CC BY
80
Биологически активные нерибосомальные пептиды. II. Нерибосомальные пептиды различного биологического действия
Т. И. ОРЛОВА, В. Г. БУЛГАКОВА, А. Н. ПОЛИН
Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
Biologically Active Nonribosomal Peptides.
II. Nonribosomal Peptides of Various Biological Action
T. I. ORLOVA, V. G. BULGAKOVA, A N. POLIN
M. V. Lomonosov Moscow State University, Moscow
Вторая часть обзора, посвященного изучению нерибосомальных пептидов.
Ключевые слова: нерибосомальные пептиды, противоопухолевая активность, противовирусная активность.
The second part of the review concerned with investigation of nonribosomal peptides.
Key words: nonribosomal peptides, antitumor activity, antiviral activity.
Нерибосомальные пептиды часто не обладают антимикробной активностью, но проявляют другие полезные и важные свойства. Это могут быть противоопухолевые и противовирусные соединения, вещества, взаимодействующие с иммунной системой, ингибиторы физиологических процессов.
Противоопухолевые соединения занимают значительное место среди нерибосомальных пептидов. Структуры этих веществ достаточно сложны. Пептидная часть молекулы, как правило, «замаскирована» другими фрагментами и трудно узнаваема. Часто биосинтез осуществляется системой НРПС-ПКС (гибридная нерибосомальная пептидсинтетаза-поликетидсинтетаза).
Сафрамицин А образуется Streptomyces laven-dulae, одновременно с ним синтезируется около 10 минорных компонентов, близких по структуре главному продукту; несколько сафрамици-нов получено направленным биосинтезом [1]. Структура сафрамицина А (рис. 1) представляет собой ядро, состоящее из двух гетероциклических хинонов и а-аминонитриловой боковой цепи. Хинонная часть молекулы образуется из двух молекул тирозина, боковая цепь — из глицина и аланина [2].
Сафрамицин А активен против опухолей Ы210, Р388, В16 меланомы. Механизмом дейст-
© Коллектив авторов, 2011
Адрес для корреспонденции: 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, МГУ, д. 1, стр. 12. МГУ им. М. В. Ломоносова
вия является ковалентное связывание восстановленной формы препарата с ДНК и превращение её в одноцепочечную [3]. По данным других авторов, происходит связывание восстановленного сафрамицина А с двуспиральной ДНК в области Г-Ц [4]. В обоих случаях снижается матричная активность ДНК.
Противоопухолевый агент БК228 образуется при культивировании Chromobacterium violaceum 968. Это — бициклический депсипептид, состоящий из 16-членного макролактона, содержащего эфирную связь, 17-членного цикла, участвующего в образовании этой же связи, и дисульфидного мостика. Кроме того, в структуру входит блок из 3 аминокислот (Б-Су5-Б-Уа1-Уа1), 2,3-дегидротреонина и Ь-(8-а-3-гидрокси-7-меркапто-трепт-4-еновой кислоты (рис. 2) [5]. В биосинтезе уникальной структуры участвует гибридная система НРПС-ПКС-НРПС. Внутри эукариотической клетки БК228 восстанавливается с участием глу-татиона, освобождённая сульфгидрильная группа образует комплекс с 2и2+, при этом ингибируется активность гистондеацилаз. Известно, что деаци-лированные гистоны, образование которых вызывается деацилазами, индуцируют начало и развитие хронической лимфатической лейкемии. Ингибирование активности деацилаз препаратом БК228 останавливает эти процессы [6].
Лейнамицин — тиазолсодержащее природное соединение, образуемое Streptomyces atroolivaceous [7]. Пятичленные циклы тиазолы и оксазолы, а также их восстановленные формы являются фар-
макофорами (носителями фармакологических свойств), общими для многих клинически важных природных продуктов, например, блеомицина.
Структура лейнамицина установлена спектроскопическим и Х-кристаллографическим анализом и подтверждена полным химическим синтезом. Молекула представляет собой 1,3-диоксо-1,2-дити-олан, который ¿р/го-фузирован с 18-членным мак-ролактамным циклом, остаток тиазола входит в состав этого цикла (рис. 3) [7]. Выделение и изучение генов биосинтеза лейнамицина показало, что их продуктами являются НРПС и ПКС — гибридная мегасинтетаза НРПС-ПКС, которая и синтезирует лейнамицин [8].
