CC BY
100
ОБЗОРЫ
УДК 577.112;615.919;579.234
Цитотоксины кобр: структурная организация и антибактериальная активность
П. В. Дубовский, Ю. Н. Уткин*
Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН, 117997, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 16/10 *E-mail: [email protected] Поступила в редакцию 08.04.2014
РЕФЕРАТ Кардиотоксины (цитотоксины, ЦТ) - это выделенные из яда кобр Р-структурные белки из 59-61 аминокислотного остатка, антипараллельные цепи которых организованы в виде трех петель. В отличие от нейротоксинов, имеющих такую же пространственную укладку, ЦТ амфифильны. Это обусловлено тем, что окончания их петель сформированы преимущественно гидрофобными аминокислотными остатками, которые окаймляет пояс положительно заряженных остатков лизина и аргинина. Сходным распределением аминокислотных остатков характеризуются линейные (без дисульфидных связей) катионные цитолитические пептиды из ядов других змей и насекомых, которые в настоящее время рассматривают в качестве прототипов соединений, обладающих антибактериальной и противоопухолевой активностью. В представленном обзоре суммированы данные об антибактериальной активности ЦТ и проведено сравнение с активностью линейных пептидов.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА антибактериальная активность, липополисахарид, пептидогликан, плазматическая мембрана, трехпетлевые кардиотоксины (цитотоксины), цитолитические катионные пептиды.
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ АМП - антимикробный пептид; ГАГ - глюкозаминогликаны; КЛ - кардиолипин; ЛПС - липополисахаридный слой; ЛТК - липотейхоевая кислота; РСА - рентгеноструктурный анализ; ФГ - фосфатидилглицерин; ФЭ - фосфатидилэтаноламин; ЦТ - цитотоксин (кардиотоксин) из яда кобр; ЯМР - ядерный магнитный резонанс.
ВВЕДЕНИЕ
Цитолитические пептиды входят в состав ядов змей и насекомых. В качестве структурного мотива они содержат протяженные гидрофобные участки, окаймленные положительно заряженными остатками лизина и аргинина [1]. Цитолитические пептиды могут быть линейными [2-7] или содержать ди-сульфидные связи [8]. В последнем случае они могут быть только Р-структурными [9-12] или содержать и Р-структурные, и а-спиральные участки [13, 14]. Интерес к цитолитическим пептидам обусловлен тем, что некоторые из них обладают одновременно антибактериальной и антипролиферативной активностью [15-18]. На основе таких пептидов активно конструируют пептиды с улучшенным терапевтическим индексом [19-23]. В этом случае обычно используют принцип комбинирования различных мотивов в одном пептиде - вызывающих слияние мембран, цитолитических и способствующих проникновению в клетку. Однако системному использованию таких
пептидов препятствует их неустойчивость к про-теолизу в кровяном русле [24, 25]. Поэтому, на наш взгляд, интерес будут представлять именно пептиды, обладающие компактной структурой, стабилизированной одной или несколькими дисульфидными связями.
К цитотоксинам (кардиотоксинам, ЦТ) относятся трехпетлевые токсины из яда кобр [12, 26-28], вызывающие гибель различных типов клеток вследствие повреждения плазматической мембраны. Исследование механизма взаимодействия ЦТ с модельными липидными мембранами показало, что он зависит от типа токсина, Р или S [29, 30]. К Р-типу относят ЦТ с остатком РгоЗО, к S-типу - с остатком Ser28 на конце второй петли (таблица). Данные о взаимодействии ЦТ с модельными фосфолипидными мембранами свидетельствуют о том, что эти токсины дестабилизируют липидный бислой мембран, содержащих анионные фосфолипиды [30, 31]. Поэтому очевидно, что объектом атаки ЦТ в живой клетке является плазматическая
Кардиотоксины: свойства и конформационные особенности
Вид кобры, Naja Аббревиа- тура Альтер- нативные названия Иденти- фикатор1 I/II2 S/P3 HTL4 Положительный заряд (нейтр. рН) Метод PDB-код5
N. mossam- Ml CTX: IIb, VII1 CT-1 P01467 I P 3.4 8 ЯМР 2CCX
bica М3 CTX VII4 CT-4 P01470 II S 1.0 10 РСА 1CDT
A1 CTX:-1, I CT:-1(CX1) P60304 II S 12.5 7 ЯМР 2CDX
A2 CTX:-2, II CT:1A, -2(CX2) P01442 II S 12.9 8 ЯМР 1CRF 1CRE
ЯМР 2CRT, 2CRS
CTX:-3, III CT-3 ЯМР 1I02
A3 P60301 II P 11.7 9 РСА 1H0J
N. atra РСА 1XT3
РСА 2BHI
A4 CTX:-4, IV CT:-4 P01443 II S 12.9 9 ЯМР 1KBT 1KBS
A4b CTX:-A4b; -T CT: D-1; -5 P07525 II S 9.8 9 ЯМР 1CHV
A6 CTX:6, N CT:-6, N P80245 I P 9.3 8 РСА 1UG4
CTII CT-2 P01441 II P 16.3 10 ЯМР 1CB9, 1CCQ
N. oxiana (ЦТЩ ЯМР 1FFJ
CTI CT-1 P01451 II S 8.9 6 ЯМР 1RL5
(ЦТ1) ЯМР 1ZAD
N. pallida Ty CTX: P01468 I P 3.4 9 ЯМР 1CXO
гамма CT-1 РСА 1TGX
1Код аминокислотной последовательности в базе данных белковых структур Swiss-Prot (www.uniprot.org). классификация ЦТ на группы I и II в зависимости от наличия в петле I последовательности двух остатков Pro (груп-
па I) или одиночного Pro (группа II).
