Кіріспе

Фаллоидин фалотоксиндер деп аталатын токсиндер класына жатады, олар өлім қалпағы саңырауқұлағында (Amanita phalloides) кездеседі. Бұл қатаң бициклдік гептапептид, қанға енгізілгеннен кейін бірнеше күннен соң өлімге алып келеді. Фаллоидинмен уланудың басты белгісі – бауыр жасушаларының жойылуынан туындаған күшті аштық. Ол филаментті актинге (F-актин) байланысып, оны тұрақтандырады, соның салдарынан актин талшықтарының деполимеризациясын тиімді түрде тоқтатады. F-актинге берік және таңдамалы байланысу қабілетіне байланысты, фаллоидиннің флуоресцентті маркерлер қосылған туындылары биомедициналық зерттеулерде F-актинды көру үшін микроскопияда кеңінен қолданылады.

Табылды және негіздері

Фаллоидин – алғашқы ашылған циклдік пептидтердің бірі. Ол өлім шапшаңынан 1937 жылы Федор Линен мен Ульрих Виланд бөліп алып, кристалдастырды. Оның құрылымы ерекше, себебі ол цистеин-триптофан байланысын қамтиды, бұл бициклдік гептапептидті құрайды. Бұл байланыс бұрын сипатталмаған және фаллоидиннің құрылымын анықтауды едәуір қиындатады. Олар күкірт атомының бар екенін ультракөк сәуле спектроскопиясы арқылы анықтады және бұл сақиналық құрылымның толқын ұзындығы сәл өзгергенін байқады. Рейни никелімен жасалған тәжірибелер триптофан сақинасында күкірт бар екенін растады. Зерттеушілер күкіртсізденген фаллоидиннің де дөңгелек күйде қалғанын анықтады, бұл фаллоидиннің құрылымының қалыпты жағдайда бициклдік екенін көрсетеді. Сызықтық түріне келтіргеннен кейін, 1955 жылы Виланд пен Шён Эдман әдісі арқылы күкіртсізденген фаллоидиннің аминқышқылдық тізбегін анықтады. Актинге жоғары байланыс қабілетінің арқасында ғалымдар оның актинді микроскопияда тиімді көрнеулендіру үшін бояу ретінде қолданылуы мүмкін екенін анықтады. Флуорофорлармен қосылған туындылары кеңінен сатылады. Флуоресцентті таңбаланған фаллоидин, актиннің мономерлерін (G-актин) емес, талшықты актинді (F-актин) таңдап байланыстыру қабілетіне байланысты, актинге қарсы антиденелерге қарағанда тиімді.

Биосинтез

Фаллоидин – екі циклды гептапептид, құрамындағы цистеин-триптофан байланысы ерекше. Фаллоидин синтезін кодтаушы ген – Өлім шапшаңының MSDIN туысына жатады және 34 аминқышқылынан тұратын пропептидті кодтайды. Пролин қалдықтары жеті қалдықтан тұратын аймақты қоршап тұрады, ол кейін фалоидинге айналады. Трансляциядан кейін пептид протеолиздік кесілуге, циклденуге, гидроксилденуге, триптатионин құру үшін Trp-Cys байланысына түсуге және D-Thr құру үшін эпимеризациялануға ұшырайды. Бұл қадамдардың реті мен нақты биохимиялық механизмі әлі толыққанды түсініксіз. Қазіргі кезде қажетті биосинтетикалық гендер MSDIN гендеріне жақын орналасқан деп есептеледі. 34-мердің алғашқы трансляциялық модификациясы – 10 аминқышқылынан тұратын «жетекші» пептидті алып тастау үшін пролил олигопептидаза (POP) арқылы протеолиттік кесілу болып табылады. Содан кейін POP, Ala-Trp-Leu-Ala-Thr-Cys-Pro гептапептидін 1-аминқышқылы (Ala) мен 7-аминқышқылы (Pro) арасында транспептидация арқылы циклдендіреді. Триптатиониннің Trp-Cys байланысы арқылы пайда болуы келесі кезеңде жүзеге асады деп саналады. THPP – тетрагидропиранил полистирол байланыстырғышын білдіреді, ол синтез кезінде молекуланы қатты тірекпен байланыстыру үшін қолданылады. Төмендегі синтез – бастапқы материалдарды байланыстыру үшін байланыстардың пайда болу ретін көрсету мақсатындағы жалпы схема екенін ескеріңіз. Ala7-фалоидин, сондай-ақ фалоидиннің көптеген басқа да ұқсас түрлері, фалоидинге қарағанда жасушалардың сіңіру қабілетін арттыру және микроскопияда F-актинді визуализациялауға көмектесетін флуорофорды қосу үшін пайдалы. Фаллоидиннің алғашқы толық синтезі қатты және ерітінді фазасындағы синтездің үйлесімі арқылы жүзеге асырылды (Баошенг Лю және Цзяньхенг Чжан, АҚШ патенты, US 8,569,452 B2). Синтетикалық фалоидиннің физикалық және химиялық қасиеттері табиғи фалоидинге ұқсас.

