Латрункулин - Latrunculin

Химическая структура латрункулинов
Латрункулин А
Латрункулин B

В латрункулины семья натуральные продукты и токсины произведено некоторыми губки, включая род Латрункулия и Негомбата, откуда и произошло название. Это связывает актин мономеры возле щели для связывания нуклеотидов с соотношением 1: 1 стехиометрия и мешает им полимеризация. Администрируется in vivo, этот эффект приводит к нарушению актиновых филаментов цитоскелет, и позволяет визуализировать соответствующие изменения, внесенные в клеточные процессы. Это свойство похоже на свойство цитохалазин, но имеет узкий диапазон эффективных концентраций.[1] Латрункулин был использован с большим эффектом в открытии кадгерин регулирование распределения и имеет потенциальное медицинское применение.[2] Было обнаружено, что латрункулин A, тип токсина, способен вызывать обратимые морфологические изменения в клетках млекопитающих, разрушая актиновую сеть.[3]

Латрункулин А:

Молекулярная формула:C22ЧАС31НЕТ5S[4]
Молекулярный вес:421,552 г / моль[4]

Цель и функции

Гельсолин - латрункулин А вызывает блокировку концов; этот белок связывается с зазубренными сторонами актиновых нитей, что ускоряет зародышеобразование. Этот белок, регулируемый кальцием, также играет роль в сборке и разборке ресничек.[4] который играет решающую роль в управляемости.

Латрункулин B:

Молекулярная формула:C20ЧАС29НЕТ5S[4]
Молекулярный вес:395,514 г / моль

Цель и функция

Актин-латрункулин B составляет структуру актиновых волокон.

Гомолог белковой спирали 2 - необходим для деления клеток, транспорта везикул внутри актинового филамента и необходим для образования расщепляющегося материала во время деления клеток.[4].

История

Латрункулин - это токсин, вырабатываемый губками. Красный цвет Latrunculia Magnifica Keller обильная губка в Эйлатский залив и Суэцкий залив[5] в Красном море, где обитает на глубине 6–30 метров.[6] Токсин был обнаружен примерно в 1970 году. Исследователи заметили, что красные губки, Latrunculia Magnifica Keller, никогда не были повреждены и съедены рыбами, в то время как другие были повреждены. Кроме того, когда исследователи сжали губки в море, они заметили, что из них вышла красная жидкость. Рыбы поблизости сразу же покинули окрестности, когда губка выделяла жидкость. Это были первые признаки того, что эти губки вырабатывают токсин. Позже гипотезу подтвердили, выдавив губку в аквариум с рыбками. Рыба показала потерю равновесия и сильное кровотечение и погибла всего через 4–6 минут.[6] Подобные эффекты наблюдались при введении токсина мышам.

Латрункулин составляет до 0,35% от сухой массы губки.[5] Существует две основные формы токсина: A и B. Латрункулин A присутствует только в губках, обитающих в Суэцком заливе, тогда как латрункулин B присутствует только в губках в Эйлатском заливе. Почему это так, расследование продолжается.[5]

Структура

Рисунок 2 относительная активность аналогов латрункулина Активность, разрушающая микронити (при эффективной концентрации 10 мкМ). Сокращения: ± слабый эффект, + значительный эффект, ++ сильный эффект, +++ очень сильный эффект (менее 20% жизнеспособных клеток).

Существует несколько изомеров латрункулина: A, B, C, D, G, H, M, S и T. Наиболее распространенными структурами являются латрункулин A и B. Их формулы соответственно C22ЧАС31НЕТ5S и C20ЧАС29НЕТ5С. макролактоновое кольцо Сверху, который содержит двойные связи, является структурной особенностью молекул латрункулина. Боковая цепь содержит ацилтиазолидинон заменять. Помимо этих природных форм, ученые создали синтетические формы с разной токсичностью. На рисунке 2 показаны некоторые из этих форм с их относительной способностью разрушать микрофиламент Мероприятия. Полусинтетический формы, содержащие N-алкилированные производные, неактивны.[7]