Лейнамицин обладает мощным противораковым действием, вещество особенно активно против клеток, устойчивых к клинически важным препаратам [7]. Мишенью действия является ДНК, биосинтез которой ингибируется в результате образования одноцепочечной ДНК при алкилирующем воздействии эписульфониум иона — промежуточного продукта восстановления лейнамицина [9].
Группа циклогексадепсипептидных веществ, близких по структуре к антибиотику азинотрици-ну [10], синтезируется стрептомицетами [11, 12] и актиномадурой [13]. В циклическую часть молекулы этих соединений входят в различных соотношениях пиперазиновая или дегидропиперази-новая кислоты, оксиаминокислоты треонин, серин, 3-оксилейцин, гидроксиламиноаланин, К-метилированные аминокислоты, аланин, глицин. Особенностью этих соединений является то, что свободная аминная группа 3-оксилейцина ацилирована пирановой кислотой, которая, в свою очередь, у каждого члена семейства имеет свои гидрофобные заместители. Верукопептин [13] активен против В16 меланомы, 0Е3 [14] — против панкреатической карциномы, пипалами-цин [12] индуцирует апоптоз у апоптозоустойчи-вых клеток панкреатической аденокарциномы АРС-1. Перечисленные соединения практически не активны против бактерий, и только кеттапеп-тин [11] обладает противоопухолевым действием и активен против бактерий и грибов. Вариапеп-тин и цитропептин малотоксичны и не обладают противоопухолевой активностью [15].
Для проявления противоопухолевой активности этой группой веществ важна целостность пептидного цикла [14]. Мишенью действия препаратов является фактор транскрипции Е2Р, при этом угнетается экспрессия генов, важных для функционирования и продвижения цикла клеток от 01 до 8 фазы [16].
Бингчамиды А и В выделены из мицелия БКе^отусез Ыщскеп§£ет18, представляют собой циклопентапептиды, активны против клеток карциномы линии НСР-116 желудочно-кишечного тракта. Возможно, их структуры могут быть ис-
Рис. 1. Структура сафрамицинов А.
Рис. 2. Структура противоопухолевого агента Fk228.
Рис. 3. Структура лейнамицина.
пользованы для получения новых противоопухолевых агентов [17].
Психрофилин Б образуется РгптШыт а^ёыт, является циклическим нитропептидом, в
состав цикла входят триптофан, антраниловая кислота; а-аминная группа триптофана превращена в нитрогруппу. Вещество активно против клеток лейкемии мышей Р388 [18].
Урактапелстатин А образуется морской бактерией Mechercharimyces asporophorigenes, ингибирует рост клеток рака лёгкого человека А549, клеток рака человека других линий [19, 20].
Скиталидамиды А и В синтезируются морскими грибами рода Scytalidium, представляют собой циклические гептапептиды, в состав которых входят Phe, MePhe, Leu, 3-MePro, MeLeu, Ala. Вещества цитотоксичны в отношении клеток аденокарциномы линии НСТ-116 желудочно-кишечного тракта человека [21].
Образуемые выделенной из риса культурой Fusarium sp. фузаристатины А и В отнесены к липо-пептидам, ингибируют активность топоизомераз I и II и нарушают рост клеток рака лёгкого L-65 [22].
Ракицидины А и В — циклолиподепсипепти-ды, синтезируемые Micromonospora sp. В состав соединений входят аминокислоты 3-оксиаспара-гин, саркозин, 4-амино-пента-2,4-диеновая кислота и 3-окси-2,4,16-три-метил-гепта декановая кислота. Соединения избирательно токсичны в отношении клеток М109 [23].
Некоторые нерибосомальные пептиды проявляют антивирусную активность.
Сурфактин и биосурфактанты инактивируют и дезинтегрируют вирусы (VSV, SFV, SHV-I). Инактивация зависит от гидрофобности (числа атомов углерода в жирной кислоте), заряда пептидной части и вида вируса, инактивация коррелирует с гемолитическим действием. Наиболее эффективен сурфактин с С-15 кислотой и одним отрицательным зарядом [24].