Әрекет ету механизмі

Фаллоидин F-актинмен байланысып, оның деполимеризациясына және жасушаның улануына жол бермейді. Фаллоидин F-актиннің кішібірліктері арасындағы интерфейсте ерекше байланысады, көршілес кішібірліктерді бір-бірімен бекітіп тұрады. Фаллоидин – бициклді гептапептид, актин филаменттеріне актин мономерлеріне қарағанда мықтырақ байланысады, бұл актин кішібірліктерінің филамент ұштарынан ажырауының жылдамдық тұрақтысын төмендетеді, нәтижесінде филаменттердің деполимеризациясының алдын алып, актин филаменттерін тұрақтандырады. Сонымен қатар, фаллоидин F-актиннің АТФ гидролиз активтілігін тежейтіні анықталды. Осылайша, фаллоидин актин мономерлерін G-актинден өзгеше конформацияда ұстап тұрады және мономерлік диссоциация жылдамдығының константасын айтарлықтай төмендету арқылы F-актиннің құрылымын тұрақтандырады, бұл оқиға АДФ-тің тұтқындалуымен байланысты. Фаллоидин жасушалардағы әртүрлі концентрацияларда әртүрлі әрекет етеді. Цитоплазмаға енгізілген кезде фаллоидин цитоплазмалық актиннің аз полимерленген формаларын, сондай-ақ филаминды агрегатталған актин полимерлерінің тұрақты "аралдарына" жинақтайды, бірақ стресс-талшықтарына, яғни микрофиламенттердің қалың шоғырларына кедергі келтірмейді. Бауырға енгеннен кейін фаллоидин F-актинмен байланысып, оның деполимеризациясына жол бермейді. Бұл процеске бауыр жасушаларын жою үшін белгілі бір уақыт керек. Бүйректер де фаллоидинді сіңіре алады, бірақ бауыр сияқты тиімді емес. Мұнда фаллоидин нефрозға алып келеді.

Суретке түсіру құралы ретінде пайдалану

Фаллоидиннің қасиеттері оны флуоресцентті аналогтармен белгілеу және оларды актин талшықтарын жарық микроскопиясы үшін бояу арқылы жасушалардағы F-актиннің таралуын зерттеуге қолайлы құралға айналдырады. Фаллоидиннің флуоресцентті туындылары тірі немесе бекітілген жасушаларда актин талшықтарын орналастыру үшін, сондай-ақ in vitro жағдайында жеке актин талшықтарын көру үшін өте пайдалы болып шықты. Флуоресценттік фотоокисдану деп аталатын осы әдісте флуоресцентті молекулалар диаминобензидинді (DAB) тотықтыру үшін қолданылады, нәтижесінде электрондық микроскопияда көрінетін және анықталатын электрондық тығыздыққа ие реакция өнімі пайда болады. Егер флуоресцентті фаллоидиннің қанықтыру шамасы қолданылса, көрінетін флуоресценция мөлшері жасушалардағы филаментті актин мөлшерін сандық бағалау үшін пайдаланылуы мүмкін. Осылайша, иммунофлуоресценциялық микроскопия және фаллоидинді микроинъекциялау цитоплазмалық актиннің полимерленудің әртүрлі сатыларындағы тікелей және жанама функцияларын бағалау үшін қолданылуы мүмкін. Сондықтан флуоресцентті фаллоидин актин желілерін жоғары ажыратымдылықта зерттеуде маңызды құрал ретінде қолданылуы мүмкін.

Пайдалану және шектеулер

Фаллоидин әдетте жасушалық белоктарды флуоресценттік микроскопияда белгілеуге қолданылатын антиденеден әлдеқайда кішіді, бұл жіпшелі актинді тығызрақ белгілеуге және әсіресе жоғары ажыратымдалықта егжей-тегжейлі суреттер алуға мүмкіндік береді. Өзгертілмеген фалоидиндер жасуша мембраналарынан өте алмайды, сондықтан тірі жасушалармен жүргізілетін тәжірибелерде тиімділігі төмен. Жасушалық өткізгіштігі күрт арттырылған фалоидин туындылары синтезделген. Фаллоидинмен өңделген жасушалар түрлі уытты әсерлерге ұшырайды және көбінесе өледі. Сонымен қатар, фалоидинмен өңделген жасушаларда плазмалық мембраналарымен байланысқан актин деңгейі жоғарылайтынын және фалоидинді тірі жасушаларға микроинъекциялау актин таралуын, сондай-ақ жасушалардың жылжу белсенділігін өзгертетінін ескеру қажет.