Цитохаласин B: Қасиеттері, қолданылуы және клеткалық процестерге әсері
Cytochalasin B
Цитохаласин B – цитотоксин, бұлжытуға қарсы әрекет етеді. Актын филаменттерінің құрылысын тежейді, жасуша зерттеулерінде қолданылады. Қозғалысты, бөлінуді тоқтатады.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Цитохалазин B, атауы грек тіліндегі cytos (жасуша) және chalasis (босаңсу) сөздерінен шыққан, жасуша қабығынан өте алатын микотоксин. Цитохалазин B (CB) субстехиометриялық концентрацияда актин талшықтарының желісін қалыптастыруды күшті түрде тежейтіні анықталды. Осы себепті ол цитологиялық зерттеулерде жиі қолданылады. Ол жиынтық бөлінуді тоқтатып, жиырылғыш микрофиламенттердің қалыптасуын бөгеу арқылы жүзеге асырады. Жасушалардың қозғалысын тежейді және ядроның сыртқа шығуына себеп болады. Цитохалазин B полимерлердің тез өсетін ұшында мономерлердің қосылуын тежей отырып, актин талшықтарын қысқартады. Цитохалазин B глюкоза тасымалын және тромбоциттердің бірігуін тежейді. Ол HL 60 лейкемиялық жасушаларында эндогендік АДФ рибосиляциясының белсендірілуіне әсер етпей, аденозинмен шақырылған апоптоздық денелердің пайда болуын тоқтатады. Ол сондай-ақ ядролық трансфер арқылы клондауда қолданылады. Бұл жағдайда, қабылдаушы жасушалар цитохалазин B-мен өңделеді. Цитохалазин B ооциттердің цитоплазмасын сұйықтандырып, ооциттің ядролық геномын плазмалық мембрананың кішкентай көпіршігіндегі микроинеге соруға мүмкіндік береді. Осылайша, плазмалық мембрананың жарылуын болдырмай, ооцит геномы ооциттен алынып тасталады. Бұл алкалоид Helminthosporium dematioideum саңырауқұлағынан бөлінеді.
Cytochalasin B, the name of which comes from the Greek cytos (cell) and chalasis (relaxation), is a cell permeable mycotoxin. It was found that substoichiometric concentrations of cytochalasin B (CB) strongly inhibit network formation by actin filaments. Due to this, it is often used in cytological research. It inhibits cytoplasmic division by blocking the formation of contractile microfilaments. It inhibits cell movement and induces nuclear extrusion. Cytochalasin B shortens actin filaments by blocking monomer addition at the fast growing end of polymers. Cytochalasin B inhibits glucose transport and platelet aggregation. It blocks adenosine induced apoptotic body formation without affecting activation of endogenous ADP ribosylation in leukemia HL 60 cells. It is also used in cloning through nuclear transfer. Here enucleated recipient cells are treated with cytochalasin B. Cytochalasin B makes the cytoplasm of the oocytes more fluid and makes it possible to aspirate the nuclear genome of the oocyte within a small vesicle of plasma membrane into a micro needle. Thereby, the oocyte genome is removed from the oocyte, while preventing rupture of the plasma membrane. This alkaloid is isolated from a fungus, Helminthosporium dematioideum.
1960 жылдар
Цитохалазин B алғаш рет 1967 жылы сипатталды, оны доктор В. Б. Тернер саңырауқұлақтардан бөліп алған. Smith және авторлар тобы CB клеткаларда көп ядролылық тудыратынын және клеткалық қозғалғыштыққа елеулі әсер ететінін анықтады. Көп ядролы жасушалар, әдетте, митоздық бақылаудың бұзылуынан пайда болады, нәтижесінде интерфазалық ядролардың мөлшері мен пішіні әртүрлі болады.
Cytochalasin B was first described in 1967, when it had been isolated from moulds by Dr W. B. Turner. Smith et al. found that CB causes multinucleation in cells and significantly affects cell motility. The multinucleated cells probably arise from failure of mitotic control, leading to variations in size and shape of interphase nuclei.
