Тапсигаргин: свойства, биосинтез и перспективы применения.
Thapsigargin
Тапсигаргин: ингибитор SERCA, повышающий уровень кальция в клетках. Получают из Thapsia garganica. Обладает опухолепромоторной активностью. Подробно о механизме действия.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Тхапсигаргин является неконкурентным ингибитором Ca2+ АТФазы (SERCA) саркоплазматического и эндоплазматического ретикулума. По своей структуре тапсигаргин классифицируется как гуайанолид и извлекается из растения Thapsia garganica. Он является промотором опухолей в клетках млекопитающих. Тапсигаргин повышает концентрацию цитозольного (внутриклеточного) кальция, блокируя способность клетки перекачивать кальций в саркоплазматический и эндоплазматический ретикулумы. Истощение запасов кальция может вторично активировать кальциевые каналы плазматической мембраны, обеспечивая приток кальция в цитозоль. Уменьшение запасов кальция в ЭР приводит к стрессу ЭР и активации ответа на неправильно свернутые белки. Нерешеный стресс ЭР может кумулятивно приводить к гибели клеток. Длительное истощение запасов может защитить от ферроптоза посредством ремоделирования фосфолипидов, синтезируемых ЭР. Лечение тапсигаргином и последующее истощение запасов кальция в ЭР ингибирует аутофагию независимо от ответа на стресс ЭР. Тапсигаргин полезен в экспериментах, изучающих влияние повышения цитозольных концентраций кальция и истощения запасов кальция в ЭР. Исследование, проведенное в Университете Ноттингема, показало многообещающие результаты его применения против COVID-19 и других коронавирусов.
Thapsigargin is a non competitive inhibitor of the sarco/endoplasmic reticulum Ca2+ ATPase (SERCA). Structurally, thapsigargin is classified as a guaianolide, and is extracted from a plant, Thapsia garganica. It is a tumor promoter in mammalian cells. Thapsigargin raises cytosolic (intracellular) calcium concentration by blocking the ability of the cell to pump calcium into the sarcoplasmic and endoplasmic reticula. Store depletion can secondarily activate plasma membrane calcium channels, allowing an influx of calcium into the cytosol. Depletion of ER calcium stores leads to ER stress and activation of the unfolded protein response. Non resolved ER stress can cumulatively lead to cell death. Prolonged store depletion can protect against ferroptosis via remodeling of ER synthesized phospholipids. Thapsigargin treatment and the resulting ER calcium depletion inhibits autophagy independent of the UPR. Thapsigargin is useful in experimentation examining the impacts of increasing cytosolic calcium concentrations and ER calcium depletion. A study from the University of Nottingham showed promising results for its use against Covid 19 and other coronavirus.
Биосинтез
Полный биосинтез тапсигаргина до сих пор не установлен. Предполагаемый биосинтез начинается с фарнезилпирофосфата. Первый этап контролируется ферментом гермакрено B-синтазой. На втором этапе позиция C(8) легко активируется для аллильного окисления благодаря положению двойной связи. Следующим шагом является присоединение ацилоксигруппы ацетилтрансферазой P450, что является хорошо известной реакцией для синтеза дитерпена таксола. На третьем этапе лактонное кольцо формируется ферментом цитохрома P450 с использованием NADP+. При наличии бутилоксигруппы в положении C(8) образуется только 6,12-лактонное кольцо. Четвертый этап – эпоксидирование, которое инициирует заключительный этап формирования гуайанолидного скелета. На пятом этапе фермент P450 замыкает структуру гуайанолида типа 5+7. Замыкание кольца важно, поскольку оно происходит через 1,10-эпоксидирование, чтобы сохранить 4,5-двойную связь, необходимую в тапсигаргине. Неизвестно, происходят ли вторичные модификации гуайанолида до или после образования тапсигаргина, но их необходимо учитывать при установлении истинного биосинтеза. Также следует отметить, что несколько из этих ферментов являются P450, поэтому кислород и NADPH, вероятно, имеют решающее значение для этого биосинтеза, а также могут потребоваться другие кофакторы, такие как Mg2+ и Mn2+.
The complete biosynthesis of thapsigargin has yet to be elucidated. A proposed biosynthesis starts with the farnesyl pyrophosphate. The first step is controlled by the enzyme germacrene B synthase. In the second step, the C(8) position is easily activated for an allylic oxidation due to the position of the double bond. The next step is the addition of the acyloxy moiety by a P450 acetyltransferase; which is a well known reaction for the synthesis of the diterpene, taxol. In the third step, the lactone ring is formed by a cytochrome P450 enzyme using NADP+. With the butyloxy group on the C(8), the formation will only generate the 6,12 lactone ring. The fourth step is an epoxidation that initiates the last step of the base guaianolide formation. In the fifth step, a P450 enzyme closes the 5 + 7 guaianolide structure. The ring closing is important, because it will proceed via 1,10 epoxidation in order to retain the 4,5 double bond needed in thapsigargin. It is not known whether the secondary modifications to the guaianolide occur before, or after the formation of thapsigargin, but will need to be considered when elucidating the true biosynthesis. It should also be noted, that several of these enzymes are P450s, therefore oxygen and NADPH are likely crucial to this biosynthesis as well as other cofactors such as Mg2+ and Mn2+ may be needed.
Исследования
Поскольку ингибирование SERCA является механизмом действия, используемым для воздействия на солидные опухоли, тапсигаргин вызвал исследовательский интерес. Пролекарство тапсигаргина, мипсагаргин, в настоящее время проходит клинические испытания для лечения глиобластомы. Биологическая активность также стимулировала исследования в области лабораторного синтеза тапсигаргина. На сегодняшний день опубликовано три различных метода синтеза: разработанные Стивеном В. Леем, Филом Бараном и П. Эндрю Эвансом. Доклинические исследования показали, что другие эффекты тапсигаргина включают подавление активности никотиновых ацетилхолиновых рецепторов в нейронах подслизистого сплетения тонкой кишки морской свинки и верхнего шейного ганглия крысы. Лабораторные исследования, проведенные в Университете Ноттингема с использованием клеточных культур in vitro, указывают на возможный потенциал тапсигаргина в качестве антивирусного препарата широкого спектра действия, эффективного против вируса COVID-19 (SARS-CoV-2), вируса обычной простуды, респираторно-синцитиального вируса (RSV) и вируса гриппа A.
Since inhibition of SERCA is a mechanism of action that has been used to target solid tumors, thapsigargin has attracted research interest. A prodrug of thapsigargin, mipsagargin, is currently undergoing clinical trials for the treatment of glioblastoma. The biological activity has also attracted research into the laboratory synthesis of thapsigargin. To date, three distinct syntheses have been reported: one by Steven V. Ley, one by Phil Baran., and one by P. Andrew Evans. Preclinical studies demonstrated that other effects of thapsigargin include suppression of nicotinic acetylcholine receptors activity in neurons of the guinea pig ileum submucous plexus and rat superior cervical ganglion. Laboratory studies at the University of Nottingham, using in vitro cell cultures, indicates possible potential as a broad spectrum antiviral, with activity against the COVID 19 virus (SARS CoV 2), a common cold virus, respiratory syncytial virus (RSV), and the influenza A virus.