CC BY
27УДК 582.282.123.4:577.121
НИЗКОМОЛЕКУЛЯРНЫЕ БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ МЕТАБОЛИТЫ ASPERGILLUS WENTII (КРАТКИЙ ОБЗОР)
Расулова С.С. (студент), Рябинин И.А. (м.н.с., ассистент кафедры)*
Северо-Западный государственный медицинский университет им. И.И. Мечникова: НИИ медицинской микологии им. П.Н. Кашкина, лечебный факультет, кафедра медицинской микробиологии, Санкт-Петербург, Россия
© Расулова С.С., Рябинин И.А., 2017
В обзорном сообщении кратко охарактеризованы некоторые вторичные метаболиты Aspergillus wentii. Приведены структурные формулы 17 веществ, для 15 из них разными авторами изучены антибактериальное, противогрибковое и противоопухолевое действие (в разной степени подробности). Наиболее полно изложены сведения о антинеопластической активности вентилактона В, активность которого в оригинальной работе выявили на клетках линии гепатомы человека SMMC-7721. Установлено, что это вещество в опухолевых клетках вызывает остановку клеточного цикла в фазе G2 и индуцируют апоптоз. Данный эффект реализуется, главным образом, посредством взаимодействия со звеньями сигнальной системы Ras/Raf/MAPK, увеличения концентрации активных форм кислорода, изменения в системе контроля апоптоза, связанной с митохондриями. Механизм действия вентилактона В сопоставлен с механизмами действия других противоопухолевым метаболитов из Aspergillus spp. и Penicillium spp.
Ключевые слова: апоптоз, вентилактон В, низкомолекулярные метаболиты, противоопухолевые соединения, Aspergillus wentii
THE LOW-MOLECULAR-WEIGHT BIOLOGICALLY ACTIVE METABOLITES OF ASPERGILLUS WENTII (MINIREVIEW)
Rasulova S.S. (student), Ryabinin I.A. (junior scientific researcher, assistant of the chair)
North-Western State Medical University named after I.I. Mechnikov: Kaschkin Research Institute of Medical Mycology, Clinical faculty, Chair of Medical Microbiology, St. Petersburg, Russia
© Rasulova S.S., Ryabinin I.A., 2017
In the review some secondary metabolites of Aspergillus wentii are briefly described. Structural formulas of 17 substances are given, for 15 of these substances antibacterial, antifungal and antitumor effects have been studied (to varying degrees) by different authors. The most complete information is presented on the antineoplastic activity of wentilactone B, whose action in the original work was revealed on the cells line of the human hepatoma SMMC-7721. As it turned out, this substance cause the cell cycle arrest in G2-phase and induce apoptosis in tumor cells. This effect is realized mainly through interaction with the Ras/Raf/MAPK signaling system, also by increasing the concentration of reactive oxygen species, and by change in the apoptosis control system associated with mitochondria. The mechanism of action of wentilactone B was compared with the mechanisms of action of other antitumor metabolites from Aspergillus spp. and Penicillium spp.
Key words: antitumor substances, apoptosis, Aspergillus wentii, low-molecular-weight metabolites, wentilactone B
ВВЕДЕНИЕ
Низкомолекулярные вторичные метаболиты (экс-тролиты) микроскопических грибов привлекают интерес микологов, а также исследователей из других областей биомедицинских наук по различным причинам. Первые этапы истории изучения малых метаболитов связаны с эпохой активного поиска антибиотиков, начавшейся после открытия пенициллина. Однако подавляющее большинство обнаруженных антибактериальных метаболитов оказались слишком токсичными также и для эукариот, поэтому так и не нашли применения в фармакотерапии инфекций. Тем не менее, был накоплен большой опыт по выявлению новых биогенных соединений и изучению их свойств. Эти наблюдения, в свою очередь, оказались полезными для другой отрасли микологии и биохимии, связанной с микоток-сигенными грибами. На современном этапе средства аналитической химии, включая высокоэффективную жидкостную хроматографию в сочетании с электроспрей-ионизационной масс-спектрометрией, позволяют выявлять целый комплекс низкомолекулярных метаболитов и использовать полученные сведения для экспертной видовой идентификации в качестве дополнительного таксономического признака [1].
Сравнительно новое направление исследования экстролитов микроскопических грибов связано с поиском средств терапии новообразований. В данной сфере удалось достичь определенных успехов, в частности, благодаря обнаружению метаболитов трихо-комовых аскомицетов из родов Penicillium (вместе с Eupenicillium, Talaromyces) и Aspergillus, обладающих такими свойствами [2].
В данной работе представлены сведения о некоторых низкомолекулярных соединениях редкого в медицинской практике трихокомового аскомицета -Aspergillus wentii Wehmer в аспекте их антимикробного и антинеопластического действия.
