Введение
Цитохалазин B, название которого происходит от греческих слов cytos (клетка) и chalasis (расслабление), является микотоксином, проницаемым для клеток. Было установлено, что субстехиометрические концентрации цитохалазина B (CB) сильно ингибируют формирование сетей из актиновых филаментов. Благодаря этому он часто используется в цитологических исследованиях. Он ингибирует цитоплазменное деление, блокируя образование сократительных микрофиламентов. Он подавляет подвижность клеток и индуцирует выталкивание ядра. Цитохалазин B укорачивает актиновые филаменты, блокируя присоединение мономеров к быстрорастущему концу полимеров. Цитохалазин B ингибирует транспорт глюкозы и агрегацию тромбоцитов. Он блокирует образование аденозин-индуцированных тел апоптоза, не влияя на активацию эндогенной АДФ-рибозилирования в лейкемических клетках HL 60. Он также используется в клонировании посредством ядерного переноса. В этом случае энуклеированные клетки-реципиенты обрабатываются цитохалазином B. Цитохалазин B делает цитоплазму ооцитов более текучей и позволяет аспирировать ядерный геном ооцита в небольшой пузырек плазматической мембраны с помощью микроиглы. Таким образом, геном ооцита удаляется из ооцита, предотвращая разрыв плазматической мембраны. Этот алкалоид выделен из гриба Helminthosporium dematioideum.
1960-е годы
Цитохалазин В был впервые описан в 1967 году, когда его выделил из плесени доктор В. Б. Тернер. Смит и соавторы обнаружили, что CB вызывает мультинуклеацию в клетках и существенно влияет на подвижность клеток. Многоядерные клетки, вероятно, образуются из-за нарушения контроля митоза, что приводит к вариациям в размере и форме межфазных ядер.
1970-е годы
В 1970-х годах были проведены исследования митоза полинуклеированных клеток. Оказалось, что эти клетки образуются путем последовательного добавления ядер, а не их деления. Процесс, посредством которого это происходит, называется псевдомитозом – это синхронный митоз, приводящий к делению только одного ядра. Он также влияет на появление молодых желез в клетках и на новообразование желез в других клетках. Другая группа исследователей обнаружила, что CB ингибирует способность клеток HeLa к цитокинезу, вызывая разрушение сократительного кольца. Исследования, проведенные в 1971 году, показали, что CB препятствует высвобождению йода из тиреоглобулина и блокирует коллоидный эндоцитоз. Кроме того, было установлено, что CB оказывает ингибирующее действие на поглощение сахарозы 3H клетками печени человека линии Chang, а в клетках, обработанных CB, наблюдались изменения в структуре и расположении микрофиламентов. Более того, было обнаружено, что CB обратимо ингибирует перемещение меланиновых гранул в меланоцитах. Год спустя были проведены исследования влияния цитохалазина B на хлоропласты. Было установлено, что светоориентированное движение хлоропластов обратимо ингибируется цитохаласином B. В 1973 году исследования показали, что цитохалазин B является мощным неконкурентным ингибитором транспорта глюкозы. Один из основных электрофоретически идентифицируемых белков мембраны эритроцитов предположительно является местом связывания цитохалазина B с эритроцитами.
С 1980 года
В последующие годы знания о цитохаласине В расширились. По мере прояснения общих представлений, был проведен более детальный анализ, например, механизма его действия.
Производство
Цитохалазины могут быть выделены из грибов, в которых они естественным образом встречаются. Изначально они были выделены из Helminthosporium dematioideum. Другими продуцентами являются Phoma spp., Hormiscium spp. и Curvularia lunata. Кроме того, их можно синтезировать в лаборатории. Существует несколько подходов к этому. Во-первых, возможно одновременное формирование шестичленного кольца изоиндолонового ядра и большего макроциклического кольца на поздней стадии внутримолекулярной реакции Дильса-Альдера. Во-вторых, можно сначала сформировать изоиндолоновое ядро в межмолекулярной реакции Дильса-Альдера, а затем, на втором этапе, последовательно присоединить макроцикл.
Свойства
Цитохалазин B содержит несколько высокополярных кето- и гидроксильных групп и одну периферическую липофильную бензильную группу.
Метаболизм
Существует десять возможных мест для деградации цитохалазина B in vitro. Пока нет никаких доказательств того, что те же участки используются для деградации in vivo, но данные подтвердили in vitro участки. Деградация инициируется периодатным расщеплением соединения, происходящим в позициях углерода 14 и 21. В результате высвобождаются угольная кислота (A), формальдегид (B), 5-метилгексан-1,1,6-триол (C) и большая оставшаяся молекула (D). Молекулы C и D затем окисляются посредством реакции Куна-Рота, что приводит к образованию 7-гидроксигептаналя (F), уксусной кислоты (G) и бензойной кислоты (I). Снова остается большая молекула (J). F, G и I могут подвергаться реакции Шмидта, если они не деградируют посредством кислотного распада под действием алкогольдегидрогеназы (ADH) до метиламина и углекислого газа (H). 7-гидроксигептан окисляется до 3-метилгептандиоевой кислоты (K). Дальнейший метаболизм приводит к образованию нескольких более мелких органических молекул, таких как амины (M), углекислый газ (N) и уксусная кислота (O). Последняя снова метаболизируется АДГ до метиламина и углекислого газа (Q). Молекула J расщепляется на ряд небольших соединений, таких как уксусная кислота (L), метиламин и углекислый газ (P), а также ряд небольших метилированных соединений. Цитохалазин B не способен трансформировать 3T3-подобные опухолевые клетки, но он увеличивает частоту трансформации клеток вирусом полиомы в 8 раз. Кроме того, CB может усиливать пиноцитоз, индуцированный конканавалином А в амебе протеус. Цитохалазин B также может взаимодействовать с ауксином – индолил-3-уксусной кислотой, который содержится в сегментах колеоптилей пшеницы и корнях кукурузы. Это взаимодействие приводит к ингибированию транспорта везикул и секреции компонентов клеточной стенки, тем самым блокируя удлинение и рост.