3ЦТ S- и Р-типа в зависимости от наличия в окончании петли II остатков S28 и Р30 соответственно.
4Для расчета использованы остатки 5—11, 24-37, 46-50 и шкала гидрофобности Kyte-Doolittle, большее значение HTL соответствует большей гидрофобности.
5База данных белковых структур PDB (www.rcsb.org/pdb/home/home.do).
мембрана (или мембраны органелл клетки), содержащая такие фосфолипиды. Взаимодействие ЦТ с компонентами поверхностной мембраны эукариотических клеток приводит к нарушению ее барьерных свойств и/или проникновению ЦТ в клетку и взаимодействию с органеллами, что приводит к гибели клетки [32-35]. Предполагается, что для подобного сценария в мембране должен присутствовать анионный гликолипид-сульфатид [36]. С другой стороны, мембраны бактериальных клеток практически полностью состоят из анионных фосфолипидов [37] и, следовательно, должны быть гораздо более уязвимы для ЦТ. Показать, так ли это - задача данного обзора.
Все молекулы ЦТ содержат такие структурные и функциональные мотивы, как мембраносвязываю-
щий мотив и окаймляющий его пояс заряженных остатков, а также кластеры консервативных полярных остатков [12]. Можно ожидать, что эффективность данных мотивов на определенных этапах внедрения ЦТ в бактериальную клетку, а также последовательность их участия в процессе взаимодействия с клеткой будут определять активность токсина. Рассмотрим вначале структурную организацию молекулы ЦТ.
структурная организация цт
Структурная организация молекул ЦТ, в исследование которой существенный вклад был внесен сотрудниками Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова
B1 B2 B3 B4
1 1 1 1 1 ll 1
1RL5 |LKCN-KLVPIAYKTCPEGKNLCYKMFMMSDLT-IPVKRGCIDVCPKNSLLVKYVCCNTDRCN бо
1mj |LKCN-KLVPLFYKTCPAGKNLCYKMFMVATPK-VPVKRGCIDVCPKSSLLVKYVCCNTDRCN бо
1TGX |LKCN-QLIPPFWKTCPKGKNLCYKMTMRAAPM-VPVKRGCIDVCPKSSLLIKYMCCNTDKCN бо
2CCX |LKCN-QLIPPFWKTCPKGKNLCYKMTMRAAPM-VPVKRGCIDVCPKSSLLIKYMCCNTNKCN бо
1UG4 |LKCN-QLIPPFYKTCAAGKNLCYKMFMVAAPK-VPVKRGCIDVCPKSSLLVKYVCCNTDRCN бо
1CB9 |LKCK-KLVPLFSKTCPAGKNLCYKMFMVAAPH-VPVKRGCIDVCPKSSLLVKYVCCNTDKCN бо
1CDT |LKCN-KLIPIAYKTCPEGKNLCYKMMLASKKM-VPVKRGCINVCPKNSALVKYVCCSTDRCN ~k ~k * ~k • ~k ~k "k ~k ~k » ~k ~k • ~k бо
2 4 11 13 2о 2б 35 39 49 54
Рис. 1. Выравнивание аминокислотных последовательностей (остатки цистеинов набраны жирным шрифтом) ЦТ, пространственная структура которых определена методами ЯМР или рентгеноструктурного анализа (см. таблицу). Код соответствующей структуры в PDB-банке приведен слева. Под последовательностями звездочками, двоеточиями и точками обозначены остатки: консервативные, близкие и более отдаленные по свойствам соответственно. Дисульфидные связи (В1-В4) обозначены квадратными скобками над последовательностями. Внизу указана вторичная структура: участки антипараллельных цепей обозначены стрелками, под которыми указаны границы (номера остатков) их формирования
РАН, обсуждалась в ряде работ [30, 38-40] и обзоров [12, 23, 27]. Здесь мы рассмотрим ее кратко. ЦТ характеризуются высоким сходством аминокислотных последовательностей. Выравнивание аминокислотных последовательностей ЦТ, пространственная структура которых была определена методами рентгеновской дифракции или ЯМР, приведено на рис. 1. В таблице указана сопутствующая информация (источник, краткие наименования, заряд этих токсинов и т.д.).
Все ЦТ - это Р-структурные белки, имеющие трехпетлевую укладку [41] (рис. 2). Консервативными элементами в их пространственной структуре являются четыре дисульфидные связи и восемь формирующих их остатков цистеина (рис. 1). Следует отметить важную структурообразующую роль остатка Asn60, локализованного в непосредственной близости от последнего из цистеинов, консервативного во всех ЦТ. Боковая цепь данного остатка формирует три водородных связи в гидрофобном ядре молекулы.
