 | |
| Идентификаторы | |
|---|---|
3D модель ( JSmol ) | |
| ЧЭБИ | |
| ChemSpider | |
| ECHA InfoCard | 100.037.697  |
PubChem CID | |
| UNII | |
Панель управления CompTox ( EPA ) | |
| |
| |
| Характеристики | |
| С 35 H 48 N 8 O 11 S | |
| Молярная масса | 788,87 г · моль -1 |
| Внешность | Иглы |
| Температура плавления | 281 ° С (538 ° F, 554 К) (гид) |
Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
 проверить ( что есть ?)  | |
| Ссылки на инфобоксы | |
Фаллоидин относится к классу токсинов, называемых фаллотоксинами , которые обнаружены в грибах «смертельная шапка» ( Amanita phalloides ) . Это жесткий бициклический гептапептид, который через несколько дней при попадании в кровоток становится смертельным. Главный симптом отравления фаллоидином - острый голод из-за разрушения клеток печени. Он действует, связывая и стабилизируя нитчатый актин (F-актин), и эффективно предотвращает деполимеризацию актиновых волокон. Благодаря прочному и селективному связыванию с F-актином производные фаллоидина, содержащие флуоресцентные метки , широко используются в микроскопии для визуализации F-актина в биомедицинских исследованиях.
Открытие и предыстория [ править ]
Фаллоидин был одним из первых открытых циклических пептидов. Он был выделен из гриба смерти колпачка и кристаллизует Федор Линен и Ульрих Wieland [1] в 1937 году [2] Его структура необычна тем , что она содержит цистеин - триптофан связь с образованием бициклического гептапептида. Эта связь ранее не была охарактеризована и значительно затрудняет выяснение структуры фаллоидина. Они определили присутствие атома серы с помощью УФ-спектроскопии.и обнаружили, что эта кольцевая структура имеет слегка смещенную длину волны. Эксперименты с никелем Ренея подтвердили присутствие серы в триптофановом кольце. Исследователи обнаружили, что десульфурированный фаллоидин по-прежнему имеет круговую форму, что демонстрирует, что структура фаллоидина обычно бициклическая. После линеаризации аминокислотная последовательность десульфуризированного фаллоидина была выяснена посредством деградации по Эдману Виландом и Шоном в 1955 году [3].
Из-за его высокого сродства к актину ученые обнаружили его потенциальное использование в качестве окрашивающего реагента для эффективной визуализации актина в микроскопии. Производные, конъюгированные с флуорофорами, широко продаются. Из-за своей способности избирательно связывать нитчатый актин (F-актин), а не мономеры актина (G-актин), флуоресцентно меченый фаллоидин более эффективен, чем антитела против актина. [4]
Синтез [ править ]
Биосинтез [ править ]
Фаллоидин - это бициклический гептапептид, содержащий необычную цистеин-триптофановую связь. Ген, кодирующий синтез фаллоидина, является частью семейства MSDIN гриба Смертельной шапки и кодирует пропептид из 34 аминокислот. Пролина остаток обрамляет семь-остаток региона , который позже станет фаллоидином. После трансляции пептид необходимо протеолитически вырезать, циклизовать, гидроксилировать, сшивать Trp-Cys с образованием триптатионина и эпимеризовать с образованием D-Thr. Порядок и точный биохимический механизм этих шагов еще полностью не изучены. В настоящее время считается, что необходимые биосинтетические гены сгруппированы рядом с генами MSDIN. [5]
Первой посттрансляционной модификацией 34-мера является протеолитическое расщепление с помощью пролилолигопептидазы (POP) для удаления 10-аминокислотного «лидерного» пептида. Затем POP циклизует гептапептид Ala-Trp-Leu-Ala-Thr-Cys-Pro путем транспептидации между аминокислотой 1 (Ala) и аминокислотой 7 (Pro). Считается, что затем происходит образование триптатионина посредством поперечного сшивания Trp-Cys. [5]
Химический синтез [ править ]
Поскольку фаллоидин используется из-за его способности связывать и стабилизировать полимеры актина, но клетки не могут легко его поглощать, ученые обнаружили, что производные фаллоидина более полезны в исследованиях. По сути, это следует за типичным синтезом малых пептидов с использованием гидроксил-пролина. Основная трудность в синтезе - образование триптатиониновой связи (цистеин-триптофановая поперечная сшивка).