Циклогексадепсипептид боверицин — микотоксин, выделенный из плесневого гриба Beauveria bassiana. Цикл образуется чередованием остатков L-N-метил-фенилаланина и D-а-окси-изовале-риановой кислоты. Вещество — новый мощный ингибитор интегразы вируса иммунодефицита человека и обратимой транскриптазы вируса Моло-ни лейкемии грызунов [25].Одновременно бове-рицин активен против грамположительных бактерий, микобактерий, насекомых. Вещество цитотоксично, является иммуносупрессором, увеличивает ионную проницаемость мембран.
Аргирины — циклооктапептиды из миксо-бактерий, смесь нескольких родственных соединений, образуемых аминокислотами: Try, Gly, дегидро-Ala, Ala, Sar, 2(1-аминоэтил)-тиазол-4-карбоновая кислота, метокси-Try. Аргирины являются иммуносупрессорами [26, 27].
Липопептидный антибиотик сурфактин подавляет стимулируемую липополисахаридом LPS адгезию клеток HL-60 эпителиальными клетками вены человека [28].
Комплестатин — соединение ванкомициново-го типа, синтезируемое Streptomyces lavendulae. Вещество не активно против микроорганизмов, но взаимодействует с иммунной системой. Связываясь с комплементом, комплестатин ингибирует гемолиз эритроцитов, фибринолиз, генерирование анафилатоксинов. Наблюдалось также ингибирование процесса связывания gp120-CD 4 [29, 30].
Бовериолиды I и III из культуры гриба Beauveria sp.FO-6979 ингибируют синтез эфира холестерина, не оказывая влияния на синтез триглицеридов и фосфолипидов. Образование эфира холестерина происходит между выходом холестерина из лизосомы и синтезом его в эндо-плазматическом ретикулуме. Бовериолиды I и III ингибируют активность ацил-СоА-трансферазы триглицеридов и фосфолипидов в макрофагах мышей. В структурном отношении бовериолиды I и III представляют собой циклотетрадепсипеп-тиды. В состав цикла входит 3-окси-4-метил-ок-тановая кислота, аминокислоты D-алло-изолейцин, аланин и фенилаланин (бовериолид III), D-лейцин, аланин и фенилаланин (бовериолид I). Жирная кислота ацилирует аминную группу фенилаланина, а 3-окси-группа образует лактон-ную связь с карбоксилом D-алло-изо-лейцина (D-лейцина) [31, 32]. Бовериолиды I и III — первые микробные депсипептиды с антиатероскле-ротическим эффектом.
Клоностахизины А и В — циклононапептиды из морских грибов Clonostachys rogersoniana. Из девяти входящих в структуру аминокислот семь являются N-метилированными (Ala, Ile, Leu, Val или Ile, Tyr, Gly) и два неметилированными (Ala и Pro). Пептиды не имеют антимикробной активности, но селективно ингибируют рост двужгутиковых микроводорослей Prorocentrum micans [33].
Циклоаспептиды активны против малярийного плазмодия [34].
Липопептиды сурфактин и лихенизин — поверхностно-активные соединения, снижающие поверхностное натяжение жидкостей, что важно для разделения фаз жидкостей. Их варианты, различающиеся структурой жирной кислоты и рядом аминокислот в различных точках пептидной цепи (биосурфактанты), также снижают поверхностное натяжение жидкостей с различной эффективностью в зависимости от структуры жирной кислоты и аминокислотных заместителей [35].
Заключение
Интерес к микробным пептидным продуктам возник со времени открытия пенициллина, а работами Липмана [36] и других бышо показано, что биосинтез этих пептидов осуществляется тиомат-рицами (энзиматическими комплексами) без участия рибосом. Интенсивное изучение нерибо-сомальных пептидов обнаружило их природное
разнообразие — структурное и, соответственно, разнообразие их биологических свойств.
Кроме антимикробных веществ с различным механизмом действия и активных против определенных групп микроорганизмов, синтезируются противоопухолевые соединения, иммуносупрессоры и иммуномодуляторы, ингибиторы разнообраз-
ЛИТЕРАТУРА
1. Mikami Y, Takahashi K., Yazawa K. et al. Structural studies on minor components of saframycin group antibiotics: saframycins F, G and H. J Antibiot 1988; 41: 6: 734—740.
2. Kishi K, Yazawa K, Takahashi K. et al. Structure-activity relationships of saframycins. Ibid 1984; 37: 8: 847—852.
3. Lown J. W, Joshua A. V., Lee J. S. Molecular mechanisms of binding and single-strand scission of deoxyribonucleic acid by the antitumor antibiotics saframycins A and C. Biochemistry 1982; 21: 3: 419—428.
