Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Платенсимицин, метаболит Streptomyces platensis, является антибиотиком, который действует путем блокирования ферментов (β-кетоацил (акцил-носитель белка (АКБ)) синтеза I/ II (FabF/ B)).
Platensimycin, a metabolite of Streptomyces platensis, is an antibiotic, which act by blocking enzymes (β ketoacyl (acyl carrier protein (ACP)) synthase I/II (FabF/B)).
История
Платенсимицин был впервые выделен из штамма Streptomyces platensis работниками компании Merck. Экранные исследования 250 000 экстрактов природных продуктов (83 000 штаммов в трех условиях роста) привели к идентификации мощной и селективной маленькой молекулы из штамма Streptomyces platensis, извлеченного из образца почвы, собранного в Южной Африке. Процесс идентификации проводился с использованием системы двух пластин, в которой контрольные организмы сравнивались с клетками, экспрессирующими антисмысловую РНК FabF. Этот метод использует комбинацию целенаправленных цельноклеточных и биохимических анализов, позволяя обнаруживать соединения в концентрациях, которые были бы слишком низкими для обнаружения с использованием цельноклеточных анализов. Молекула, которую они идентифицировали, платенсимицин (C24H27NO7, относительная молекулярная масса 441,47), состоит из двух различных структурных элементов, связанных амидной связью. Merck Group показала, что платенсимицин обладает мощной, широкоспектровой грамположительной активностью in vitro и не проявляет перекрестной резистентности к другим ключевым бактериям, устойчивым к антибиотикам, включая устойчивые к метициллину Staphylococcus aureus ((MRSA), S. aureus, средний вариант ванкомицина, устойчивые к ванкомицину энтерококки, и линезолид- и макролид- резистентные патогены. Как подтверждается полным синтезом рацемического платенсимицина, его структура состоит из 3 амино 2, 4- дигидроксибензоевой кислоты с полярной частью, связанной через амидную связь с липофильным тетрациклическим кетолидом.
Platensimycin was first isolated from a strain of Streptomyces platensis by workers at Merck. Screens of 250,000 natural product extracts (83,000 strains in three growth conditions) led to the identification of a potent and selective small molecule from a strain of Streptomyces platensis recovered from a soil sample collected in South Africa. The identification process was carried out using a two plate system in which control organisms were compared to cells expressing FabF antisense RNA. This method uses a combination of target based whole cell and biochemical assays, allowing compounds to be detected at concentrations that would be too low to detect using whole cell assays. The molecule they identified, platensimycin (C24H27NO7, relative molecular mass 441.47), comprises two distinct structural elements connected by an amide bond. The Merck Group showed that platensimycin has potent, broad spectrum Gram positive activity in vitro and exhibits no cross resistance to other key antibiotic resistant bacteria including Methicillin resistant Staphylococcus aureus(MRSA), vancomycin intermediate S. aureus, vancomycin resistant Enterococci, and linezolid resistant and macrolide resistant pathogens. As confirmed by total synthesis of racemic platensimycin, its structure consists of a 3 amino 2,4 dihydroxybenzoic acid polar part linked through an amide bond to a lipophilic tetracyclic ketolide.
Клиническое применение
Платенсимицин является экспериментальным препаратом в доклинических испытаниях с участием MRSA в модели мыши. Платенсимицин является эффективным антибиотиком in vivo при непрерывном введении в клетки. Эффективность снижается при применении более обычными средствами. Клинические испытания откладываются. Было исследовано множество модификаций. и повышают активность платенсимицина.
Platensimycin is an experimental drug in preclinical trials involving MRSA in a mouse model. Platensimycin is an effective antibiotic in vivo when continuously administered to cells. Efficacy is reduced when administered by more conventional means. Clinical trials have been delayed. A variety of modifications have been investigated. and increase the activity of platensimycin.
Биосинтез
Биосинтетические исследования показывают, что бензоевое кольцо образуется из пирувата и ацетата через цикл ТСА, в то время как ядро C17 тетрациклической эноновой кислоты образуется из немевалонатного терпеноидного пути. Наблюдаемый образец маркировки изотопов тетрациклического энона соответствует биосинтезу тетрацикла через немевалонатный терпеноидный путь. Этот путь включает конденсацию тиаминовой активированной ацетил- группы, полученной в результате декарбоксилирования пирувата и глицеральдегид-3-фосфата, с последующим этапом транспозиции. Поскольку пируват и глицеральдегид-3 фосфат (также глицерол) являются частью гликолитического пути, ожидается различный уровень включения. Таким образом, терпеноиды, диметилаллилдифосфат и изопентилидифосфат, синтезируемые немевалонатным путем с использованием пирувата и глицеральдегида-3 фосфата, конденсируются в дитерпеноидный предшественник геранилгеранилдифосфат, который циклически образует промежуточный продукт, связанный с (или полученный из) энт-каурена. Окислительный расщепление двойной связи этого промежуточного вещества приведет к потере терминальных трех углеродов, образующих C 17 тетрациклическую эноновую кислоту. Реакция N-ацилтрансферазы тетрациклического энона и аминобензоевой кислоты приведет к платенсимицину.