Ниже приводится общий механизм синтеза, выполненный Андерсоном и соавт. в 2005 г. для твердофазного синтеза ala 7 -фаллоидина, который отличается по остатку 7 от фаллоидина, как указано ниже. [6] THPP означает тетрагидропиранилполистирольный линкер, который используется для соединения молекулы с твердым носителем во время синтеза. Обратите внимание, что приведенный ниже синтез представляет собой просто общую схему, показывающую порядок образования связей для соединения исходных материалов. Ala 7 -фаллоидин, а также многие другие аналогичные варианты фаллоидина полезны для увеличения поглощения клетками по сравнению с фаллоидином и для присоединения флуорофора, чтобы помочь в визуализации F-актина под микроскопом.
Первый полный синтез фаллоидина был достигнут путем сочетания твердофазного и растворно-фазового синтеза (Baosheng Liu и Jianheng Zhang, патент США, US 8,569,452 B2). Физические и химические свойства синтетического фаллоидина такие же, как и у природного фаллоидина.
Механизм действия [ править ]
Фаллоидин связывает F- актин , предотвращая его деполимеризацию и отравляя клетку. Фаллоидин специфически связывается на границе между субъединицами F-актина, блокируя вместе соседние субъединицы. Фаллоидин, бициклический гептапептид, связывается с актиновыми филаментами намного сильнее, чем с актиновыми мономерами, что приводит к снижению константы скорости диссоциации актиновых субъединиц от концов филаментов, что по существу стабилизирует актиновые филаменты за счет предотвращения деполимеризации филаментов. [7] Более того, обнаружено, что фаллоидин ингибирует активность F-актина по гидролизу АТФ. [8]Таким образом, фаллоидин захватывает мономеры актина в конформации, отличной от G-актина, и стабилизирует структуру F-актина за счет значительного снижения константы скорости диссоциации мономера, события, связанного с захватом ADP. [8] В целом, фаллоидин стехиометрически реагирует с актином, сильно способствует полимеризации актина и стабилизирует полимеры актина. [9]
Фаллоидин по-разному действует в клетках при различных концентрациях. При введении в цитоплазму в низких концентрациях фаллоидин рекрутирует менее полимеризованные формы цитоплазматического актина, а также филамин в стабильные «островки» агрегированных полимеров актина, но не мешает стрессовым волокнам, то есть толстым пучкам микрофиламентов. [9] Wehland et al. также отмечает, что при более высоких концентрациях фаллоидин вызывает сокращение клеток. [9]
Симптомы [ править ]
Вскоре после его открытия ученые вводили фаллоидин мышам и обнаружили, что его LD 50 составляет 2 мг / кг с помощью внутрибрюшинной инъекции . При воздействии минимальной смертельной дозы этим мышам потребовалось несколько дней для смерти. Единственный очевидный побочный эффект от отравления фаллоидином - сильный голод. Это связано с тем, что фаллоидин поглощается печенью только через мембранные транспортные белки желчных солей. [10] Попадая в печень, фаллоидин связывает F-актин, предотвращая его деполимеризацию. Этому процессу требуется время, чтобы разрушить клетки печени. Почки также могут поглощать фаллоидин, но не так эффективно, как печень. Здесь фаллоидин вызывает нефроз. [11]
Использовать как инструмент для создания изображений [ править ]
Свойства фаллоидина делают его полезным инструментом для исследования распределения F-актина в клетках путем мечения фаллоидина флуоресцентными аналогами и использования их для окрашивания актиновых нитей для световой микроскопии. Флуоресцентные производные фаллоидина оказались чрезвычайно полезными для локализации актиновых нитей в живых или фиксированных клетках, а также для визуализации отдельных актиновых нитей in vitro . [7] Методика высокого разрешения была разработана для обнаружения F-актина на световом и электронном микроскопическом уровнях с использованием фаллоидина, конъюгированного с флуорофором эозином, который действует как флуоресцентная метка. [12]В этом методе, известном как флуоресцентное фотоокисление, флуоресцентные молекулы могут использоваться для управления окислением диаминобензидина (DAB) с целью создания продукта реакции, который может быть электронно-плотным и обнаруживаемым с помощью электронной микроскопии. [12] Количество визуализированной флуоресценции можно использовать как количественную меру количества нитчатого актина в клетках, если используются насыщающие количества флуоресцентного фаллоидина. [7] Следовательно, иммунофлуоресцентная микроскопия вместе с микроинъекцией фаллоидина может использоваться для оценки прямых и косвенных функций цитоплазматического актина на различных стадиях образования полимера. [9] Следовательно, флуоресцентный фаллоидин может быть использован в качестве важного инструмента при изучении актиновых сетей с высоким разрешением.