4. Ishiguro K, Takahashi K., Yazawa K. et al. Binding of saframycin A, a heterocyclic quinine anti-tumor antibiotic to DNA as revealed by the use of the antibiotic labeled with [14C]tyrosine or [14C]cyanide. J Biol Chem 1981; 256: 5: 2162—2167.
5. Ueda H, Nakajima H., Hori Y. et al. FR901228, a novel antitumor bicyclic depsipeptide produced by Chromobacterium violaceum No968. I. Taxonomy, fermentation, isolation, physico-chemical and biological properties, and antitumor activity. J Antibiot 1994; 47: 301—310.
6. Xiao J. J., Byrd J., Marcucci G. et al. Identification of thiols and glutathione conjugates of depsipeptide FK228 (FR901228), a novel histone protein deacetylase inhibitor, in the blood. Rapid Commun. Mass Spectrom 2003; 17: 757-766.
7. Hara M, Takahashi I., Yoshida M. et al. DC 107, a novel antitumor antibiotic produced by a Streptomyces sp. J Antibiot 1989; 42: 2: 333—336.
8. Cheng Y.-Q, Tang G.-L., Shen B. Identification and localization of the gene claster encoding biosynthesis of the antitumor macrolactam leinamycin in Streptomyces atroolivaceus S-140. J Bacteriol 2002; 184: 24: 7013-7024.
9. Hara M, Saitoh Y, Nakano H. DNA strand scission by the novel antitumor antibiotic leinamycin. Biochemistry 1990; 29: 24: 5676—5681.
10. Maehr H, Liu C.-M, Palleroni N. J., Smallheer J. et al. Microbial products. VIII. Azinothricin, a novel hexadepsipeptide antibiotic. J Antibiot 1986; 39: 1: 17—25.
11. Maskey R. P., Fotso S., Sevvana M. et al. Kettapeptin: isolation, elucidation and activity of a new hexadepsipeptide antibiotic from a terrestrial Streptomyces sp. J Antibiot 2007; 59: 5: 309—314.
12. Uchihata Y., Ando N., Ikeda Y. et al. Isolation of a novel cyclic hexa-depsipeptide pipalamycin from Streptomyces as an apoptosis-inducing agent. J Antibiot 2002; 55: 1: 1—5.
13. Sugawara K., Toda S., Moriyama T. et al. Verucopeptin, a new antitumor antibiotic active against B16 melanoma. II. Structure determination. J Antibiot 1993; 46: 6: 928—935.
14. Sakai Y., Yoshida T., Tsujita T et al. GE3, a novel hexadepsipeptide antitumor antibiotic, produced by Streptomyces sp. J Antibiot 1997: 50: 8: 659-664.
15. Nakagawa M., Hayakawa Y., Furihata K., Seto H. Structural studies on new depsipeptide antibiotics, variapeptin and citropeptin. J Antibiot 1990; 43: 5: 477—484.
16. Agatsuma T., Sakai Y., Mizukami T., Saitoh Y. GE3, a novel hexadepsipeptide antitumor antibiotic, produced by Streptomyces sp. J Antibiot 1997: 50: 8: 704—709.
17. Xiang W-S, Wang J-D., Wang X-J., Zhang J. Bingchamides A and B, two novel cyclic pentapeptides from the Streptomyces bingchenggensis: fermentation, isolation, structure elucidation and biological properties. J Antibiot 2009; 62: 9: 501—505.
18. Dalsgaard P. W., Larsen T. O., Christophersen C. Bioactive cyclic peptides from the psychrotolerant fungus Penicillium algidum. J Antibiot 2005; 58: 2: 141—144.
19. Matsuo Y., Kanoh K., Yamori T. et al. Urukthapelstatin A, a novel cytotoxic substance from marine-derived Mechercharimyces asporophori-genes YM11-542. 1. Fermentation, isolation and biological activities. J Antibiot 2007; 60: 4: 251—255.
ных биохимических процессов, антивирусные соединения — широкий спектр практически значимых продуктов. К сожалению, процесс получения и освоения этих соединений длительный и затратный. Тем не менее мир микроорганизмов является важным ресурсом в получении новых продуктов как медицинского, так и иного назначения [37, 38].