1970 жылдар
1970 жылдары полинуклеарлы жасушалардың митозы бойынша зерттеулер жүргізілді. Осы жасушалар ядролық бөлінудің орнына, ядролардың біртіндеп қосылуы арқылы пайда болатыны анықталды. Бұл процеске псевдомитоз деп аталады, ол синхронды митоз болып, нәтижесінде тек бір ядро бөлінеді. Бұл жасушалардағы жас бездердің пайда болуына, ал басқа жасушаларда жаңа бездердің қалыптасуына да әсер етеді. Тағы бір топ CB-нің HeLa жасушаларының цитокинез жүргізу қабілетін, жиырылғыш сақинаның ыдырауы арқылы тежейтінін анықтады. 1971 жылғы зерттеулер CB-нің тиреоглобулинден алынған йодтың бөлінуіне кедергі келтіріп, коллоидты эндоцитозды тоқтататынын көрсетті. Сонымен қатар, CB-нің адам бауыр жасушаларының өзгертілген штаммында сахароза 3H сіңіруге тежегіш әсері бар екені анықталды, CB-мен емделген жасушаларда микрофиламенттердің түрі мен орналасуы өзгерген. Бұдан бөлек, CB меланоциттердегі меланин гранулаларының қозғалысын қайтымды түрде тежейтіні анықталды. Бір жыл өткен соң, цитохалазин В-нің хлоропластарға тигізетін әсері зерттелді. Цитохалазин В хлоропластардың жарыққа бағытталған қозғалысын қайтымды түрде тежейді. 1973 жылы цитохалазин В глюкоза тасымалының күшті бәсекеге қабілетсіз тежегіші екені анықталды. Эритроциттердің цитохалазин В-мен байланысу орны, эритроцит мембранасының электрофореттік анықталатын маңызды ақуыздарының бірі болуы мүмкін.
In the 1970s, research on the mitosis of polynucleated cells was done. It appeared that these cells were created through progressive nuclear addition instead of nuclear division. The process by which this occurs is called pseudomitosis, which is the synchronous mitosis resulting in the division of just one nucleus. It also affects the appearance of young glands in cells and new gland formation in other cells. Another group found that CB inhibits the ability of HeLa cells to undergo cytokinesis by decomposition of the contractile ring. Research from 1971 showed that CB interferes with the release of iodine derived from thyroglobulin and blocks colloid endocytosis. Moreover, it was found that CB has an inhibitory effect on the uptake of sucrose 3H by chang strain human liver cells and in CB treated cells alterations in the appearance and location of microfilaments were observed. Furthermore, it was found that CB reversibly inhibits melanin granule movement in melanocytes. One year later, research on the influence of cytochalasin B on chloroplasts was done. It was found that the light oriented movement of chloroplasts is reversibly inhibited by cytochalasin B. In 1973 researches found that cytochalasin B is a powerful non competitive inhibitor of glucose transport. One of the major electrophoretic identifiable erythrocyte membrane proteins may be the cytochalasin B binding site of erythrocytes.
1980 жылдан бастап
Келесі жылдары цитохалазин B туралы білім кеңейді. Жалпы білім нақтыланғаннан кейін, әсер ету механизмі сияқты мәселелерге қатысты егжей-тегжейлі талдау жасалды.
In the following years, the knowledge concerning cytochalasin B was broadened. As the more general knowledge had been elucidated, more detailed analysis of e. g. the mechanism of action took place.
Өндіріс
Цитохалазиндерді олар табиғи түрде кездесетін саңырауқұлақтардан бөліп алуға болады. Алғаш рет олар Helminthosporium dematioideum-нан бөліп алынған. Басқа да өндірушілерге Phoma spp., Hormiscium spp. және Curvularia lunata жатады. Сонымен қатар, оны зертханада синтездеуге де болады. Мұны жасаудың бірнеше тәсілі бар. Біріншіден, изоиндолон ядросының алты мүшелі сақинасы мен үлкен макроциклді сақинаны соңғы сатыдағы молекулаішілік Дильс-Альдер циклдеуі арқылы бірдей қалыптастыруға болады. Екіншіден, ең алдымен изоиндолон ядросын молекулааралық Дильс-Альдер реакциясында қалыптастырып, екінші кезеңде макроциклді сатылап қосуға болады.
Cytochalasins can be isolated from the fungi in which they naturally occur. Originally, they were isolated from Helminthosporium dematioideum. Other producers include Phoma spp., Hormiscium spp. and Curvularia lunata. Additionally, it can be synthesized in the laboratory. There are several approaches to do so. Firstly, it is possible to form the six membered ring of the isoindolone core and the larger macrocyclic ring simultaneously in a late stage intramolecular Diels Alder cyclization. Secondly, it is possible to first form the isoindolone core in an intermolecular Diels Alder reaction and in a second step append the macrocycle in a stepwise fashion.
Қасиеттері
Цитохалазин B құрамында бірнеше жоғары полярлы кето және гидроксилдік топтар, сондай-ақ бір шеткі липофильді бензил тобы бар.