A. wentii и его метаболиты.
A. wentii - представитель аспергиллов секции Cremei, который впервые обнаружили как эндосим-бионт бурых водорослей рода Sargassum и в настоящее время используют в пищевой промышленности для производства пектиназы и некоторых других ферментов [3]. Также этот гриб выделяли из различных пищевых продуктов, в том числе из соленой рыбы, китайских каштанов и попкорна. Ранее A. wentii не ассоциировали с микозами человека [4]. Однако известен редкий случай возникновения некротического наружного отита, вызванного этим аспергиллом [5]. К штаммам данного вида проявляют интерес по причине продукции биологически активных метаболитов: аспе-ролидов А-С, вентилактонов А и В, ботриосферина В, вещества LL-Z1271-ß, аспервентинов А-С, икатинов А-С, антрахиноновых соединений и их производных. Структурные формулы этих веществ приведены на рисунке 1. Далее в тексте для удобства вещества обозначены порядковыми номерами, указанными на рисунке.
Контактное лицо: Рябинин Игорь Андреевич, e-mail: Igor.Ryabinin@szgmu.ru
Рис.1. Низкомолекулярные метаболиты («экстролиты») А. <мепТи. Структурные формулы воссозданы по оригинальным
публикациям в редакторе (MolView: http://molview.org/).
Исследования антимикробного, противоопухолевого и токсического действия «малых» метаболитов A. wentii.
Соединения, отмеченные на рисунке 1 под №№ 1-8 (тетранорабдановые дитерпеноиды, асперолиды А-С (1-3), вместе с пятью родственными производными (4-8)), изучены группой китайских исследователей в отношении цитотоксической активности против некоторых опухолевых клеточных линий человека:
1. ИеЬа - классическая линия эпителиоидной карциномы шейки матки;
2. Иер02 и 8ММС-7721 - линии гепатокарциномы;
3. МБА-МБ-231 и МСБ-7 - линии злокачественных новообразований молочной железы;
4. МС1-И460 - линия карциномы легкого;
5. 8Ш1990 - линия опухоли поджелудочной железы.
Ни одно из этих веществ в опыте не проявило значительную цитостатическую активность (константы полуингибирования 1С50<10 мкМ), однако соединения 1, 2 и 4-6 оказали слабое действие в отношении различных клеточных линий, которое выражалось значениями 1С50, уступающими 5-фторурацилу, но превосходящие адриамицин, причем вещество 6 (вентилактон В) сочли наиболее активным среди протестированных
соединений (IC50=17 мкМ). Соединения №№ 1, 4-6 и 8 дополнительно изучены на антибактериальную активность против MRSA, Pseudomonas aeruginosa, P. fluorescens и Bacillus subtilis, а также противогрибковую активность в отношении Candida albicans с использованием диско-диффузионного метода. Обнаружили, что соединение 4 (тетранордитерпеноидное производное) до некоторой степени подавляет рост C. albicans, что отражает минимальная ингибирующая концентрация, равная 16 мкг/мл, в то время как другие четыре метаболита проявляли более слабое антифунгальное действие.
Также при исследовании культуральной жидкости A. wentii обнаружили три новых производных ксанто-на - икатин А (9), икатин В (10) и икатин С (11), а также три известных производных антрахинона - алатинон
(12), 1,5-дигидрокси-3-метокси-7-метилантрахинон
(13) и 5-гидрокси-1,3-диметокси-7-метилантрахинон
(14) [3]. Икатины изучили на антибактериальную активность в отношении E. coli и Staphylococcus aureus и на противогрибковую активность в отношении мице-лиальных грибов Colletotrichum lagenarium (фотопатоген) и Fusarium oxysporum с применением диско-диффузионного метода при нагрузке 10 мг на диск, а также
на токсичность в отношении модельного организма Artemia salina [6]. Выявили, что икатины В и С активны против кишечной палочки (диаметр зоны задержки роста - 9 мм и 12 мм соответственно). Икатин С обладает способностью ингибировать рост E. coli (12 мм), S. aureus (7,5 мм) и C. lagenarium (11 мм). Икатины проявили слабую токсичность для Artemia salina - константы полуингибирования (IC50) для веществ А, В и С составили 0,20; 0,22 и 0,30 ммоль/мл соответственно.