20. Matsuo Y., Kanoh K., ImagawaH. et al. Urukthapelstatin A, a novel cytotoxic substance from marine-derived Mechercharimyces asporophorigenes YM11-542. 11. Physico-chemical properties and structural elucidation. J Antibiot 2007; 60: 4: 256—260.
21. Tan L. T., Cheng X. C., Jensen P. R., Fenical W. Scytalidamides A and B, new cytotoxic cyclic heptapeptides from a marine fungus of the genus Scytalidium. J Org Chem 2003; 68: 23: 8767-8773.
22. Shiono Y., Tsuchinari M., Shimanuki K. et al. Fusaristatins A and B, two new cyclic lipopeptides from an endophytic Fusarium sp. J Antibiot 2007; 60: 5: 309—316.
23. McBrien K. D., Berry R. L., Lovve S. E. Rakicidins, a new cytotoxic lipopeptides from Micromonospora sp. Fermentation, isolation and characterization. J Antibiot 1995; 48: 12: 1445—1452.
24. Kracht M., Rokos H., Ozel M. et al. Antiviral and hemolytic activities of surfactin isoforms and their methyl ester derivatives. J Antibiot 1999; 52: 7: 613—619.
25. Shin C.-G., An D.-G., Song H.-H., Lee C. Beauvericin and enniatins H, I and MK1688 are new potent inhibitors of human immunodeficiency virus type-1 integrase. Beauvericin and enniatins H, I and MK1688 are inhibitors of HIV-1 integrase. J Antibiot 2009; 62: 12: 687—690.
26. Sasse F., Steinmetz H., Schupp T. et al. Argyrins, immunosuppressive cyclic peptides from myxobacteria. I. Production, isolation, physicochemical and biological properties. J Antibiot 2002; 55: 6: 543—551.
27. Vollbrecht L., Steinmetz H., Hofle G. et al. Argyrins, immunosuppressive cyclic peptides from myxobacteria. II. Structure elucidation and stereochemistry. J Antibiot 2002; 55: 8: 715—721.
28. Takahashi T., Ohno O., Ikeda Y. et al. Inhibition of lipopolysaccharide activity by a bacterial cyclic lipopeptide surfactin. J Antibiot 2006; 59: 1: 35—43.
29. Matsuzaki K., Ikeda H., Ogino T. et al. Chloropeptines I and II, novel inhibitors against gp120-CD4 binding from Streptomyces sp. J Antibiot 1994; 47: 10: 1173—1174.
30. Kaneko I., Kamoshida K., Takahashi S. Complestatin, a potent anticomplement substance produced by Streptomyces lavendulae. I. Fermentation, isolation and biological characterization. J Antibiot 1989; 42: 2: 236—241.
31. Namatame I., Tomoda H., Si S. et al. Beauveriolides, specific inhibitors of lipid droplet formation in mouse macrophages, produced by Beauveria sp. FQ-6979. J Antibiot 1999; 52: 1: 1—6.
32. Namatame I., Tomoda H., Tabata N. et al. Structure elucidation of fungal beauveriolide III, a novel inhibitor of lipid formation in mouse macrophages. J Antibiot 1999; 52: 1: 7—12.
33. Adachi K., Kanoh K., Wisespongp P. et al. Clonostachysins A and B, new antidinoflagellate cyclic peptides from a marine-derived fungus. J Antibiot 2005; 58: 2: 145-150.
34. Fredenhagen A., Molleyres L.-P., Bolendorf B., Laue G. Structure determination of neoefrapeptins A to N: peptides with insecticidal activity produced by the fungus Geotrichum candidum. J Antibiot 2006; 59: 5: 267—280.
35. Grangemard I., Bonmatin J.-M., Bernillon J. et al. Lichenysins G, a novel family of lipopeptide biosurfactants from Bacillus licheniformis IM1307: production, isolation and structural evaluation by NMR and mass spectrometry. J Antibiot 1999; 52: 4: 363—373.
36. Lipmann F. Attempts to map a progress evolution of peptide biosynthesis. Science 1971; 173: 4000: 875—884.
37. Бибикова М. В., Пушевская Т. О., Катлинский А. В. Гифомицеты — продуценты циклодепсипептидных соединений. Антибиотики и химиотер 2010; 55: 2—4: 35—44.
38. Соболевская М. П., Кузнецова Т. А. Биоактивные соединения морских актиномицетов. Биоорган химия 2010; 36: 5: 607—621.
