Циклотид - Cyclotide
| Семейство циклотид | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Строение и последовательность прототипного циклотида калата B1
| |||||||||
| Идентификаторы | |||||||||
| Условное обозначение | Циклотид | ||||||||
| Pfam | PF03784 | ||||||||
| ИнтерПро | IPR005535 | ||||||||
| ПРОФИЛЬ | PDOC51052 | ||||||||
| SCOP2 | 1кал / СФЕРА / СУПФАМ | ||||||||
| OPM суперсемейство | 112 | ||||||||
| Белок OPM | 1nb1 | ||||||||
| |||||||||
Циклотиды - это небольшие пептиды с высоким содержанием дисульфидов, выделенные из растений. Обычно они содержат 28–37 аминокислот , они характеризуются цепочкой циклизованного пептида , расположенной «голова к хвосту», и взаимоблокирующим расположением трех дисульфидных связей . Эти комбинированные признаки были названы мотивом циклического цистинового узла (CCK). К настоящему времени выделено и охарактеризовано более 100 циклотидов из семейств Rubiaceae , Violaceae и Cucurbitaceae . Циклотиды также были обнаружены в важных для сельского хозяйства семействах, таких как Fabaceae и Poaceae.
Состав
Циклотиды имеют четко определенную трехмерную структуру из-за их взаимосвязанных дисульфидных связей и циклического пептидного каркаса. Петли основной цепи и выбранные остатки помечаются на структуре для облегчения ориентации. Аминокислотная последовательность (однобуквенное представление аминокислот) для этого пептида указана на диаграмме последовательности справа. Одна из интересных особенностей циклических пептидов состоит в том, что знание пептидной последовательности не позволяет выявить предковую голову и хвост; для этого требуется знание последовательности гена . В случае калата B1 указанные аминокислоты глицина (G) и аспарагина (N) являются концевыми остатками, которые связаны пептидной связью для циклизации пептида.
Биологическая функция
Cyclotides, как сообщалось, обладает широким спектром биологической активности, в том числе анти - ВИЧ , инсектицидном , анти - опухоли , противообрастающий, анти - микробный , гемолитический , нейротензин антагонизма, трипсине торможения и утеротонической деятельности. Способность вызывать сокращения матки - вот что побудило к открытию калаты B1.
Сильная инсектицидная активность циклотидов калата B1 и калата B2 подтолкнула к убеждению, что циклотиды действуют как средства защиты растений-хозяев. Наблюдения за тем, что десятки или более циклотидов могут присутствовать в одном растении и что циклотидная архитектура включает консервативное ядро, на котором отображается серия гипервариабельных петель, предполагают, что циклотиды могут одновременно поражать множество вредителей / патогенов.
Аминокислотные последовательности
Анализ набора известных циклотидов показывает много сходства последовательностей, которые важны для понимания их уникальных физико-химических свойств, биоактивности и гомологии .
Циклотиды делятся на два основных структурных подсемейства. Циклотиды Мебиуса, менее распространенные из двух, содержат цис-пролин в петле 5, которая вызывает локальный поворот основной цепи на 180 ° (отсюда уподобление его полосе Мебиуса ), тогда как циклотиды-браслеты этого не делают. Последовательности внутри этих подсемейств отличаются меньшими вариациями, чем между ними. Третье подсемейство циклотидов представляет собой ингибиторы трипсина и более гомологичны семейству нециклических ингибиторов трипсина из растений тыквы, известных как узелтины или ингибиторы цистиновых узлов, чем другие циклотиды.
Последовательности удобно обсуждать с точки зрения сегментов основной цепи или петель между последовательными остатками цистеина. Шесть остатков цистеина абсолютно консервативны во всем циклотидном наборе и, по-видимому, способствуют сохранению мотива CCK. Хотя цистеины, по-видимому, необходимы для поддержания общей укладки, считается, что несколько других высококонсервативных в циклотидах остатков обеспечивают дополнительную стабильность.
Из всех известных циклотидов петля 1 является наиболее консервативной. Помимо шести остатков цистеина, остатки глутаминовой кислоты и серина / треонина петли 1 являются единственными остатками, которые имеют 100% идентичность в подсемействах браслетов и Мебиуса. Кроме того, оставшийся остаток этой петли показывает только консервативное изменение, то есть глицин / аланин . Считается, что эта петля играет важную роль в стабилизации циклотидной структуры за счет водородных связей с остатками петель 3 и 5.