Механизм действия

Латрункулин A и латрункулин B влияют на полимеризацию актин. Латрункулин связывает мономеры актина около нуклеотид-связывающей щели в соотношении 1: 1. стехиометрия и мешает им полимеризация.[1] Предотвращается диссоциация нуклеотидных мономеров из нуклеотидсвязывающей щели, что предотвращает полимеризацию.[8]

Экспериментальные данные показывают, что латрукулин-А биологически активен в растворителе. ДМСО, но не в водных растворах, как показано в культуре клеток и в ткани мозга.[9] вероятно, из-за клеточного проникновения.

Когда актин нарушается из-за латрункулина, Шига токсины имеют больше шансов проникнуть в кишечный эпителиальный монослой в Кишечная палочка, что может повысить вероятность создания желудочно-кишечный болезни.[10]

Похоже, что мономеры актина более чувствительны к связыванию латрункулина A, чем к связыванию латрункулина B.[11] Другими словами, латрункулин А - более сильный токсин. Латрункулин B инактивируется быстрее, чем латрункулин A.[12]

Предотвращение полимеризации актиновых филаментов вызывает обратимые изменения морфологии клеток млекопитающих.[13] Лантранкулин нарушает структуру цитоскелета у крыс.[14]

После воздействия латрункулина B фибробласты мыши вырастают в размерах, а клетки почек PtK2 из стебля ротора дают длинные разветвленные удлинения.[15] Расширения, по-видимому, представляют собой скопление мономеров актина.

Метаболизм

Дрожжевые клетки в отсутствие белков osh3 или же osh5 продемонстрировала гиперчувствительность к латрункулину B.[16] Белки ош гомологичны OSBP генерированные ферменты, которые появляются у млекопитающих, что указывает на то, что они могут играть роль в токсикокинетика латрункулинов.

Мутанты дрожжей, устойчивые к латрункулину, обнаруживают мутацию D157E, которая инициирует водородную связь с латрункулином.[8] Другие мутанты дрожжей регулируют сайт связывания, делая его устойчивым к латрункулину.

Не было проведено никаких исследований, чтобы выяснить, как биотрансформация латрункулина работает в эукариотических клетках. Однако исследования показывают, что токсические эффекты вызывает латрункулин в неизмененной форме.[3]

Токсичность

Поскольку латрункулин ингибирует полимеризацию актина и актомиозин сократительная способность, воздействие латрункулина может привести к клеточной релаксации, расширению дренажных тканей и снижению сопротивления оттоку, например, в то трабекулярная сеть.

Растение

Латрункулин B вызывает заметное и дозозависимое снижение частоты прорастания пыльцы и пыльцевая трубка скорость роста.[17]

Добавление латрункулина B к растворам пыльцы F-актин вызывает быстрое уменьшение общего количества полимера, причем степень деполимеризации возрастает с увеличением концентрации токсичного вещества. Концентрация латрункулина B, необходимая для полумаксимального ингибирования прорастания пыльцы, составляет от 40 до 50 нМ, тогда как расширение пыльцевой трубки намного более чувствительно, требуя только 5-7 нМ LATB для полумаксимального ингибирования. Нарушение прорастания и роста пыльцевых трубок латрункулином B частично обратимо при низких концентрациях. (<30 нМ).[17]

Животное

Выдавливание Latrunculia magnifica в аквариум с рыбками вызывает их почти немедленное возбуждение с последующим кровоизлияние, потеря равновесия и смерть через 4–6 минут.[18]

Латрункулин А использовался как акросомная реакция ингибитор морской свинки в лабораторных условиях.[19]

Человек

Lat-A-вызывает снижение сократимости актомиозина. Это связано с трабекулярная сеть пористое расширение без доказательств снижения экспрессии структурных белков внеклеточного матрикса или жизнеспособности клеток.[20] В высоких дозах латрункулин может вызывать острое повреждение клеток и запрограммированную гибель клеток за счет активации пути каспазы-3/7.[18]

