэволюция генов и регуляция блокируют циклические защитные пептиды растений с их мишенями». Новый Фитолог. 210 (2): 717–30. Дои:10.1111 / nph.13789. PMID 26668107.
  27. ^ Voss-Andreae, J (2005). "Белковые скульптуры: строительные блоки жизни вдохновляют искусство". Леонардо. 38: 41–45. Дои:10.1162 / leon.2005.38.1.41.
  28. ^ Гран Л., Сандберг Ф, Слеттен К. (июнь 2000 г.). «Oldenlandia affinis (R&S) DC. Растение, содержащее утероактивные пептиды, используемое в традиционной африканской медицине». Журнал этнофармакологии. 70 (3): 197–203. Дои:10.1016 / S0378-8741 (99) 00175-0. PMID 10837983.
  29. ^ Saether O, Craik DJ, Campbell ID, Sletten K, Juul J, Norman DG (апрель 1995 г.). «Выяснение первичной и трехмерной структуры утеротонического полипептида калата B1». Биохимия. 34 (13): 4147–58. Дои:10.1021 / bi00013a002. PMID 7703226.

внешняя ссылка