Петли ЦТ сформированы тяжами антипараллель-ной P-структуры (рис. 2). Размеры P-листов: малого (формируемого двумя тяжами петли I) и большого (образованного обоими тяжами петель II и III), а также их закрутка сходны у различных ЦТ. Отличия между структурами различных ЦТ наблюдаются в участках с нерегулярной структурой - в окончаниях петель I и II. В ЦТ группы I (к этой группе относят ЦТ с двумя остатками Pro в оконечности петли I) эта
петля изогнута (рис. 2А) и принимает форму банана (banana-twist) [42]. Это достигается за счет двух остатков Pro в окончании петли I, первый из которых (Pro8) находится в цис-конфигурации, и поворота типа VIa (стабилизируется водородными связями: 10 HN...O=C 7 и NH боковой цепи остатка Gln5 с С=О остатка 7). В ЦТ группы II (к этой группе относятся ЦТ с одним остатком Pro8 в оконечности петли I) эта петля более вытянута (рис. 2А).
Интересной особенностью ЦТ является Q-образная форма окончания петли II (рис. 2А). Методом спектроскопии ЯМР показано, что здесь локализована молекула связанной воды с большим временем жизни в связанном состоянии [4З]. Она может формировать до трех водородных связей: с одним из амидных протонов петли II и двумя карбонильными группами полипептидного остова этой части молекулы.
Структура петли III во всех ЦТ наиболее консервативна. Начало ее формируют остатки 40-45 (нумерация приведена для ЦТ из 60 аминокислотных остатков), формирующие кросс-поворот с правой закруткой (рис. 2А). Он соединяет внешние полипеп-тидные цепи трехтяжевого P-слоя. Остатки 46-49 в окончании петли III формируют P-поворот типа I. Остатки 49-54 формируют тяж антипараллельной структуры с остатками 20-26. Интересно отметить, что протяженность этого заключительного тяжа строго одинакова во всех известных структурах ЦТ [12].
Рис. 2. Детализация пространственной структуры ЦТ. А - суперпозиция структур цитотоксинов, перечисленных на рис. 1 (для деталей см. также таблицу), по элементам вторичной структуры (нити антипа-раллельной Р-структуры утолщены). Петли пронумерованы римскими цифрами. Пунктирной линией показана граница раздела мембрана-вода, установленная методом ЯМР, в модельной системе [38]. Рядом с линией приведены номера аминокислотных остатков, которые оказываются на этой границе (по данным [38]). Суперпозиция по остаткам первой и второй петель приведена внизу набора (только для кристаллических структур из набора). Для петли I приведены суперпозиции ЦТ, формирующих группу I (характеризуются наличием двух остатков Pro в оконечности петли) или II (одиночный остаток Pro в оконечности петли). Показаны тяжелые атомы боковой цепи остатков Pro. В центре петли II показана молекула воды (формирование ею водородных связей: детали см. в тексте). Б - распределение положительных (остатки Lys, Arg, His, вверху, концевые группы остатков помечены знаком «+», синий цвет) и отрицательных (остатки Asp, Glu, внизу, концевые группы боковых цепей этих остатков помечены знаком «-» в круге, красный цвет) зарядов на примере структур ЦТ2 N. oxiana (слева) и ЦТ1 N. oxiana (справа). PDB-код наборов указан снизу (приведена структура № 1 из набора 20 депонированных структур). Остатки полипеп-тидного остова, формирующие мембранный мотив, показаны серым цветом
Окончания петель играют основную роль во взаимодействии ЦТ с детергентными мицеллами и липидными мембранами [38, 44]. Они формируют мембраносвязывающий мотив ЦТ (рис. 2А). Гидрофобность остатков, формирующих этот мотив, может служить основой для классификации ЦТ (таблица, колонка HTL) [23], более тонкой, чем предложенное ранее разделение ЦТ на S- и P-типы [29].
В целом положительный заряд молекулы ЦТ варьирует от четырех до 12 [23]. Различие обусловлено изменением соотношения отрицательно заряженных аминокислотных остатков аспарагиновой и глутаминовой кислот и положительно заряженных остатков лизина и аргинина (рис. 2Б). Последние опосредуют взаимодействие ЦТ с полианионными гликополимерами клеточной поверхности животных клеток, глю-козаминогликанами (ГАГ) [45]. Распределение зарядов в молекуле ЦТ определяет соответствующую константу взаимодействия [46].
Очевидно, что биологическое действие ЦТ на различные клетки реализуется в результате: 1) взаимодействия с компонентами клеточной оболочки (если таковая имеется) и плазматической мембраны; 2) проникновения внутрь клетки; 3) последующего взаимодействия с клеточными органеллами.
АНТИБАКТЕРИАЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ ЦТ
Яды змей и насекомых издавна рассматривались в качестве источника различных биологически активных соединений [47-55], в том числе и антибактериальных. Указанием на то, что в состав яда входят антибактериальные соединения, служит низкая частота инфицирования ран, вызванных укусами змеи
[56]. Предполагалось, что такая активность необходима для защиты самих змей от бактерий, которыми могут быть инфицированы поедаемые ими жертвы
[57].