Для оценки биологических эффектов аспервенти-нов A - C (15-17) их тестировали на токсичность для A. salina и трех видов морских фитопланктоных водорослей (Chattonella marina, Heterosigma akashiwo и Alexandrium sp.) [6; Schrader K.K. et al., 1997]. В результате установлено, что для A. salina наиболее токсичен аспервентин В (LC50=6,36 мкМ). Кроме того, аспер-вентин А, в сравнении с прочими соединениями, более активен по отношению к C. marina и H. akashiwo, с величинами LC50 равными 0,81 и 2,88 мкМ соответственно; аспервентин С был более активным против Alexandrium sp. (LC50=8,73 мкМ). Авторы эксперимента заключили, что данные эффекты отражают биологическую значимость наличия для аспервертинов (представителей класса изопимарановых дитерпенов) ароматического кольца в положении B.
Противоопухолевое действие вентилактона В и его молекулярный механизм.
Среди «малых» метаболитов A. wentii наиболее подробно изучены биологические эффекты вентилактона В (Рис. 1 (5)). Показано, что он оказывает цитотокси-ческий эффект в отношении различных клеточных линий из злокачественных новообразований [3]. В частности, это соединение индуцирует апоптоз, а также ингибирует пролиферацию и миграцию клеток линии гепатомы человека SMMC-7721 [7]. Согласно результатам теста оценки клеточного дыхания с солью тетра-золия (МТТ), вентилактон В заметно ингибирует пролиферацию клеток линии SMMC-7721, но не снижает жизнеспособность нормальных клеток, что свидетельствует о том, что данное соединение проявляет селективность между нормально дифференцированными и раковыми клетками. В настоящем разделе далее нами приведены сведения о механизмах антионкогенного действия ветилактона В. Для понимания данного материала необходимо краткое представление о молекулярных «звеньях» этого механизма:
Bcl-2, Bax и Bcl-XL - группы регуляторных белков, связанные с апоптотическими и антиапоптотически-ми реакциями.
CD44 (Р-гликопротеин-1) - тансмембранный белок, находящийся на поверхности многих типов клеток и выполняющий различные функции. По-видимому, в нормально дифференцированных клетках главной функцией CD44 является связывание с гиалуронаном (гликозаминогликаном внеклеточного матрикса), в то же время в атипичных клетках некоторых новообразований гиперэкспрессия изоформ CD44 - один из молекулярных механизмов формирования метастазов [8].
EGFR - трансмембранная протеинкиназа, рецептор для эпителиального фактора роста, является мишенью некоторых новых противоопухолевых средств. Известны мутации в гене, кодирующем EFGR, которые ассоциированы с канцерогенезом [9].
Система MAPK/ERK - система внутриклеточной
передачи различных внешних (прежде всего - химических) сигналов, участвующая в регуляции клеточного деления, дифференцировки, миграции, старения и апоптоза. Сигнальная система MAPK/ERK включает 4 обособленных сигнальных пути, соответствующих важнейшим протеинкиназам: ERK1/2 и ERK5 (внеклеточный сигнал-опосредующие киназы), JNK (N-концевая киназа Jun), p38-MAPK (митоген-активи-руемая протеинкиназа, связанная с критическими воздействиями) [10].
SP600125 - ингибитор киназы JNK, способствующий образованию полимеризованного тубулина, что приводит к остановке клеточного цикла на этапе смены фаз G2/M, эндодермализации (в эмбриональных тканях) и торможению апоптоза.
Ras - семейство ГТФаз, опосредующих передачу различных сигналов с мембраны клетки на различные сигнальные пути (вплоть до изменения экспрессии генов). Являются активаторами звеньев системы передачи сигналов MAPK/ERK. Соматические мутации в генах, кодирующих Ras, - один из наиболее типичных механизмов онкогенеза [11].
c-Raf - сериновая/треониновая протеинкиназа, входящая в состав сигнальной системы МАРК (путь ERK 1/2) [Sridhar S.S. et al, 2005].
p53 - важный фактор транскрипции, связанный с ответом клетки на различные стрессовые воздействия, регулирующий репарацию ДНК, некоторые переключения метаболизма, вход в апоптоз, остановку клеточного цикла. Мутантные варианты р53 свойственны многим типам злокачеств енных новообраз ований [12].
p21 (p21WAF1/Cip1) - ингибитор циклин-зави-симой киназы 2, являющийся одним из регуляторов транскрипции генов, процессов дифференцировки клеток, смены стадий клеточного цикла и индукции апоптоза, а также инициаторов репарации ДНК. В определенной степени функции р21 и р53 сходны, но их действие независимо. Ядерная и цитоплазматиче-ская формы р21 иногда проявляют полярно различающиеся по направленности эффекты. В опухолевых клетках значение уровня экспрессии р21 различается у новообразований разных типов: во многих опухолях высокая экспрессия р21 указывает (при наличии соответствующего лечения) на благоприятный прогноз, в других - ассоциирована с инвазией в глубокие ткани и метастазированием [13].