Cytochalasin B contains several highly polar keto and hydroxyl groups and one peripheric lipophilic benzyl unit.
Метаболизм
Цитохалазин В-нің in vitro ыдырауы үшін он мүмкін орын бар. Осы орындардың in vivo жағдайында ыдырау үшін қолданылатынына қатысты әлі ешқандай дәлел жоқ, бірақ in vitro орындары расталған. Ыдырау 14 және 21-көміртектік атомдарда жүретін периодтық ыдырау арқылы басталады. Нәтижесінде көмір қышқылы (A), формальдегид (B), 5 метилгексан 1,1,6 триол (C) және үлкен қалдық молекула (D) бөлінеді. Содан кейін C және D молекулалары Кун-Рот реакциясы арқылы тотығады, нәтижесінде 7 гидроксигептанал (F), сірке қышқылы (G) және бензой қышқылы (I) пайда болады. Тағы да үлкен молекула (J) қалады. F, G және I, егер алкоголь дегидрогеназасы (ADH) арқылы қышқылдық ыдырауға ұшырамаса, метиламин мен көмірқышқыл газына (H) айналуы мүмкін. 7 гидроксигептан 3 метилгептандиой қышқылына (K) тотығады. Бұдан әрі метаболизм нәтижесінде аминдер (M), көмірқышқыл газы (N) және сірке қышқылы (O) сияқты бірнеше кіші органикалық молекулалар пайда болады. Соңғысы қайтадан ADH арқылы метиламин мен көмірқышқыл газына (Q) метаболизмге ұшырайды. J молекуласы сірке қышқылы (L), метиламин және көмірқышқыл газы (P) және метилденген кіші молекулалардың тізбегі сияқты бірнеше кіші қосылыстарға ыдырайды. Цитохалазин В 3T3 сияқты ісіктік жасушаларды өзгерте алмайды, бірақ полиома вирусының жасуша түрлену жиілігін 840 есеге арттырады. Сонымен қатар, CB конканавалин А-ның әсерінен амеба протеуста туындайтын пиноцитозды күшейтеді. Цитохалазин В бидайдың колеоптиль сегменттерінде және жүгері тамырларында кездесетін ауксин индол 3-ацетат қышқылымен де өзара әрекеттесе алады. Бұл өзара әрекеттесу везикула тасымалын және жасуша қабырғасы компоненттерінің секрециясын тежейді, соның салдарынан ұзару мен өсуді тоқтатады.
There are ten possible sites for the in vitro degradation of cytochalasin B. There is not yet any evidence that the same sites are used for degradation in vivo, but evidence has confirmed the in vitro sites. Degradation is initialized by a periodate cleavage of the compound, taking place at carbon 14 and 21. As a result, carbonic acid (A), formaldehyde (B), 5 methylhexane 1,1,6 triol (C) and a large remaining molecule (D) are released. Molecules C and D are then oxidized via Kuhn Roth reaction, leading to the formation of 7 hydroxyheptanal (F), acetic acid (G) and benzoic acid (I). Again, a larger molecule remains (J). F, G and I can undergo Schmidt reaction, if not degraded via acidic degradation by alcohol dehydrogenase (ADH) to methylamine and carbon dioxide (H). 7 hydroxyheptane is oxidized to 3 methylheptanedioic acid (K). Further metabolism leads to the formation of several smaller organic molecules such as amines (M), carbon dioxide (N) and acetic acid (O). The latter is again metabolized by ADH to methylamine and carbon dioxide (Q). Molecule J is cleaved into a number of small compounds such as acetic acid (L), methylamine and carbon dioxide (P), and a series of small methylated compounds. Cytochalasin B is unable to transform 3T3 like tumor cells, but it did increase the frequency of cell transformation by the polyoma virus 8 40 fold. Furthermore, CB can intensify pinocytosis, which is induced by concanavalin A in amoeba proteus. Cytochalasin B can also interact with the auxin indole 3 acetic acid which occurs in wheat coleoptile segments and maize roots. This interaction leads to the inhibition of vesicle transport and secretion of cell wall components and thereby blocks elongation and growth.
Тиімділік
In vitro зерттеулер цитохалазин B 30 мкм концентрациясы 20 мкм қалыпты актин жіпшесінің ерітіндісінің салыстырмалы тұтқырлығын айтарлықтай төмендетіп, сондай-ақ 20 мкм глутатионил актин жіпшесінің ерітіндісінде де төмендеткенін көрсетті. In vivo тиімді концентрация тіпті төмен. Тірі жасушаларда актин полимерленуіне өлшенетін әсер ету үшін 2 мкм концентрация жеткілікті болып көрінді. Жаңару фазасы бақылау тобына қарағанда 2-4 есе ұзаққа созылды. Ұзарту кезінде әсері минимал болды, ал қайта құрылымдауда (аннеалингте) байқауға келмейтін.