Исследование цельных ядов ряда змей выявило их антибактериальную активность [58, 59]. Так, яды некоторых африканских и азиатских кобр (род Naja) и некоторых австралийских элапидов (Notechis scutatus, Pseudechis australis) обладают очень заметным антибактериальным эффектом, особенно в отношении бактерии Aeromonas hydrophila [59]. Исключение представляют яды одной азиатской (N. oxiana) и одной африканской (N. melanoleuca) кобр, не обладающие такой активностью. Наиболее устойчивой к действию всех ядов оказалась грамотрицательная бактерия Escherichia coli. Менее устойчивыми были грамотрицательная Pseudomonas aeruginosa и грам-положительная Bacillus subtilis. Наиболее восприимчивыми к ядам оказались грамположительный кокк Staphylococcus aureus и грамотрицательная бактерия
A. hydrophila. Из приведенных данных видно, что
действию яда подвержены как грамотрицательные, так и грамположительные бактерии. В более раннем исследовании [57] было высказано предположение, что антибактериальной активностью обладает ок-сидаза L-аминокислот, которая содержится в яде и представляет собой белок с молекулярной массой ~140 кДа. Позднее антибактериальную активность обнаружили у ряда оксидаз из ядов различных змей (см., например, [60, 61]).
Исследование антибактериальной активности цельных ядов насекомых и змей в отношении сравнительно устойчивой бактерии E. coli выявило возрастание эффективности в ряду: Crotalus adamanteus < Vipera russellii << N. naja sputatrix < Apis mellifera (медоносная пчела) [62]. При этом согласно данным электронной микроскопии воздействию подвергается именно плазматическая мембрана. Исследование антибактериальной активности целого ряда ядов змей, скорпионов и пчелы в отношении грамотрицатель-ной бактерии Burkholderia pseudomallei показало, что яды змей C. adamanteus, Daboia russelli russelli, Agkistrodon halys, P. australis, Bungarus candidus и Pseudechis guttatus обладают высокой активностью, сравнимой с активностью хлорамфеникола и цефта-зидима [63]. Столь высокую активность объясняют присутствием в яде белков, обладающих ферментативной активностью, - оксидазы L-аминокислот и фосфолипазы А2. Считается, что в результате окислительной активности оксидазы L-аминокислот генерируется пероксид водорода, который убивает бактерии. Добавление перехватчиков пероксида водорода, в частности каталазы, устраняло антибактериальную активность фермента [64]. Фосфолипаза А2 расщепляет фосфолипиды, вызывая пермеабилизацию мембран [65].
Первое сообщение об антибактериальной активности ЦТ появилось в 1968 г. [66]. Сообщалось, что ЦТ, выделенный из яда ошейниковой кобры Hemachatus haemachatus (семейство Elapidae), в концентрации более 50 мкг/мл подавлял S. aureus. При этом аминокислотная последовательность ЦТ еще не была установлена. Известно было лишь то, что белок имеет молекулярную массу ~ 7 кДа и содержит четыре дисульфидных связи.
В дальнейшем была получена более детальная информация об антибактериальной активности ЦТ. Так, в частности, установлено, что ЦТ Р4 (аминокислотная последовательность неизвестна) из N. nigri-collis активен в отношении ряда грамположительных бактерий: B. subtilus, Micrococcus flavus, Sarcina lutea [67]. Минимальные ингибирующие концентрации находились в диапазоне 1.6-6.25 мкг/мл. В отношении грамотрицательных бактерий и других микроорганизмов (дрожжей, грибов) данный ЦТ оказался не-
активным. Можно предположить, что мишенью для ЦТ служит бактериальная мембрана, содержащая анионные фосфолипиды в значительных количествах. Многие цитолитические пептиды, такие, как мелиттин [68], латарцины [69, 70], ваприны [71, 72], кателецидины [73], способны разрушать мембраны в сходном диапазоне концентраций. Другой ЦТ, а именно ЦТ3 из N. atra (иначе называется А3, таблица), проявлял активность в отношении не только грамположительных (S. aureus), но и грамотрица-тельных микроорганизмов (E. coli) [74], хотя ранее отмечалось отсутствие активности цельного яда N. atra по отношению к E. coli [61]. Возможно, эти расхождения объясняются особенностями штаммов E. coli, использованных в цитированных работах. Такие различия могут касаться только липополисахаридной оболочки этих бактерий (ее внешней О-антигенной части, состоящей из разветвленных полисахаридов). В работе Чена и соавт. [74] приведены электронные снимки бактерий до и после взаимодействия с ЦТ3. Видно, что токсин вызывает характерные повреждения плазматической мембраны: выпячивания, пузыри, разрывы и, следовательно, проникает в липополисахаридный слой (ЛПС). Это может происходить за счет замещения ионов Ca2+ на фосфатных группах липида А вследствие взаимодействия заряженных боковых цепей остатков лизина токсина с фосфатными группами липида А ЛПС и вызванным этим разрыхлением слоя [75]. Альтернативным механизмом проникновения антимикробных пептидов через ЛПС является «саморегулируемый захват» (self-promoted uptake), характерный для линейных (без ди-сульфидных связей) АМП, например, цекропинов [76, 77]. Связывание этих пептидов с ЛПС способствует их проникновению к плазматическим мембранам и увеличивает способность пермеабилизировать мембраны. В случае ЦТ3 какая-то часть молекул остается связанной с ЛПС, обеспечивая другой части прохождение к плазматической мембране. Это показано в опытах с вытеканием флуоресцентного красителя из липосом, сформированных из фосфолипидов, состав которых соответствовал составу фосфолипидов плазматической мембраны изучаемых бактерий [78]. Предварительная инкубация ЦТ3 с ЛПС уменьшала вытекание красителя. Таким образом, клеточная стенка грамотрицательных бактерий является главным препятствием для поступления ЦТ к плазматической мембране. Высокая доля анионных фосфолипидов в плазматической мембране способствует ее разрушению молекулами ЦТ. С плазматической мембраной связаны важные клеточные функции, такие, как дыхание, транспорт, осморегуляция, синтез липидов и другие, а нарушение ее целостности приводит к гибели клетки [74, 78].