PARP - поли-АДФ-рибоза-полимеразы - группа ферментов, активирующих путем АДФ-рибозилирования различные регуляторные белки. Играют роль во многих внутриклеточных сигнальных путях, в том числе инициируют репарацию ДНК, опосредуют (прямо или косвенно) действие регуляторных белков р21 и р53. Разрабатывают приемы ингибирования ферментов типа PARP, чтобы останавливать процесс репарации ДНК в опухолевых клетках, подвергнутых действию химиотерапевтических препаратов [14].
Циклин B1 - регуляторный белок, инициирующий (в комплексе с циклин-зависимой киназой 1 - ее кодирует ген cdc2) начальные этапы митоза [Porter L.A., Donoghue D.J., 2003].
Каспазы - ферменты-триггеры различных форм программируемой клеточной гибели;
z-VAD-fmk - синтетический ингибитор каспаз ^-бензилоксикарбонил-валил-аланил-аспартил(О-
метил)-фторметилкетон).
При исследованиях, проведенных в отношении влияния вентилактона B на индуцированный апоп-тоз, выявили, что ключевыми «звеньями» регуляции этого процесса являются антиапоптотический фактор Bcl-2 и проапоптозный фактор Bax. Обработка клеток SMMC-7721 дозами вентилактона В, составившими 20 и 40 мкМ, в течение 24 ч приводила к повышению экспрессии проапоптозного фактора Bax и снижению экспрессии антиапоптотического фактора Bcl-2. Более того, вентилактон В существенно сократил число и размеры колоний опухолевых клеток. Однако, как оказалось, в индуцированном вентилактоном В апоптозе клеток линии SMMC-7721 участвуют также и другие митохондриальные апоптотические пути, не связанные с Bax/Bd-2-зависимым механизмом. При действии вентилактона В торможение миграции клеток SMMC-7721 происходит за счет подавления экспрессии маркера CD44 и белка EGFR [4].
В последующей работе Zhang Z. и соавторы продемонстрировали, что вентилактон B вызывает апоптоз и подавляет развитие метастазов клеточных линиях HCC (гепатоцеллюлярная карцинома) in vivo и in vitro. Более того, соединение инициировало остановку клеточного цикла в фазе G2 и индуцировало апоптоз с помощью сигнального пути MAPK. Воздействие вен-тилактона B на клетки SMMC-7721 также приводит к блокированию фазы клеточного цикла G2, снижению уровня фосфорилированной формы p53, p21 и белков, связанных с переходом фаз G2/M. Сниженная активность гена cdc25C (индуктор митоза) и последующее увеличение фосфорилирования продукта гена cdc2 являются отличительной чертой остановки клеточного цикла на фазе G2/M [Perdiguero E., Nebreda A.R., 2004]. Предполагают, что cdc25C регулирует вход в митоз, влияя на активацию комплекса cdc2/циклин B1. Продукт гена cdc25C обладает низкой активностью в нефосфорилированной форме, но после гиперфосфо-рилирования он катализирует активацию комплекса cdc2/циклин B1 [Gabrielli B.G. et al., 1997]. С другой стороны, комплекс cdc2/циклин B1 сам может фосфо-рилировать продукт ген cdc25C [Taylor W.R., Stark G.R., 2001; 15]. Действительно, при анализе клеточного цикла подопытной линии выявили отчетливую остановку на фазе G2 в клетках, обработанных вентилактоном B, а фосфорилирование р53, cdc2, cdc25C и p21 было усилено. Напротив, активность циклина B1, а также экспрессия генов cdc2 и cdc25C оказалась подавленной. Из вышеизложенного можно заключить, что остановка клеточного цикла в стадию G2 при действии вентилак-тона В связана с качественными и количественными изменениями в составе регуляторных белков.
Апоптоз - базовый процесс, необходимый для развития и поддержания гомеостаза тканей, является основным механизмом ликвидации злокачественно-измененных клеток [16]. Таким образом, эффективная стратегия профилактики и лечения новообразований, по-видимому, должна быть нацелена на сигнальные промежуточные «звенья» в путях, индуцирующих апоптоз [Sun S.Y. et al., 2004]. Удалось показать экспериментально, что вентилактон В вызывает апоптоз, зависящий по эффективности от времени воздействия и дозы вещества. Одним из начальных, инициирующих этапов апоптоза клеток млекопитающих, является
комплекс цитофизиологических актов, происходящих на уровне митохондрий, тесно связанный с глобальной системой выживания клетки [Hengartner M.O., 2000]. В митохондриях апоптоз инициируется через повышение проницаемости наружной мембраны, уменьшение величины Д^м (мембранного потенциала), высвобождение цитохрома С и повышение продукции активных форм кислорода [17]. При воздействии вентилактона В на клетки линии SMMC-7721 наблюдали значительное увеличение протеолитического расщепления каспаз-9, -7, -3 и PARP, но не каспазы-8. Синтетический ингибитор каспазы z-VAD-fmk почти остановил индуцированный апоптоз, что указывает на факт зависимости апоптоза, вызванного вентилактоном B, от событий, происходящих в митохондриях. В то же время увеличение концентрации цитоплазматического цитохрома C, которое происходит за счет его высвобождения из митохондрий в обработанных вентилактоном клетках, указывает на активацию собственного пути апоптоза митохондрий. Кроме того, в апоптоз были вовлечены как проапоптотические, так и антиапоптотические белки семейства Bcl-2 [18]. В клетках, обработанных вентилактоном В, последовательно было обнаружено подавление синтеза Bcl-XL и Bcl-2 и стимулирование проапоптозных белков семейства Bax; все эти факты согласуются с индукцией апоптоза.