Смертельные дозы

TDLO - Самая низкая опубликованная токсическая доза

LD50 – средняя летальная доза[21]

ИндикаторРазновидностьДоза
Оральный TDLOмужчина1,14 мл / кг, 650 мг / кг
Оральный LD50Крыса7,06 мг / кг
Оральный LD50Мышь3,45 г / кг, 10,5 мл / кг
Оральный LD50Кролик6,30 мг / кг
Вдыхание LC50Крыса6 ч: 5,900 мг / м3

10 ч: 20 000 частей на миллион

Вдыхание LCLOМышь7 часов: 29 300 частей на миллион
Вдыхание TCLOЧеловек20 м: 2,500 мг / м3

30 м: 1800 частей на миллион

Раздражение глазКролик24 часа: 500 мг
Раздражение кожиКролик24 часа: 20 мг

Приложения

В природе латрункулины используются самими губками в качестве защитного механизма, и с той же целью они также изолируются определенными голожаберники.[22]

Латрункулины производятся для фундаментальных исследований и имеют потенциальное медицинское применение, поскольку латрункулины и их производные проявляют антиангионическую, антипролиферативную, антимкробную и антиметастатическую активность.[2]

Защитный механизм

Как и многие другие сидячие организмы, губки богаты вторичные метаболиты с токсичными свойствами, и большинство из них, включая Латрункулин, играют защитную роль от хищники, конкуренты и эпибионты.[23]

Сами губки латрункулином не повреждаются. В качестве меры против самотоксичности они удерживают латрункулин в мембраносвязанном состоянии. вакуоли, которые также функционируют как секреторные и запасающие везикулы. Эти вакуоли не содержат актина и предотвращают попадание латрункулина в цитозоль, где он может повредить актин.[23] После производства в хоаноциты латрункулин передается через археоциты к уязвимым участкам губок, где необходима защита, например к поврежденным или регенерирующим участкам.[23]

Секвестрация голожаберниками

Морские слизни из рода Chromodoris изолируют различные токсины губок, которые они едят в качестве защитных метаболитов, включая латрункулин. Они выборочно переносят и хранят латрункулин в тех участках мантии, которые наиболее уязвимы для потенциальных хищников.[22] Считается, что пищеварительная система голожаберников играет важную роль в детоксикации.[22]

В 2015 году открытие, что пять близкородственных морских слизней из рода Chromodoris используют латрункулин в качестве защиты, указывает на то, что токсичное вещество может использоваться через Мюллерова мимикрия.[22]

Исследование

Латрункулины используются для фундаментальных исследований, таких как исследования цитоскелета. Многие функции актина были определены с помощью латрункулинов для блокирования полимеризации актина с последующим изучением их воздействия на клетку. Используя этот метод, важность актина для поляризованной локализации белков, поляризованных экзоцитоз и поддержание полярности клеток.[24]

В области нейробиологии латрункулин использовался для демонстрации роли актина в регуляции потенциалзависимые ионные каналы в разных нервных клетках,[25] показывающий, что лечение латрункулином может изменять электрическую активность нервных клеток.[25][26] Латрункулин демонстрирует дозозависимое ингибирование токов K +, и его однократное применение может вызвать возбуждение нескольких потенциалы действия , которые могут лежать в основе механизма защиты через ноцицепторы.[26] Кроме того, латрункулин-А использовался для демонстрации роли дентритный позвоночник усадка шеи для индукции синаптическая пластичность[9].