Взаимодействие ЦТ3 с оболочкой грамположитель-ных бактерий (в основном с липотейхоевой кислотой (ЛТК), не имеющей полисахаридной части) также наблюдали в работе Чена и соавт. [74]. Предварительная инкубация ЦТ3 с ЛТК уменьшала вытекание красителя из липосом, сформированных из анионных фосфолипидов (фосфатидилглицерин (ФГ): кардиолипин (КЛ), 6 : 4), имитирующих плазматическую мембрану
B. subtilis. Эффективная концентрация ЦТ3 (при которой происходит гибель 50% бактерий) приблизительно на порядок меньше (~0.9 мкМ), чем при действии этого токсина на E. coli. Это свидетельствует, вероятно, о том, что большая часть молекул ЦТ3 не связана с плазматической мембраной этих бактерий, а находится в водном растворе и/или на внешней мембране (ЛПС), которая представляет серьезную преграду для молекул ЦТ. Таким образом, молекулы ЦТ являются слишком большими и конформационно-жесткими для преодоления этого барьера.
Как обсуждалось выше, антибактериальное действие ЦТ могло быть обусловлено их мембранной активностью. Для оценки механизма разрушающего действия ЦТ на мембраны Као и соавт. [79] анализировали взаимодействие ЦТ3 N. atra и токсина гамма N. nigricollis с модельными мембранами E. coli (фос-фатидилэтаноламин (ФЭ)/ФГ, 75/25 моль/моль) и S. aureus (ФГ/КЛ, 60/40 моль/моль). Токсин гамма с одинаковой эффективностью разрушал как везикулы ФЭ/ФГ, так и ФГ/КЛ. При этом ЦТ3 был более эффективен в отношении везикул ФГ/КЛ. Фузоген-ная активность токсинов коррелировала с их способностью разрушать мембраны. Так, ЦТ3, в отличие от токсина гамма, вызывал более сильное слияние мембран с повышенным содержанием кардиолипина. Приведенные данные свидетельствуют о взаимосвязи фузогенной и антибактериальной активности ЦТ.
Следует отметить попытки создания на основе аминокислотных последовательностей ЦТ антимикробных пептидов меньшего размера, но более активных, чем у исходного пептида. Ранее сообщалось, что пептиды длиной 7-12 остатков из петли I ЦТ4 N. mossambica обладают токсичностью in vivo, хотя и меньшей, чем у исходного токсина [80]. 14-членный циклический (с одной дисульфидной связью) пептид L1AD3 с аминокислотной последовательностью петли I из ЦТ3 N. atra в микромолярных концентрациях способен вызывать апоптоз лейкозных Т-клеток [81, 82]. В водном растворе пептид имеет конформацию Р-шпильки, как и соответствующий фрагмент в составе исходного ЦТ. Хотя об антибактериальной активности этих коротких аналогов не сообщается, можно предположить, что Р-структурный аналог обладает такой активностью. Действительно, имеется ряд Р-структурных антимикробных пептидов с одной
дисульфидной связью, обладающих широким спектром активности (например, [83]). Компактность этих катионных пептидов позволяет им проникать через ЛПС грамотрицательных бактерий и дестабилизировать плазматическую мембрану за счет благоприятного баланса заряд/гидрофобность. Мы полагаем, что после появления интереса к антибактериальной активности ЦТ конструирование антимикробных пептидов на основе их аминокислотных последовательностей не заставит себя долго ждать.
Интересно отметить, что с использованием компьютерных методов анализа установлена эволюционная взаимосвязь между токсинами животных ядов и антибактериальными белками [84]. Вполне вероятно, что токсины животных в ходе эволюции сохранили антибактериальные функции.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Антибактериальная активность ЦТ широко варьирует у различных представителей этого семейства пептидов. Из представленных в данном обзоре данных ясно, что в проявлении активности пептида исключительно важную роль играет проникновение через
слой пептидогликана, липосахарида бактерий. Это подтверждается недавним исследованием сравнительной активности пяти различных ЦТ в отношении ряда грамположительных и грамотрицательных бактерий [85], показавшим, что активность определяется аминокислотными остатками, не принадлежащими мембраносвязывающему мотиву ЦТ. Вероятно, понять закономерности взаимодействия ЦТ, пространственная структура которых определяется обилием дисульфидных связей, с полимерами, формирующими внешнюю мембрану и пептидогликановый слой бактерий, окажется проще, чем подвижных линейных пептидов, в которых дисульфидных связей нет. Мы полагаем, что следующим этапом будет создание пептидов на основе аминокислотной последовательности ЦТ. Определенные шаги в этом направлении уже сделаны, а один из пептидов L1AD3 [81, 82] может использоваться в терапии лейкозов. Вероятно, число таких примеров со временем будет увеличиваться.
