Введение
Тироцидин представляет собой смесь циклических декапептидов, вырабатываемых бактерией Brevibacillus brevis, обнаруженной в почве. Он может состоять из 4 различных аминокислотных последовательностей, дающих тироцидин AD (см. рисунок 1). Тироцидин является основным компонентом тиротрицина, который также содержит грамицидин. Тироцидин был первым коммерчески доступным антибиотиком, но было обнаружено, что он токсичен для человеческой крови и репродуктивных клеток. Считается, что функция тироцидина в организме хозяина B. brevis заключается в регуляции спорации. Тироцидины А, В и С являются циклическими декапептидами. В биосинтезе тироцидина участвуют три фермента. Части его последовательности идентичны грамицидину S.
История
В 1939 году американский микробиолог Рене Дубос обнаружил почвенный микроб Bacillus brevis. Он наблюдал способность микроба разлагать капсулу бактерии пневмококка, делая ее безвредной. Из почвенного микроба B. brevis он выделил тиротрицин, который обладал высокой токсичностью для большого числа бактерий. Позже было обнаружено, что тиротрицин представляет собой смесь пептидов грамицидин и тироцидин. Они оказывают токсическое воздействие на красные кровяные клетки и репродуктивные клетки человека, однако при наружном применении в виде мази тироцидин может также использоваться в качестве мощного противомикробного средства. Открытие Дубоса помогло возродить интерес к исследованиям пенициллина.
Механизм действия
Тироцидин обладает уникальным способом действия, в котором он нарушает функцию клеточной мембраны, что делает его благоприятной мишенью для инженерных производных. Тироцидин, по-видимому, нарушает липидный бислой внутренней мембраны микроба, проникая в липидную фазу мембраны. Точная аффинность и местоположение тироцидина в фосфолипидном бислое пока не известны.
Биосинтез
Биосинтез тироцидина аналогичен грамицидину S и осуществляется с помощью нерибосомных белковых синтетаз (НРПС). Его биосинтез осуществляется посредством ферментативного сборника, состоящего из 3 пептидных белков синтетазы, TycA, TycB и TycC, которые содержат 10 модулей. Различные тироцидинные аналоги (AD) производятся не разными ферментами, а ферментной системой, способной включать в себя различные аминокислоты с схожей структурой в определенных местах. Последовательность аминокислот определяется организацией фермента, а не каким-либо шаблоном РНК. Тироцидин-синтетазы TycA, TycB и TycC кодируются на тироцидин-опероне. Она состоит из трех генов, кодирующих три синтетазы, а также трех дополнительных открытых рамков чтения (ОРФ). Эти ORF, обозначенные как TycD, TycE и TycF, находятся ниже по течению трех генов синтетазы (см. рисунок 2). TycD и TycE имеют наибольшее сходство с членами семейства транспортеров связывающих кассет АТФ (ABC), которые помогают в транспортировке субстратов через мембрану. Предполагается, что тандем-транспортеры играют роль в создании резистентности в клетке-производителе через секрецию тироцидина. TycF был идентифицирован как тиоэстераза (TE) и похож на другие TEs в бактериальных оперонах, используемых для кодирования пептидных синтетаз. Однако точная функция этих ТЭ остается неизвестной. Удлинение пептидной цепи достигается путем конденсации PCP вверх по потоку на прилегающий к нему вниз по потоку связанный PCP мономер. Некоторые домены имеют модифицированные поддомены, такие как поддомен E, наблюдаемый в доменах 1 и 4 в тироцидине, который будет генерировать аминокислоту с конфигурацией D. На последнем модуле находится домен TE, используемый в качестве катализатора для циклизации или высвобождения продукта. Выделение продукта из белка- носителя достигается путем ацилирования серина ТЭ в активном месте, в котором декапептид переносится из тиолевого эфира в серинный остаток. Затем может происходить деацилирование путем внутримолекулярной циклизации или гидролиза для получения циклического или линейного продукта соответственно (см. рисунок 4). В случае тироцидина, закрытие кольца было показано как очень благоприятное из-за 4 H связей, помогающих декапептидному основанию принять стабильную конформацию (см. рисунок 5).
Химоэнзиматические стратегии
Не существует общего биохимического раствора для макроциклизации пептидной цепи. Изолированные домены тироцидина (Tyc) TE могут использоваться для циклизации химически полученных пептидиловых тиоэстерных субстратов, обеспечивая мощный путь к новым циклическим соединениям. Для того, чтобы произошла эта макроциклизация, пептидная цепь должна быть активирована на ее конце С с N ацетилцистеаминовой (SNAC) группой, оставляющей. Сканирование аланина через 10 позиций тироцидина показывает, что для достаточной циклизации требуются только D Phe и L Orn. Tyc TE также может использоваться биомиметически, в котором имитирует среду, созданную доменом TE с PCP субстрата с помощью синтетического связующего элемента, связанного с полиэтиленгликольной (PEG) амидной смолой. Использование этой смолы, связанной с желаемым субстратом с изолированным ТЭ, может позволить каталитическое высвобождение смолы, а также макроциклизацию субстрата (см. рисунок 6). Использование синтеза пептидов в твердой фазе (SPPS) позволило включить в пептидную цепь разнообразный массив мономеров. В последующих исследованиях использовался высокий уровень толерантности Tyc TE для синтетической модификации пост- основной части пептида. Это также позволило включить гликозилирование остатков тирозина или серина. Использование этих методов привело к созданию многих перспективных новых терапевтических средств.