Медицинские приложения

Латрункулин A и B и его производные потенциально могут стать новыми. химиотерапевтический агенты.[2][27] Потенциальное использование латрункулина в качестве ингибиторов роста опухолевых клеток уже было исследовано для определенных форм рак желудка,[18] метастатический рак груди[27] и опухоли простаты.[28] В более низких дозах латрункулин можно использовать для уменьшения дезагрегации и миграции клеток, тем самым предотвращая инвазивную активность опухолевых клеток.[28] В более высоких дозах латрункулин может вызывать острое повреждение клеток и запрограммированная гибель клеток через активацию пути каспазы-3/7 и, таким образом, использоваться для уничтожения опухолевых клеток.[18]

Латрункулин также является потенциальным терапевтическим средством для глазная гипертензия и глаукома. Латрункулин А и В разрушает актиновый цитоскелет трабекулярной сети, что важно для регулирования сопротивления оттоку жидкости и, следовательно, внутриглазного давления.[29][30] Посредством клеточной релаксации и ослабления межклеточных соединений латрункулин может увеличить способность оттока жидкости. Первое испытание лантрукулина B для лечения глазной гипертензии и глаукомы на людях показало значительно более низкое внутриглазное давление у пациентов.[30]

Рекомендации

  1. ^ а б Брает Ф., Де Зангер Р., Янс Д., Спектор И., Висс Е. (сентябрь 1996 г.). «Агент, разрушающий микрофиламенты, латрункулин A индуцирует и увеличивает количество окон в синусоидальных эндотелиальных клетках печени крысы: сравнение с цитохалазином B». Гепатология. 24 (3): 627–35. Дои:10.1002 / hep.510240327. PMID  8781335.
  2. ^ а б c Эль-Сайед К.А., Юсеф Д.Т., Маркетти Д. (февраль 2006 г.). «Биоактивные природные и полусинтетические латрункулины». Журнал натуральных продуктов. 69 (2): 219–23. Дои:10.1021 / np050372r. PMID  16499319.
  3. ^ а б Coué M, Brenner SL, Spector I, Korn ED (март 1987 г.). «Ингибирование полимеризации актина латрункулином А». Письма FEBS. 213 (2): 316–8. Дои:10.1016/0014-5793(87)81513-2. PMID  3556584.
  4. ^ а б c Pubchem. «Латрункулин А». pubchem.ncbi.nlm.nih.gov. Получено 2018-04-26.
  5. ^ а б c Гровейс А., Шмуэли Ю., Кашман Ю. (1983-10-01). «Морские токсины Latrunculia magnifica». Журнал органической химии. 48 (20): 3512–3516. Дои:10.1021 / jo00168a028.
  6. ^ а б Кашман В., Гровейс А., Шмуэли Ю. (январь 1980 г.). «Латрункулин, новый макролид 2-тиазолидинона из морской губки». Буквы Тетраэдра. 21 (37): 3629–3632. Дои:10.1016/0040-4039(80)80255-3.
  7. ^ Майер ME (май 2015 г.). «Дизайн и синтез аналогов натуральных продуктов». Органическая и биомолекулярная химия. 13 (19): 5302–43. Дои:10.1039 / C5OB00169B. PMID  25829247.
  8. ^ а б Мортон В.М., Эйскоу К.Р., Маклафлин П.Дж. (июнь 2000 г.). «Латрункулин изменяет границу раздела актин-мономерная субъединица, чтобы предотвратить полимеризацию». Природа клеточной биологии. 2 (6): 376–8. Дои:10.1038/35014075. HDL:1842/757. PMID  10854330.
  9. ^ а б Tazerart S, Mitchell DE, Miranda-Rottmann S, Araya R (август 2020 г.). «Правило пластичности дендритных шипов, зависящее от времени спайков». Nature Communications. 11 (1): 4276. Дои:10.1038 / s41467-020-17861-7. ЧВК  7449969. PMID  32848151.