Работа поддержана РФФИ (грант № 13-04-02128).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Kini R.M., Evans H.J. // Int. J. Pept. Prot. Res. 1989. V. 34.
P. 277-286.
2. Landon C., Meudal H., Boulanger N., Bulet P., Vovelle F. // Biopolymers. 2006. V. 81. P. 92-103.
3. Dubovskii PV., Volynsky P.E., Polyansky A.A., Chupin V.V., Efremov R.G., Arseniev A.S. // Biochemistry. 2006. V. 45.
P. 10759-10767.
4. Bhattacharjya S., Domadia PN., Bhunia A., Malladi S., David S.A. // Biochemistry. 2007. V. 46. P. 5864-5874.
5. Dubovskii PV., Volynsky PE., Polyansky A.A., Karpunin D.V., Chupin V.V., Efremov R.G., Arseniev A.S. // Biochemistry. 2008. V. 47. P. 3525-3533.
6. Abbassi F., Lequin O., Piesse C., Goasdoue N., Foulon T., Nicolas P, Ladram A. // J. Biol. Chem. 2010. V. 285. P. 1688016892.
7. Legrand B., Laurencin М., Sarkis J., Duval E., Moret L.,
Hubert J.F., Cohen M., Vie V., Zatyiny-Gaudin C., Henry J., Baudi-Floc'h M., Bondon A. // Biochim. Biophys. Acta. 2011.
V. 1808. P. 106-116.
8. Wang G., Li X., Wang Z. // Nucleic Acids Res. 2009. V. 37. D933-937.
9. Bauer F., Schweimer K., Kluver E., Conejo-Garcia J.R., Forssmann W.G., Rosch P., Adermann K., Sticht H. // Protein Sci. 2001. V. 10. P. 2470-2479.
10. Powers J.P.S., Rozek A., Hancock R.E.W. // Biochim. Biophys. Acta. 2004. V. 1698. P 239-250.
11. Sayyed-Ahmad A., Kaznessis Y.N. // PloS One. 2009. V. 4.
№ 3. e4799.
12. Konshina A.G., Dubovskii PV., Efremov R.G. // Curr. Protein Pept. Sci. 2012. V. 13. P. 570-584.
13. Yount N.Y., Kupferwasser D., Spisni A., Dutz S.M., Ramjan Z.H., Sharma S., Waring A.J., Yeaman M.R. // Proc. Natl.
Acad. Sci. USA. 2009. V. 106. P. 14972-14977.
14. Dubovskii PV., Vassilevski A.A., Samsonova O.V., Egorova N.S., Kozlov S.A., Feofanov A.V., Arseniev A.S., Grishin E.V. // FEBS J. 2011. V. 278. P 4382-4393.
15. Mader J.S., Hoskin D.W. // Expert Opin. Investig. Drugs.
2006. V. 15. P. 933-946.
16. Hoskin D.W., Ramamoorthy A. // Biochim. Biophys. Acta. 2008. V. 1778. P. 357-375.
17. Schweizer F. // Eur. J. Pharmacol. 2009. V. 625. P. 190-194.
18. Riedl S., Zweytick D., Lohner K. // Chem. Phys. Lipids. 2011. V. 164. P. 766-781.
19. Fazio M.A., Jouvensal L., Vovelle F., Bulet P., Miranda M.T., Daffre S., Miranda A. // Biopolymers. 2007. V. 88. P. 386-400.
20. Haney E.F., Hunter H.N., Matsuzaki K., Vogel H.J. // Biochim. Biophys. Acta. 2009. V. 1788. P 1639-1655.
21. Feliu L., Oliveras G., Cirac A.D., Besalu E., Roses C., Co-lomer R., Bardaji E., Pianas M., Puig T. // Peptides. 2010. V. 31. P. 2017-2026.
22. Fadnes B., Uhlin-Hansen L., Lindin I., Rekdal O. // BMC Cancer. 2011. V. 11. P 116.
23. Dubovskii PV., Konshina A.G., Efremov R.G. // Curr. Med. Chem. 2014. V. 21. P. 270-287.
24. Nguyen L.T., Chau J.K., Perry N.A., de Boer L., Zaat S.A., Vogel H.J. // PloS One. 2010. V. 5. № 9. e12684.
25. Verardi R., Traaseth N.J., Shi L., Porcelli F., Monfregola L., De Luca S., Amodeo P., Veglia G., Scaloni A. // Biochim. Biophys. Acta. 2011. V. 1808. P. 34-40.