Апоптоз, индуцированный вентилактоном B, сопровождался накоплением активных форм кислорода, притом предварительная обработка клеток антиокси-дантом N-ацетилцистеином частично предотвращала связанное с эффектом вентилактона B увеличение числа клеток, где возник апоптоз, хотя N-ацетилцистеин почти не восстанавливал до нормального состояния клетки с остановкой в фазе G2. Данное обстоятельство указывает, что вызванная вентилактоном В гибель клеток опосредована активацией апоптотических путей, связанных с гиперпродукцией активных форм кислорода, а также остановку в фазе цикла G2, не связанную с образованием перекисных соединений [7].
Среди внутриклеточных сигнальных путей типа MAPK активацию пути ERK многие исследователи уже давно ассоциируют с пролиферацией и ростом, а в некоторых случаях - и с апоптозными сигнальными путями. Путь JNK, как правило, ответственен за апоптотический ответ, индуцированный некоторыми агентами, повреждающими ДНК [Shen H.M., Liu Z.G., 2006]. Обработка клеток вентилактоном B приводила к активации фосфорилирования внеклеточной сигналь-но-регулируемой киназы (ERK) и c-Jun N-концевой киназы (JNK). Анализ результатов проточной цито-метрии показал, что только ингибитор JNK заметно подавляет апоптоз, индуцированный вентилактоном B, а ингибитор ERK отменяет вызванную вентилактоном остановку фазы G2. Кроме того, активация ERK участвует в накоплении фосфорилированной формы продукта гена cdc2, что может быть связано с уменьшением биологического эффекта гена cdc25C, а это, в конечном счете, приводит к последующей остановке фазы G2. Активация JNK при действии вентилактона В участвует в опосредованном апоптозе, который можно подавлять ингибитором JNK - веществом SP600125. Эти результаты доказывают, что передача биохимического сигнала через ERK опосредует блокирование перехода фаз клеточного цикла G2/M. Кроме того,
можно утвердительно заключить, что при индукции апоптоза вентилактоном В важное значение имеет каскад ^К. Взаимодействие факторов, регулирующих эффект вентилактона В на опухолевые клетки, показано графически на рисунке 2.
Рис. 2. Система, опосредующая действие вентилактона В на клетки линии SMMC-7721. Схема построена в соответствии с оригинальной схемой по Zhang Z. и соавторам [7]. Условные обозначения: wentilactone В - вентилактон В, NAC - N-ацетилглюкозамин; ROS -активные формы кислорода; Cyto c - цитохром С; apoptosis - апоптоз; DNK damage - повреждение ДНК; G2/M phase arrest - остановка клеточного цикла в фазе G2; U0126 - 1,4-диамино-2,3-дициано-1,4-бис(2-аминофенилтио)-бутадиен (селективный ингибитор протеинкиназ). Прочие обозначения приведены в тексте.
После воздействия вентилактоном В повысился уровень Ras, а также фосфорилирование фактора c-Raf. Очевидно, вентилактон B инициирует передачу сигналов посредством системы Ras. Чтобы лучше понять механизмы того, как Ras/Raf-система активирует путь MAPK (важный в действии вентилактона В), клетки SMMC-7721 трансформировали по мишени RasN17. В результате такого вмешательства в геном оказалось, что у модифицированных клеток, доминантно-негативных по локусу RasN17, вентилактон не может индуцировать типичные для его действия апоп-тоз и остановку цикла в фазе G2. Таким образом, в вентилактон B-индуцированной активации каскадов ERK и JNK ключевую роль играет передача сигналов через систему Ras/Raf.