Петли 2-6 также обладают высококонсервативными характеристиками, включая повсеместное присутствие только одной аминокислоты в петле 4, которая, вероятно, участвует в водородных связях боковых цепей. Другие консервативные остатки включают гидроксилсодержащий остаток в петле 3, остаток глицина в последнем положении петли 3, основной и пролиновый остатки в предпоследнем положении петли 5 браслета и циклотидов Мебиуса, соответственно, и аспарагин (или иногда аспарагиновой кислоты ) в предполагаемой точке циклизации в петле 6. Интересно отметить, что не только некоторые остатки являются высококонсервативными, но также сохраняются углы основной цепи и боковой цепи.
В связи с недавними программами скрининга, предполагающими, что количество циклотидных последовательностей может скоро достигнуть тысяч, была разработана база данных CyBase , которая предлагает возможность для сравнения последовательностей и данных об активности циклотидов. Несколько других семейств кольцевых белков известны у бактерий, растений и животных и также включены в CyBase.
Биосинтез
Растения являются богатым источником синтезированных рибосомами и посттрансляционно модифицированных циклических пептидов. Среди них циклотиды представляют собой продукты, кодируемые генами, полученные в результате обработки более крупного белка-предшественника . Геном первого такого предшественника является Oak1 (Oldenlandia affinis kalata clone number 1), который, как было показано, отвечает за синтез калата B1. Общая конфигурация белка-предшественника состоит из сигнальной последовательности эндоплазматического ретикулума , неконсервативной про-области, высококонсервативной области, известной как N-концевой повтор (NTR), зрелого циклотидного домена и, наконец, короткого гидрофобного С-конца. хвост. Циклотидный домен может содержать либо одну циклотидную последовательность, как в случае Oak1 , либо несколько копий, разделенных дополнительными последовательностями NTR, как показано для Oak2 и Oak4 . В белках-предшественниках, содержащих несколько циклотидных доменов, все они могут быть идентичными последовательностями, как в случае Oak4 , или они могут быть разными циклотидами, как в Oak2, который содержит последовательности, соответствующие калата B3 и B6.
Недавно фермент, ответственный за циклизацию остова циклотидов, был выделен из лекарственного растения Clitoria ternatea . Этот фермент был назван бутелазой 1 в соответствии с местным названием растения (Bunga Telang Ligase). Было показано, что бутелаза 1 циклизует линейный предшественник калаты B1 с выходом> 95% с замечательной скоростью 5,42 × 10 5 М -1 с -1 . Лигаза также циклизует различные биоактивные пептиды животного происхождения, такие как антимикробный пептид человека гистатин, конотоксин из конусной улитки и антимикробный пептид насекомых танатин.
Приложения
Замечательная стабильность циклотидов означает, что у них есть захватывающий диапазон потенциальных применений, связанных либо с их внутренней биологической активностью, либо с возможностью использования мотива CCK в качестве каркаса для стабилизации биологически активных эпитопов . Интерес к ним недавно усилился благодаря публикациям химической методологии, способной к синтетическому получению циклотидов с высокими выходами, и способности каркаса CCK подстраиваться под аминокислотные замены. Но для того, чтобы молекулы были полезными в терапевтических целях, им требуются полезные биофармацевтические характеристики, такие как устойчивость к протеолизу и проницаемость мембран. Площадь взаимодействующей с мембраной поверхности и момент циклотидов являются определяющими при прогнозировании их биологической активности. Недавнее исследование родственных белков цистиновых узлов в качестве кандидатов в лекарственные средства показало, что цистиновые узлы действительно хорошо проникают через слизистую оболочку тонкого кишечника крыс по сравнению с пептидными препаратами, не являющимися цистиновыми узлами, такими как инсулин и бацитрацин . Кроме того, ферментативное расщепление пептидов цистинового узла было связано только с несколькими протеазами, и было высказано предположение, что это ограничение можно преодолеть путем мутации определенных сайтов расщепления. Таким образом, определенные белки цистинового узла удовлетворяют основным критериям доставки лекарств и представляют собой захватывающих новых кандидатов в качестве каркасов для доставки пептидных лекарств. Разнообразный спектр внутренней активности циклотидов также по-прежнему перспективен для широкого спектра применений на сельскохозяйственных полях против насекомых и нематод, особенно из Clitoria ternatea .
История
Во время миссии Красного Креста по оказанию помощи в Демократической Республике Конго в 1960-х годах норвежский врач Лоренц Гран отметила, что во время родов африканские женщины использовали лечебный чай из листьев растения Oldenlandia affinis для стимулирования родов и облегчения родов. Позже было установлено, что активным ингредиентом является пептид, названный калата B1, в честь традиционного названия местной медицины - калата-калата . Хотя исследования in vivo на крысах подтвердили утеротоническую активность очищенного пептида, прошло еще 20 лет, прежде чем были выяснены мотив циклического цистинового узла и структура очищенного пептида.
Смотрите также
использованная литература
внешние ссылки