  10. ^ Малуйкова И., Гуцал О., Лайко М., Кейн А., Доновиц М., Ковбаснюк О. (июнь 2008 г.). «Латрункулин B способствует трансцеллюлярному трансцитозу токсина Шига 1 через эпителиальные клетки кишечника T84». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Молекулярная основа болезни. 1782 (6): 370–7. Дои:10.1016 / j.bbadis.2008.01.010. ЧВК  2509583. PMID  18342638.
  11. ^ Вакацуки Т., Шваб Б., Томпсон, Северная Каролина, Элсон Эл (март 2001 г.). «Влияние цитохалазина D и латрункулина B на механические свойства клеток». Журнал клеточной науки. 114 (Pt 5): 1025–36. PMID  11181185.
  12. ^ Spector I, Shochet NR, Blasberger D, Kashman Y (1989). «Латрункулины - новые морские макролиды, которые нарушают организацию микрофиламентов и влияют на рост клеток: I. Сравнение с цитохалазином D». Подвижность клеток и цитоскелет. 13 (3): 127–44. Дои:10.1002 / см. 970130302. PMID  2776221.
  13. ^ Пендлтон А., Коффер А. (январь 2001 г.). «Эффекты латрункулина раскрывают потребности актинового цитоскелета во время секреции тучными клетками». Подвижность клеток и цитоскелет. 48 (1): 37–51. Дои:10.1002 / 1097-0169 (200101) 48: 1 <37 :: помощь-см4> 3.0.co; 2-0. PMID  11124709.
  14. ^ Ярмола Э.Г., Сомасундарам Т., Скучный Т.А., Спектор I, Бабб М.Р. (сентябрь 2000 г.). "Актин-латрункулин А структура и функция. Дифференциальная модуляция функции актин-связывающего белка латрункулином А". Журнал биологической химии. 275 (36): 28120–7. Дои:10.1074 / jbc.m004253200. PMID  10859320.
  15. ^ Gronewold TM, Sasse F, Lünsdorf H, Reichenbach H (январь 1999 г.). «Влияние ризоподина и латрункулина B на морфологию и на актиновый цитоскелет клеток млекопитающих». Исследования клеток и тканей. 295 (1): 121–9. Дои:10.1007 / s004410051218. PMID  9931358.
  16. ^ Fairn GD, McMaster CR (январь 2008 г.). «Новые роли семейства оксистерин-связывающих белков в метаболизме, транспорте и передаче сигналов». Клеточные и молекулярные науки о жизни. 65 (2): 228–36. Дои:10.1007 / s00018-007-7325-2. PMID  17938859.
  17. ^ а б Гиббон ​​BC, Ковар Д.Р., Штайгер С.Дж. (декабрь 1999 г.). «Латрункулин B по-разному влияет на прорастание пыльцы и рост трубок». Растительная клетка. 11 (12): 2349–63. Дои:10.1105 / tpc.11.12.2349. ЧВК  144132. PMID  10590163.
  18. ^ а б c d Кониси Х., Кикучи С., Очиай Т., Икома Х, Кубота Т., Итикава Д., Фудзивара Х., Окамото К., Сакакура С., Сонояма Т., Кокуба Й, Сасаки Х, Мацуи Т., Оцудзи Э (июнь 2009 г.). «Латрункулин А обладает сильным противоопухолевым действием в модели перитонеального распространения рака желудка у мышей». Противораковые исследования. 29 (6): 2091–7. PMID  19528469.
  19. ^ Роа-Эспития А.Л., Эрнандес-Рендон Э.Р., Балтиеррес-Ойос Р., Муньос-Готера Р.Дж., Кот-Велес А., Хименес I, Гонсалес-Маркес Х., Эрнандес-Гонсалес Э.О. (сентябрь 2016 г.). «Киназа фокальной адгезии необходима для полимеризации актина и ремоделирования цитоскелета во время капситации сперматозоидов». Биология Открыть. 5 (9): 1189–99. Дои:10.1242 / bio.017558. ЧВК  5051654. PMID  27402964.