Для подтверждения вышеперечисленных явлений, полученных в результате экспериментов, и для дальнейшего изучения возможных эффектов вентилактона B был применен INVdock-анализ (биоинформационное (in silico) исследование, нацеленное на поиск вероятных белковых «мишеней» для известного низкомолекулярного соединения), который, как планировали авторы, позволит выявить белки, непосредственно связывающие вентилактон В при реализации его противоопухолевого эффекта. Таким путем в опухолевой линии удалось идентифицировать 69 белков, экспрессия которых была значительно изменена после воздействия вентилактона B. Среди этих белков обнаружены члены семейства p53 и суперсемейства протеинкиназ HRas, BRaf, PAK4 и CDK2, притом все они тесно связаны с каскадом MAPK [7]; более того, пять белков
группы HRas и BRaf являются иерархически вышерасположенными молекулярными компонентами пути MAPK [19; Shields J.M. et al., 2000]. Авторами оригинального сообщения было высказано предположение о том, что изменения в системе Раs/Raf/MAPK может быть вовлечено в онкогенез у человека посредством нерегулярной активации рецепторных тирозинкиназ или мутаций с усилением функции, главным образом, в кодирующих генах RAS или RAF [20]. Кроме того, Ras-GTP обладает высоким сродством к многочисленным иерархически нижерасположенным сигнальным белкам-эффекторам [Shields J.M. et al., 2000]. По этой причине для INVdock-анализа с целью прогнозирования способности связывать вентилактон В выбрали именно трехмерную структуру Ras-GTP. В результате INVdock-анализа, а также исследования с использованием SPR-биосенсорного анализа (метод наблюдения кинетики взаимодействия «лиганд - рецептор» в реальном времени на основе поверхностного плазмонно-го резонанса), оказалось, что вентилактон В способен непосредственно связывать Ras-GTP для активации нисходящего клеточного сигнального пути.
Таким образом стало очевидно, что вентилактон B оказывает противоопухолевый эффект в действии на клетки гепатомы человека линии SMMC-7721, которое опосредовано остановкой клеточного цикла в фазе G2 и апоптозом, возникающим посредством вовлечения митохондрий. Остановка клеточного цикла ассоциирована с действием сигнальной системы Ras/Raf/ ERK, а индукция апоптоза - с действием сигнальной системы Ras/Raf/JNK. При реализации своих эффектов вентилактон B модулирует работу звеньев Ras/Raf для активации нисходящего сигнального механизма MAPK. Кроме того, благодаря описанным здесь регу-ляторным эффектам, вентилактон В как in vitro, так и in vivo может значительно ингибировать рост гепато-целлюлярной карциномы. На основании собранных экспериментальных фактов вентилактон B возможно рассматривать как потенциальный терапевтический агент, перспективный для лечения злокачественных новообразований.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Таким образом, в приведенной обзорной работе удалось собрать сведения о химическом строении некоторых «малых» метаболитов A. wentii и описать их антимикробные и противоопухолевые свойства.
В отношении антибактериальных и противогрибковых эффектов следует заметить, что у исследованных веществ они оказались не ярко выраженными, однако в дальнейшем представляется целесообразным выявить мишени их действия для разработки более высокоактивных синтетических аналогов. Несомненно, среди описанных метаболитов более интересным и перспективным оказалось противоопухолевое действие вентилактона В.
Метаболиты микроскопических грибов, обладающие антинеопластическими свойствами, проявляют свою активность посредством различных молекулярных механизмов. Терреин (метаболит A. terreus) оказывает цитотоксическое действие на клетки рака пищевода, в определенной степени сходное с вентилактоном В, здесь также происходит остановка клеточного цикла в фазе G2 и действие на регуляцию экспрессии цикли-
на В1 [21]. Хорошо известный метаболит Eupenicillium brefeldianum - брефелдин А - антионкогенный эффект реализует путем ингибирования белка ARF1 (фактор рибозилирования АДФ, специфичный для аппарата Гольджи, представитель суперсемейства Ras), что было доказано на другой линии клеток рака пищевода при действии полусинтетических производных этого вещества [22]. Асперлин, продуцируемый A. nidulans, подобно вентилактону В резко повышает образование свободных радикалов и инициирует каспазный каскад, вызывая тем самым также остановку цикла в фазе G2 и апоптоз в клетках линии рак шейки матки. Помимо этого, при действии асперлина выявили активацию се-риновой/треониновой протеинкиназы АТМ, которая обычно активируется при образовании двунитевых разрывов ДНК [23]. На каспазный каскад (в данном случае путем ингибирования каспазы-1) действует атинеопластический продукт P. rubrum и Talaromyces pinophilus - пенисимплициссин [24]. Образуемый T. pinophilus метаболит 3-О-метилфуникон затрагивает не саму регуляцию клеточного цикла и апоптоза, а функционирование цитоскелета клетки. Это вещество в клетках линии рака молочной железы изменяет организацию микротрубочек, что приводит к изменению формы клеток, подавлению их миграции и пролиферации. На молекулярном уровне данный эффект опосредован снижением экспрессии ар5-интегрина, сурви-вина и теломеразы-обратной транскриптазы hTERT (повышенные уровни последних двух белков ассоциированы с прогрессией опухоли), подавлением секреции металлопротеиназы MMP-9 [25]. Трицитринол В из P citrinum является ингибиотором топоизомеразы IIa, повреждая ДНК опухолевых клеток. Он также вызывает остановку цикла в фазе G2 [26].