In vitro studies showed that a concentration of 30 μM of cytochalasin B significantly reduces the relative viscosity of a 20 μM normal actin filament solution as well as it has decreased in a 20 μMm glutathionyl actin filament solution. In vivo the effective concentration is even lower. It seemed that a 2 μM concentration is sufficient in living cells to accomplish a measurable influence on the actin polymerization. The nucleation phase took 2 4 times as long as in the control groups. On elongation, the effects were minimal; on annealing negligible.
Жасушаның бөлінуін тежейді
Цитохалазин B заттардың генотоксикалық әсерін тексеру үшін қолданылады. Осы мақсатта, адам лимфоциттерін пайдаланып цитокинездік тоқтату микроядролық сынағы (CBMN сынағы) жүргізіледі. Бұл сынақ in vitro жағдайында жүзеге асырылады. Митоз немесе мейоздың анафаза кезінде микроядроларды анықтауға болады. Бұл – жасуша бөліну кезінде жасуша полюсіне жетпеген, бір хромосома немесе хромосоманың бөлігін қамтитын кішкентай ядролар. CBMN сынағының негізі – тек бөлінетін жасушалар ғана микроядроларды көрсетуге қабілетті, демек хромосомалық зақымдануды тек осы жасушаларда ғана анықтау мүмкін.
Cytochalasin B is used for testing of the genotoxicity of substances. In order to do so, cytokinesis block micronucleus assay (CBMN assay) with human lymphocytes is applied. This works in vitro. During anaphase of mitosis of meiosis, micronuclei can be detected. These are small nuclei containing one chromosome or part of a chromosome which did not get to one of the cell poles during cell division. The CBMN test is based on the fact that only dividing cells can express micronuclei, which means that only in those cells, chromosome damage can be detected.
Жасушалардың қозғалысын тежейді
Цитохалазин В Йошида саркомасы жасушаларына қосылғанда, қозғалмалы жасушалардың санын азайтады. Ол жасушалардың қозғалуын да төмендетеді және дозаға байланысты олардың өсуін тежейді. Цитохалазин В жасушаларға теңсіз енгендіктен, миозин арқылы бұзылған қабықшалық актин талшық желісінің ошақты жиырылуын күшейтеді. Бұл белсенді жиырылуды талап ететін және де белсенді энергия метаболизмін қажет ететін айқын шоғырлануға (супер-төгілуге) әкеледі. Дұрыс емес қабықшалық жиырылулар жасушалардың қозғалысына қатысатын псевдоподиялардың құралуын бұзады.
Cytochalasin B can decrease the number of motile cells when it is added to Yoshida Sarcoma Cells. It can also decrease the motility of the cells and dose dependently inhibits their growth. Since cytochalasin B unevenly penetrates cells it promotes focal contractions of the broken cortical actin filament network by myosin. This causes superprecipitation which requires active contractions and thus an active energy metabolism. The disorganized cortical contractions disrupt the assembly of pseudopodia which are involved in cell movement.
Ядролық экструзияны тудырады
Цитохалазин B шақырылған ядролық экструзия ядроның плазмалық мембранаға жылжуымен басталады, одан кейін мембранада дөңгелек пайда болады. Содан кейін ядро мембрананың сыртына жылжып, бірақ цитоплазмалық көпір сияқты жіп арқылы жасушамен байланысын сақтайды. Егер жасушалар цитохалазин B бар ортада бірнеше сағат сақталса, бұл процесс қайтымсыз болады. Экструзия плазмалық мембрананың CB әсерінен әлсіреуімен жеңілдеуі мүмкін.
Nuclear extrusion induced by cytochalasin B begins with the movement of the nucleus to the plasma membrane, followed by bulge formation in the membrane. The nucleus then moves to the outside of the membrane, but stays connected to the cell by a thread like cytoplasmic bridge. If the cells are kept in cytochalasin B containing medium for several hours, the process becomes irreversible. Extrusion could be assisted by the CB induced weakening of the plasma membrane.