26. Dufton M.J., Hider R.C. // Pharmacol. Ther. 1988. V. 36.
P. 1-40.
27. Kumar T.K., Jayaraman G., Lee C.S., Arunkumar A.I., Sivaraman T., Samuel D., Yu C. // J. Biomol. Struct. Dyn. 1997. V. 15. P. 431-463.
28. Kini R.M., Doley R. // Toxicon. 2010. V. 56. P. 855-867.
29. Chien K.Y., Chiang C.M., Hseu Y.C., Vyas A.A., Rule G.S., Wu W. // J. Biol. Chem. 1994. V. 269. P 14473-14483.
30. Dubovskii P.V., Lesovoy D.M., Dubinnyi M.A., Konshina A.G., Utkin Y.N., Efremov R.G., Arseniev A.S. // Biochem. J. 2005.
V. 387. P. 807-815.
31. Dubinnyi M.A., Lesovoy D.M., Dubovskii PV., Chupin V.V., Arseniev A.S. // Solid State Nucl. Magn. Reson. 200б. V. 29.
P. 305-311.
32. Feofanov A.V., Sharonov G.V., Dubinnyi M.A., Astapova M.V., Kudelina I.A., Dubovskii P.V., Rodionov D.I., Utkin Y.N., Arseniev A.S. // Biochemistry (Mosc.). 2004. V. б9. P. 1148-1157.
33. Feofanov A.V., Sharonov G.V., Astapova M.V., Rodionov D.I., Utkin Y.N., Arseniev A.S. // Biochem. J. 2005. V. 390. P. 11-18.
34. Wang C.H., Wu W.G. // FEBS Lett. 2005. V. 579. P. З1б9-З174.
35. Wu M., Ming W., Tang Y., Zhou S., Kong T., Dong W. // Am.
J. Chin. Med. 2013. V. 41. P. б4З-ббЗ.
36. Wu P.L., Chiu C.R., Huang W.N., Wu W.G. // Biochim. Biophys. Acta. 2012. V. 1818. P. 1378-1385.
37. Epand R.M., Rotem S., Mor A., Berno B., Epand R.F. // J. Am. Chem. Soc. 2008. V. 130. P. 14З4б-14З52.
38. Dubovskii P.V., Dementieva D.V., Bocharov E.V., Utkin Y.N., Arseniev A.S. // J. Mol. Biol. 2001. V. 305. P. 137-149.
39. Dubovskii P.V., Lesovoy D.M., Dubinnyi M.A., Utkin Y.N., Arseniev A.S. // Eur. J. Biochem. 2003. V. 270. P. 20З8-204б.
40. Tjong S.C., Chen T.S., Huang W.N., Wu W.G. // Biochemistry.
2007. V. 4б. P. 9941-9952.
41. Galat A., Gross G., Drevet P., Sato A., Menez A. // FEBS J.
2008. V. 275. P. 3207-3225.
42. Chen T.S., Chung F.Y., Tjong S.C., Goh K.S., Huang W.N., Chien K.Y., Wu P.L., Lin H.C., Chen C.J., Wu W.G. // Biochemistry. 2005. V. 44. P. 7414-742б.
43. Dementieva D.V., Bocharov E.V., Arseniev A.S. // Eur. J. Biochem. 1999. V. 2бЗ. P. 152-1б2.
44. Dauplais M., Neumann J.M., Pinkasfeld S., Menez A., Roumestand C. // Eur. J. Biochem. 1995. V. 230. P. 213-220.
45. Vyas A.A., Pan J.J., Patel H.V., Vyas K.A., Chiang C.M.,
Sheu Y.C., Hwang J.K., Wu W.G. // J. Biol. Chem. 1997. V. 272.
P. 9бб1-9б70.
46. Vyas K.A., Patel H.V., Vyas A.A., Wu W.G. // Biochemistry. 1998. V. 37. P. 4527-4534.
47. Pal S.K., Gomes A., Dasgupta S.C., Gomes A. // Indian J.
Exp. Biol. 2002. V. 40. P. 1353-1358.
48. de Lima D.C., Abreu A.P., de Freitas C.C., Santos D.O., Borges R.O., Dos Santos T.C., Cabral M.R., Rodrigues C.R., Castro H.C. // Evid. Based Complement. Alternat. Med. 2005. V. 2. P. 39-47.
49. Koh D.C., Armugam A., Jeyaseelan K. // Cell. Mol. Life Sci. 200б. V. бЗ. P. 3030-3041.
50. Samy P.R., Gopalakrishnakone P., Thwin M.M., Chow T.K., Bow H., Yap E.H., Thong T.W. // J. Appl. Microbiol. 2007. V. 102. P. б50-б59.
51. Gomes A., Bhattacharjee P., Mishra R., Biswas A.K., Das-gupta S.C., Giri B. // Indian J. Exp. Biol. 2010. V. 48. P. 93-103.
52. Kapoor V.K. // Indian J. Exp. Biol. 2010. V. 48. P. 228-237.
53. King G.F. // Expert Opin. Biol. Ther. 2011. V. 11. P. 14б9-1484.
54. Lazarev V.N., Govorun V.M. // Appl. Biochem. Microbiol.
2010. V. 4б. P. 803-814.
55. Koh C.Y., Kini R.M. // Toxicon. 2012. V. 59. № 4. P. 497-50б.
56. Talan D.A., Citron D.M., Overturf G.D., Singer B., Froman P., Goldstein E.J. // J. Infect. Dis. 1991. V. 1б4. P. 195-198.