В настоящее время в качестве самостоятельного класса антинеопластических соединений рассматривают так называемые «митоканы» - вещества, действу-
ющие на различные молекулярные мишени митохондрий опухолевых клеток. Одним из классических ми-котоканов является атпенин А5 (из P. atramentosum), действующий на сукцинатдегидрогеназный комплекс и приводящий к повышенному образованию свободных радикалов [27].
По-видимому, совершенно обособленным по механизму действия соединением является ботриоди-плодин - структурный аналог рибозы из T. stipitatus. Теоретически, этот токсин может блокировать различные клеточные процессы, связанные с метаболизмом рибозы, но для этого утверждения еще недостаточно экспериментальных доказательств [28]. С другой стороны, в силу очень простой структурной организации ботриодиплодина его действие на опухолевые клетки, микромицеты и бактерии едва ли является настолько селективным, чтобы использовать в терапевтических целях. Офиоболин А, секретируемый Bipolaris setariae, а также Aspergillus spp. секции Usti, блокирует действие внутриклеточных сигнальных путей, вовлеченных в онкогенез, в том числе и путь Ras/Raf/ERK, на который влияет и рассмотренный здесь вентилактон В [29].
Как видно из приведенных данных, несмотря на многообразие молекулярных механизмов действия метаболитов грибов на клетки новообразований, многие из этих веществ, как и подробно рассмотренный вентилактон В, связаны с общими явлениями: взаимодействие со звеньями сигнальной системы Ras/Raf/ MAPK, изменение экспрессии циклина В1, повышение продукции свободных радикалов, остановка клеточного цикла в фазе G2 и индукция апоптоза.
В связи доказанным антинеопластическим действием вентилактона В и перспективностью терапевтического внедрения необходимо предпринять поиск штаммов A. wentii, подходящих для биотехнологического производства, а также выявить оптимальные условия для продукции этого соединения.
ЛИТЕРАТУРА
1. Frisvad J.C., Larsen T.O. Chemodiversity in the genus Aspergillus. Applied Microbiology and Biotechnology. 2015; 99 (19): 7859-7877.
2. Bladt T.T., Frisvad J.C., Knudsen P.B., Larsen T.O. Anticancer and antifungal compounds from Aspergillus, Penicillium and other filamentous fungi. Molecules. 2013; 18 (9): 11338-11376.
3. Sun H.-F., LiX.-M., LiM., et al. Asperolides A-C, tetranorlabdane diterpenoids from the marine alga-derived endophytic fungus Aspergillus wentii EN-48. Journal of Natural Products. 2012; 75 (5): 148-152.
4. Zhang Z., Miao L., Sun W., et al. Wentilactone B from Aspergillus wentii induces apoptosis and inhibits proliferation and migration of human hepatoma SMMC-7721 cells. Biol. Pharm. Bull. 2012; 35 (11): 1964- 1971.
5. Halsey C., Lumley H., Luckit J. Necrotising external otitis caused by Aspergillus wentii: a case report. Mycoses. 2010; 54 (4): 211213.
6. Miao F.P., LiangX.R., Yin X.L., et al. Absolute configurations of unique harziane diterpenes from Trichoderma species. Org. Lett. 2012;14 (15): 3815-3817.
7. Zhang Z., Miao L., Ly C., et al. Wentilactone B induces G2/M phase arrest and apoptosis via the Ras/Raf/MAPK signaling pathway in human hepatoma SMMC-7721 cells [Electronic resource]. Cell Death and Disease. 2013; 4.
8. Senbanjo L.T., Chellaiah M.A. CD44: a multifunctional cell surface adhesion receptor is a regulator of progression and metastasis of cancer cells [Electronic resource]. Frontiers in cell and developmental biology. 2017; 5.
9. Li Y., Xu H., Su S., et al. Clinical validation of a highly sensitive assay to detect EGFR mutations in plasma cell-free DNA from patients with advanced lung adenocarcinoma [Electronic resource]. PLoS One. 2017; 12.