Biosynthesitic studies show that the benzoic ring is produced from pyruvate and acetate via the TCA cycle, while the C 17 tetracyclic enone acid core is produced from the non mevalonate terpenoid pathway. The tetracyclic enone isotope labeling pattern observed is consistent with the biosynthesis of the tetracycle via the non mevalonate terpenoid pathway. This pathway involves condensation of a thiamine activated acetyl group arising from the decarboxylation of pyruvate and glyceraldehyde 3 phosphate followed by a transposition step. Since both pyruvate and glyceraldehyde 3 phosphate (also glycerol) are part of the glycolytic pathway, varying levels of incorporation are expected. Thus, the terpenoid building blocks, dimethylallyl diphosphate and isopentenyl diphosphate, synthesized by the non mevalonate pathway utilizing pyruvate and glyceraldehyde 3 phosphate, condense to form the diterpenoid precursor geranylgeranyl diphosphate that cyclizes to an intermediate which is related to (or derived from) ent kaurene. Oxidative cleavage of the double bond of this intermediate would result in the loss of the terminal three carbons producing the C 17 tetracyclic enone acid unit. An N acyltransferase reaction of tetracyclic enone and aminobenzoic acid would lead to platensimycin.
Механизм действия
Платенсимицин продемонстрировал хорошую активность против группы грамположительных бактерий, включая различные устойчивые штаммы. Платенсимицин действует путем ингибирования синтеза бета- кетоацилов I/ II (FabF/ B), которые участвуют в производстве жирных кислот, необходимых для клеточных мембран бактерий. Он мешает ферментам, участвующим в конденсации жирных кислот, которые необходимы грамположительным бактериям для биосинтеза клеточных мембран. Другие ферменты, действующие по этому пути, также доказали свою целевую роль в антибиотиках, такие как FabI, эноил ACP (протеин- носитель ацила) редуктаза, которая ингибируется изониазидом и родственными соединениями, а также антисептическим агентом триклозан. Один из предлагаемых механизмов действия заключается в том, что, во-первых, тиольная группа FabF Cys163 активируется через дипольный момент спирали N альфа 3, который снижает pKa. Нуклеофильность цистеина усиливается оксианионным отверстием, образованным с помощью амидов костного мозга Cys163 и Phe400. В комплексе кристаллической структуры с платенсимицином использовался мутант C163Q, который привел к 50-кратному увеличению видимой связки. Остатки Gln163 соседствуют с карбоксилатом платенсимицина, но не создают специфической водородной связи. Близость карбоксилата платенсимицина (предположительно анион) к анионному тиолу Cys163 в ферменте дикого типа может указывать на причину увеличения связывания мутанта C163Q. Второй набор остатков, которые стоит рассмотреть, включает His303 и His340, которые играют роль в механизме декарбоксилирования малониловой части. В частности, His303 активирует структурированную воду, чтобы атаковать карбоксилат входящего малонилового АКП. Кристаллическая структура FabF также показывает, что His340 образует водородную связь между амидным азотом Leu342 и N-дельта-атомом имидазольного кольца, что означает, что одиночная пара должна находиться на этом атоме. В кристаллической структуре платенсимицина структурированная вода, прилегающая к His303, больше не присутствует, что может свидетельствовать об альтернативном электронном состоянии этого остатка. Существует большая вероятность того, что His303 может представлять собой катион, способный к формированию ионного взаимодействия с бензойной группой кислоты платенсимицина.
Platensimycin has shown good activity against a panel of Gram positive bacteria, including various resistant strains. Platensimycin works by inhibiting beta ketoacyl syntheses I/II (FabF/B), which are involved in the production of fatty acids required for bacterial cell membranes. It interferes with enzymes involved in the condensation steps in fatty acid biosynthesis, which Gram positive bacteria need to biosynthesise cell membranes. Other enzymes in this pathway have similarly been proven as antibiotic targets, such as FabI, the enoyl ACP (acyl carrier protein) reductase, which is inhibited by isoniazid and related compounds and the antiseptic agent triclosan. One proposed mechanism of action is that, firstly, the thiol group of FabF Cys163 is activated through the dipole moment of helix N alpha 3 which lowers the pKa. The nucleophilicity of the cysteine is enhanced by an oxyanion hole formed with the backbone amides of Cys163 and Phe400. The crystal structure complex with platensimycin employed a C163Q mutant, which gave a 50 fold increase in apparent binding. The Gln163 residue lies adjacent to the carboxylate of platensimycin but makes no specific hydrogen bond. The close proximity of the carboxylate of platensimycin (presumed to be an anion) to the anionic thiol of Cys163 in the wild type enzyme may suggest the reason behind the increase in binding of the C163Q mutant. The second set of residues worth considering comprises His303 and His340, which play a role in the decarboxylation mechanism of the malonyl moiety. In particular, His303 activates a structured water to attack the carboxylate of the incoming malonyl ACP. The crystal structure of FabF also demonstrates that His340 forms a hydrogen bond between the amide nitrogen of Leu342 and the N delta atom of the imidazole ring meaning that the lone pair must reside on this atom. In the platensimycin crystal structure the structured water adjacent to His303 is no longer present which may suggest an alternative electronic state for this residue. A strong possibility exists that His303 would present itself as a cation capable of forming an ionic interaction with the benzoic acid group of platensimycin.