Эффективность
Исследования in vitro показали, что концентрация цитохалазина B в 30 мкМ значительно снижает относительную вязкость раствора нормальных актиновых филаментов в 20 мкМ, а также снижает ее в растворе глутатионилированных актиновых филаментов в 20 мкМ. In vivo эффективная концентрация еще ниже. По-видимому, концентрации 2 мкМ достаточно в живых клетках для оказания измеримого влияния на полимеризацию актина. Фаза нуклеации занимала в 2-4 раза больше времени, чем в контрольных группах. На удлинение эффект был минимальным, на отжиг – пренебрежимо малым.
Ингибирует деление клеток
Цитохалазин В используется для тестирования генотоксичности веществ. С этой целью применяется анализ микроядер, блокирующий цитокинез (CBMN-анализ) с использованием лимфоцитов человека. Данный анализ проводится in vitro. Микроядра могут быть обнаружены во время анафазы митоза или мейоза. Это небольшие ядра, содержащие одну хромосому или фрагмент хромосомы, которые не были распределены к полюсам клетки при делении. CBMN-тест основан на том, что микроядра проявляются только в делящихся клетках, что позволяет выявлять повреждения хромосом именно в них.
Ингибирует клеточные движения
Цитохалазин B может уменьшить количество подвижных клеток при добавлении к клеткам саркомы Йошиды. Он также снижает подвижность клеток и дозозависимо ингибирует их рост. Поскольку цитохалазин B неравномерно проникает в клетки, он способствует локальным сокращениям разрушенной сети корковых актиновых филаментов посредством миозина. Это вызывает сверхконцентрацию, требующую активных сокращений и, следовательно, активного энергетического метаболизма. Дезорганизованные корковые сокращения нарушают формирование псевдоподий, участвующих в движении клеток.
Индукция ядерной экструзии
Ядерная экструзия, индуцированная цитохаласином B, начинается с перемещения ядра к плазматической мембране, за которым следует формирование выпячивания в мембране. Затем ядро перемещается наружу мембраны, но остается связанным с клеткой тонким цитоплазматическим мостиком. Если клетки содержатся в среде, содержащей цитохаласин B, в течение нескольких часов, процесс становится необратимым. Экструзия может облегчаться ослаблением плазматической мембраны, вызванным цитохаласином B.
Ингибирует транспортировку глюкозы
Было показано, что цитохалазин B ковалентно связывается с белками-переносчиками глюкозы млекопитающих при облучении ультрафиолетовым светом. Он связывается с AraE и GalP прочнее, чем с их обычными субстратами. Цитохалазин B ингибирует GLUT1, 2, 3 и 4. Связывание с GLUT1 происходит с внутренней стороны, поскольку цитохалазин B действует как конкурентный ингибитор выхода глюкозы. Дополнительные доказательства получены в ходе исследований фотомаркировки, в которых триптофаны Trp388 и Trp412 в TM10 и TM11 очищенного белка маркируются при воздействии меченого цитохалазина B. Поскольку мутация Trp388 и Trp412 не полностью устраняет ингибирование GLUT1, предполагается, что в связывании с цитохалазином B участвуют и другие участки.
Терапевтическое применение
В терапевтических целях исследуется цитохалазин В. Для этого изучалось влияние цитохалазина В на опухолевые клетки под воздействием макрофагов, активированных БЦЖ (Bacillus Calmette Guerin). Было показано, что цитохалазин В усиливает лизис и остановку роста опухолевых клеток, вызванные активированными макрофагами, при концентрации 10−7 М. Цитохалазин В не воздействует непосредственно на макрофаги, но оказывает свое действие преимущественно на опухолевые клетки. Это может быть связано с тем, что цитохалазин В ингибирует формирование актиновых филаментов, которое может играть важную роль в разрушении опухолевых клеток активированными макрофагами.
Дальнейшие последствия
Цитохалазин B влияет на секрецию гормонов щитовидной железы и гормона роста. Он действует, ингибируя превращение фосфоэтаноламина в цитидиндифосфатэтаноламин. Предполагается, что этот механизм связан с изменением концентрации внутриклеточных ионов кальция. Цитохалазин B также воздействует на бактерии. Например, он подавляет рост и дифференцировку E. histolytica. [56] Кроме того, было показано, что цитохалазин B оказывает ингибирующее действие на рост опухолевых клеток, не вызывая при этом длительных и/или выраженных иммуносупрессивных эффектов.
Природный контекст
В природе цитохалазин В играет роль в вирулентности грибов, порче пищевых продуктов и поддержании симбиоза между хозяином и симбионтом.