10. Sun Y., Liu W.Z., Liu T. et al. Signaling pathway of MAPK/ERK in cell proliferation, differentiation, migration, senescence and apoptosis. Journal of receptor and signal transduction research. 2015; 35 (6): 600-6004.
11. Fernandez-Medarde A., Santos E. Ras in cancer and developmental diseases. Genes & Cancer. 2011; 2 (3): 344-358.
12. Чумаков П.М. Белок р53 и его универсальные функции в многоклеточном организме. Успехи биологической химии. 2007; 47: 3-52. [Chumakov P.M. Belok r53 i ego universalnyie funktsii v mnogokletochnom organizme. Uspehi biologicheskoy himii. 2007; 47: 3-52. (In Russ)]
13. Abbas T., Dutta A. p21 in cancer: intricate networks and multiple activities. Nature reviews. Cancer. 2009; 9 (6): 400-414.
14. Morales J., Li L., Fattah F.J., et al. Review of poly (ADP-ribose) polymerase (PARP) mechanisms of action and rationale for
targeting in cancer and other diseases. Critical reviews in eukaryotic gene expression. 2014; 24 (1): 15-28.
15. Vousden K.H., Lane D.P. p53 in health and disease. Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. 2007;8 (4): 275-283.
16. Li S., Dong P., Wang J., et al. Icariin, a natural flavonol glycoside, induces apoptosis in human hepatoma SMMC-7721 cells via a ROS/JNK-dependent mitochondrial pathway. Cancer Lett. 2010; 298 (2): 222-230.
17. Feng B., Guo Y.W., Huang C.G., et al. 2'-epi-2'-O-acetylthevetin B extracted from seeds of Cerbera manghas L. induces cell cycle arrest and apoptosis in human hepatocellular carcinoma HepG2 cells. Chem. Biol. Interact. 2010; 183 (1): 142-153.
18. Lin H.H., Chen J.H., Huang C.C., Wang C.J. Apoptotic effect of 3,4-dihydroxybenzoic acid on human gastric carcinoma cells involving JNK/p38 MAPK signaling activation. Int. J. Cancer. 2007; 120 (11): 2306-2316.
19. Díez D., Sánchez-Jiménez F., Ranea J.A. Evolutionary expansion of the Ras switch regulatory module in eukaryotes. Nucleic Acids Res. 2011; 39 (13): 5526-5537.
20. Santarpia L., Lippman S.M., El-Naggar A.K. Targeting the MAPK-RAS-RAF signaling pathway in cancer therapy. Expert Opin. Ther. Targets. 2012; 16 (1): 103-119.
21. Wu Y., Zhu Y., Li S., et al. Terrein performs antitumor functions on esophageal cancer cells by inhibiting cell proliferation and synergistic interaction with cisplatin. Oncology letters. 2017; 13 (4): 2805-2810.
22. He B., Wang Y., Zheng Y., et al. Synthesis and cytotoxic evaluation of acylated brefeldin a derivatives as potential anticancer agents . Chemical Biology & Drug Design. 2013; 82 (3): 307-316.
23. He L., Nan M.H., Oh. H.C., et al. Asperlin induces G2/M arrest through ROS generation and ATM pathway in human cervical carcinoma cells. Biochemical and Biophysical Research Communications. 2011; 409 (3): 489-493.
24. Stierle A.A., Stierle D.B., Girtsman T. Caspase-1 inhibitors from an extremophilic fungus that target specific leukemia cell lines. Journal of natural products. 2012; 75 (3): 344-350.
25. Buommino E., Boccellino M., de Filippis A., et al. 3-O-methylfunicone produced by Penicillium pinophilum affects cell motility of breast cancer cells, downregulating alphavbeta5 integrin and inhibiting metalloproteinase-9 secretion. Molecular Carcinogenesis. 2007; 46 (11): 930-940.
26. Du L., Liu H.C., Fu W., et al. Unprecedented citrinin trimer tricitinol B functions as a novel topoisomerase IIa inhibitor. Journal of medicinal chemistry. 2011; 54 (16): 5796-5810.
27. Kluckova K., Bezawork-Geleta A., Rohlena J., et al. Mitochondrial complex II, a novel target for anti-cancer agents. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Bioenergetics. 2013; 1827 (5): 552-564.
28. Shier W.T., Abbas H.K., Baird R.E., et al. (-)-Botryodiplodin, a unique ribose-analog toxin. Toxin Reviews. 2007; 26 (4): 343-386.
29. Bhatia D.R., Dhar P., Mutalik V., et al. Anticancer activity of Ophiobolin A, isolated from the endophytic fungus Bipolaris setariae. Natural Product Research. 2016; 30 (12): 1455-1458.
Поступила в редакцию журнала 25.10.2017
Рецензент: А.Е. Тараскина