  20. ^ Spector I, Shochet NR, Kashman Y, Groweiss A (февраль 1983 г.). «Латрункулины: новые морские токсины, которые нарушают организацию микрофиламентов в культивируемых клетках». Наука. 219 (4584): 493–5. Дои:10.1126 / science.6681676. PMID  6681676.
  21. ^ Cayman chemical (2017). "ПАСПОРТ БЕЗОПАСНОСТИ Латрункулин А" (PDF).
  22. ^ а б c d Чейни К.Л., Уайт А., Мудианта И.В., Винтерс А.Э., Кесада М., Капон Р.Дж., Молло Е., Гарсон М.Дж. (20.01.2016). «Выберите свое оружие: селективное хранение одного токсичного соединения, латрункулина А, близкородственными голожаберными моллюсками». PLOS ONE. 11 (1): e0145134. Дои:10.1371 / journal.pone.0145134. ЧВК  4720420. PMID  26788920.
  23. ^ а б c Gillor O, Carmeli S, Rahamim Y, Fishelson Z, Ilan M (май 2000 г.). «Иммунолокализация токсина латрункулина B в красном море губки Negombata magnifica (Demospongiae, Latrunculiidae)». Морская биотехнология. 2 (3): 213–23. Дои:10.1007 / с 101260000026. PMID  10852799.
  24. ^ Ayscough KR, Stryker J, Pokala N, Sanders M, Crews P, Drubin DG (апрель 1997 г.). «Высокая скорость оборота актиновых филаментов у почкующихся дрожжей и роль актина в установлении и поддержании клеточной полярности были выявлены с использованием ингибитора актина латрункулина-А». Журнал клеточной биологии. 137 (2): 399–416. Дои:10.1083 / jcb.137.2.399. ЧВК  2139767. PMID  9128251.
  25. ^ а б Шуберт Т., Акопян А. (2004). «Актиновые филаменты регулируют потенциал-зависимые ионные каналы в ганглиозных клетках сетчатки саламандры». Неврология. 125 (3): 583–90. Дои:10.1016 / j.neuroscience.2004.02.009. PMID  15099672.
  26. ^ а б Houssen WE, Jaspars M, Wease KN, Scott RH (январь 2006 г.). «Острое действие морского токсина латрункулина А на электрофизиологические свойства культивированных нейронов ганглиев дорсального корешка». Сравнительная биохимия и физиология. Токсикология и фармакология. 142 (1–2): 19–29. Дои:10.1016 / j.cbpc.2005.09.006. PMID  16280258.
  27. ^ а б Ханфар М.А., Юсеф Д.Т., Эль-Сайед К.А. (февраль 2010 г.). «Полусинтетические производные латрункулина как ингибиторы метастатического рака молочной железы: биологические оценки, предварительные исследования взаимосвязи структура-активность и молекулярное моделирование». ChemMedChem. 5 (2): 274–85. Дои:10.1002 / cmdc.200900430. ЧВК  3529144. PMID  20043312.
  28. ^ а б Сайед К.А., Ханфар М.А., Шаллал Х.М., Муралидхаран А., Авате Б., Юсеф Д.Т., Лю Й., Чжоу Ю.Д., Нагл Д.Г., Шах Г. (март 2008 г.). «Латрункулин А и его C-17-O-карбаматы ингибируют инвазию опухолевых клеток простаты и активацию HIF-1 в опухолевых клетках груди». Журнал натуральных продуктов. 71 (3): 396–402. Дои:10.1021 / np070587w. ЧВК  2930178. PMID  18298079.
  29. ^ Гонсалес Дж. М., Ко МК, Поув А., Тан Дж. К. (февраль 2016 г.). «Тканевый многофотонный анализ актомиозина и структурных реакций в трабекулярной сети человека». Научные отчеты. 6 (1): 21315. Дои:10.1038 / srep21315. ЧВК  4756353. PMID  26883567.
  30. ^ а б Расмуссен, Калифорния, Кауфман П.Л., Ритч Р., Хак Р., Браззелл Р.К., Виттитов Д.Л. (сентябрь 2014 г.). «Латрункулин B снижает внутриглазное давление при глазной гипертензии и первичной открытоугольной глаукоме». Трансляционное видение науки и технологий. 3 (5): 1. Дои:10.1167 / tvst.3.5.1. ЧВК  4164113. PMID  25237590.