57. Thomas R.G., Pough F.H. // Toxicon. 1979. V. 17. P. 221-228.
58. Glaser H.S.R. // Copeia. 1948. P. 245-247.
59. Stiles B.G., Sexton F.W., Weinstein S.A. // Toxicon. 1991. V. 29. P. 1129-1141.
60. Okubo B.M., Silva O.N., Migliolo L., Gomes D.G., Porto W.F., Batista C.L., Ramos C.S., Holanda H.H., Dias S.C., Franco O.L., Moreno S.E. // PLoS One. 2012. V. 7. № 3. є33639.
61. Rima M., Accary C., Haddad K., Sadek R., Hraoui-Bloquet S., Desfontis J.C., Fajloun Z. // Infect. Disord. Drug. Targets. 2013. V. 13. P. 337-343.
62. Stocker J.F., Traynor J.R. // J. Appl. Microbiol. 198б. V. 61.
P. 383-388.
63. Samy P.R., Pachiappan A., Gopalakrishnakone P., Thwin M.M., Hian Y.E., Chow V.T., Bow H., Weng J.T. // BMC Infect. Dis. 2006. V. б. P. 100
64. Lee M.L., Tan, N.H., Fung S.Y., Sekaran S.D. // Comp. Biochem. Physiol. C. Toxicol. Pharmacol. 2011. V. 153. P. 237-242.
65. Samy P.R., Gopalakrishnakone P., Ho B., Chow VT. // Bio-chimie. 2008. V. 90. P. 1372-1388.
66. Aloof-Hirsch S., de Vries A., Berger A. // Biochim. Biophys. Acta. 1968. V. 154. P. 53-60.
67. Mollmann U., Gutsche W., Maltz L., Ovadia M. // Toxicon. 1997. V. 35. P. 487-487.
68. Raghuraman H., Chattopadhyay A. // Biosci. Rep. 2007. V. 27. P. 189-223.
69. Kozlov S.A., Vassilevski A.A., Feofanov A.V., Surovoy A.Y., Karpunin D.V., Grishin E.V. // J. Biol. Chem. 2006. V. 281.
P. 20983-20992.
70. Vassilevski A.A., Kozlov S.A., Zhmak M.N., Kudelina I.A., Dubovskii P.V., Shatursky O.Y., Arseniev A.S., Grishin E.V. // Rus. J. Bioorgan. Chem. 2007. V. 33. P. 37б-382.
71. Torres A.M., Wong H.Y., Desai M., Moochhala S., Kuchel P.W., Kini R.M. // J. Biol. Chem. 2003. V. 278. P. 40097-40104.
72. Nair D.G., Fry B.G., Alewood P., Kumar P.P., Kini R.M. // Biochem. J. 2007. V. 402. P. 93-104.
73. Wang Y., Hong J., Liu X., Yang H., Liu R., Wu J. Wang A., Lin D., Lai R. // PLoS One. 2008. V. 3. № 9. e3217.
74. Chen L.W., Kao P.H., Fu Y.S., Lin S.R., Chang L.S. // Toxicon. 2011. V. 58. № 1. P. 46-53.
75. Bhunia A., Domadia P.N., Torres J., Hallock K.J., Ra-mamoorthy A., Bhattacharjya S. // J. Biol. Chem. 2010. V. 285. P. 3883-3895.
76. Piers K.L., Brown M.H., Hancock R.E. // Antimicrob. Agents Chemother. 1994. V. 38. P. 2311-2316.
77. Arcidiacono S., Soares J.W., Meehan A.M., Marek P., Kirby R. // J. Pept. Sci. 2009. V. 15. P. 398-403.
78. Chen L.W., Kao P.H., Fu Y.S., Hu W.P., Chang L.S. // Peptides.
2011. V. 32. № 8. P. 1755-1763.
79. Kao P.H., Lin S.R., Hu W.P., Chang L.S. // Toxicon. 2012. V. 60. P. 3б7-377.
80. Marchot P., Bougis P.E., Ceard B., van Rietschoten J., Rochat H. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 1988. V. 153. P. 642-647.
81. Smith C.A., Hinman C.L. // J. Biochem. Mol. Toxicol. 2004.
V. 18. P. 204-220.
82. Smith C.A., Hinman C.L. // Arch. Biochem. Biophys. 2004.
V. 432. P. 88-101.
83. Shenkarev Z.O., Balandin S.V., Trunov K.I., Paramonov A.S., Sukhanov S.V., Barsukov L.I., Arseniev A.S., Ovchinnikova T.V. // Biochemistry. 2011. V. 50. P. 6255-6265.
84. Kaplan N., Morpurgo N., Linial M. // J. Mol. Biol. 2007. V. 369. P. 553-5бб.
85. Dubovskii P.V., Vorontsova O.V., Utkin Y.N., Arseniev A.S., Efremov R.G., Feofanov A.V. // Mendeleev Communications. Submitted.