Глюкоза тасымалын тежейді
Цитохалазин В ультракүлгін сәулеленген кезде сүтқоректілердің глюкоза тасымалдаушы ақуыздарына ковалентті байланысатыны көрсетілген. Ол AraE және GalP-ге олардың әдеттегі субстраттарына қарағанда күштірек байланысады. Цитохалазин В GLUT1, 2, 3 және 4-ті тежейтіні дәлелденді. GLUT1-ге байланысу цитохалазин В-нің глюкозаның шығуын бәсекелестік ингибитор ретінде тежеуі арқылы ішкі жағынан жүзеге асады. Қосымша дәлелдер фотомаркеттеу зерттеулерінен алынған, онда тазартылған ақуыздың ТМ10 және ТМ11 мембраналық домендеріндегі Trp388 және Trp412 белгіленген цитохалазин В әсерінен белгіленеді. Trp388 және Trp412 мутацияланғаннан кейін GLUT1-дің тежелуі толыққанды түрде азаймайды, сондықтан CB байланысына басқа да орындар қатысады деп есептеледі.
It has been shown that cytochalasin B binds covalently to mammalian glucose transporter proteins when irradiated with UV light. It bound tighter to AraE and GalP than their usual substrates. Cytochalasin B has been shown to inhibit GLUT1, 2, 3 and 4. Binding to GLUT1 occurs at the inside as cytochalasin B acts as it acts as a competitive inhibitor of glucose exit. Additional evidence comes from photolabeling studies in which the Trp388 and Trp412 in TM10 and TM11 of the purified protein are labeled upon exposure to labeled cytochalasin B. Since mutating Trp388 and Trp412 does not completely reduce inhibition of GLUT1, it is assumed that other sites are involved in CB binding as well.
Терапиялық қолданыстар
Терапевтік мақсаттарда цитохалазин B зерттеулері жүргізілуде. Осы мақсатта, цитохалазин B-нің BCG (Bacillus Calmette Guerin) белсендірілген макрофагтар арқылы ісік жасушаларына тигізетін әсері зерттелді. Нәтижелер цитохалазин B-нің 10−7 M концентрациясында белсендірілген макрофагтардың ісік жасушаларын жоюын (лизисін) және тоқтатуын (стазисін) күшейтетінін көрсетті. Цитохалазин B макрофагтардың өзіне әсер етпейді, бірақ оның әсері негізінен ісік жасушаларына бағытталған. Мұның себебі, цитохалазин B белсендірілген макрофагтардың ісік жасушаларын жою үшін маңызды болуы мүмкін актин талшықтарының түзілуін тежеуі болуы мүмкін.
For therapeutic purposes, research on cytochalasin B is done. In order to do so, the effects of cytochalasin B on tumor cells by BCG (Bacillus Calmette Guerin) activated macrophages were examined. It showed that cytochalasin B enhances tumor cell lysis and stasis due to activated macrophages at a concentration of 10−7 M. Cytochalasin B does not act on the macrophage itself, but does exert its effect predominantly on the tumor cell. A reason for this could be, that the actin filament formation, which could be important for the destruction of tumor cells by activated macrophages, is inhibited by cytochalasin B.
Қосымша әсерлері
Цитохалазин B қалқанша безі гормонының және өсу гормонының секрециясына әсер етеді. Ол фосфоэтаноламиннің цитидиндифосфат этаноламинге түрленуін тежеу арқылы осы әсерді тигізеді. Бұл механизм жасуша ішіндегі кальций иондарының өзгеруімен байланысты деген болжам бар. Цитохалазин B бактерияларға да әсер етеді. Мысалы, E. histolytica-ның өсуі мен дифференциациясы тежеледі. [56] Бұдан әрі, цитохалазин B ұзаққа соқпайтын және/немесе күшті иммунодепрессивті әсер тудырмастан, ісік жасушаларының өсуін тежеуге қабілетті екені көрсетілді.
Cytochalasin B has an effect on thyroid hormone and growth hormone secretion. It does so by inhibiting the conversion of phosphoethanolamine to cytidinediphosphate ethanolamine. It was proposed that the mechanism is associated with alterations of intracellular calcium ions. Cytochalasin B also has effects on bacteria. For example, the growth and differentiation of E. histolytica is inhibited. [56] Furthermore, cytochalasin B has been shown to have an inhibitory effect on tumor cell growth without causing prolonged and/or profound immunosuppressive effects.
Табиғи контекст
Табиғатта цитохалазин B саңырауқұлақтың зияндылығына, тағамның шіруіне және иесі мен симбионт арасындағы өзара қарым-қатынастың сақталуына қатысады.
In nature, cytochalasin B is involved in fungal virulence, food spoilage and the maintenance of the symbiosis between host and symbiont.