Использование и ограничения [ править ]
Фаллоидин намного меньше антител, которые обычно используются для мечения клеточных белков для флуоресцентной микроскопии, что позволяет более плотно маркировать нитевидный актин и получать гораздо более подробные изображения, особенно при более высоком разрешении.
Немодифицированные фаллоидины не проникают через клеточные мембраны, что делает их менее эффективными в экспериментах с живыми клетками. Синтезированы производные фаллоидина со значительно повышенной проницаемостью клеток.
Клетки, обработанные фаллоидинами, проявляют ряд токсических эффектов и часто погибают. [7] Кроме того, важно отметить, что клетки, обработанные фаллоидином, будут иметь более высокие уровни актина, связанные с их плазматическими мембранами, а микроинъекция фаллоидина в живые клетки изменит распределение актина, а также подвижность клеток. [7]
См. Также [ править ]
- Цитоскелет
Ссылки [ править ]
- ^ Г. Семенца, EC Слейтер, Р. Янике. Избранные темы истории биохимии. Личные воспоминания - Google книги
- ^ Линен F, Wieland U (18 ноября 1937). «Uber die Giftstoffe des Knollenblätterpilzes. IV». Юстус Либигс Annalen der Chemie (на немецком языке). 533 (1): 93–117. DOI : 10.1002 / jlac.19385330105 .
- Перейти ↑ Wieland T, Schon W (16 января 1955). "Uber die Giftstoffe des grünen Knollenblätterpilzes X. Mitteilung. Die Konstitution des Phalloidins". Юстус Либигс Аннален дер Хеми . 593 (2): 157–178. DOI : 10.1002 / jlac.19555930204 .
- ^ Иммуногистохимия: основы и методы . Springer Science & Business Media. 2010. С. 92–3. ISBN 978-3-642-04609-4.
- ^ a b Уолтон JD; Халлен-Адамс Он; Луо Х (4 августа 2010 г.). «Рибосомный биосинтез циклических пептидных токсинов грибов мухомора» . Пептидная наука . 94 (5): 659–664. DOI : 10.1002 / bip.21416 . PMC 4001729 . PMID 20564017 .
- ^ Андерсон MO, Shelat AA, Kiplan Guy R (16 апреля 2005). « Твердофазный подход к фаллотоксинам: полный синтез [ala 7 ] -фаллоидина». J. Org. Chem . 70 (12): 4578–84. DOI : 10.1021 / jo0503153 . PMID 15932292 .
- ^ а б в г д Купер Дж. А. (октябрь 1987 г.). «Влияние цитохалазина и фаллоидина на актин» . J. Cell Biol . 105 (4): 1473–8. DOI : 10,1083 / jcb.105.4.1473 . PMC 2114638 . PMID 3312229 .
- ^ a b Барден Дж. А., Мики М., Хэмбли Б. Д., Дос Ремедиос К. Г. (февраль 1987 г.). «Локализация фаллоидиновых и нуклеотидсвязывающих сайтов на актине» . Евро. J. Biochem . 162 (3): 583–8. DOI : 10.1111 / j.1432-1033.1987.tb10679.x . PMID 3830158 .
- ^ a b c d Веланд Дж, Осборн М., Вебер К. (декабрь 1977 г.). «Индуцированная фаллоидином полимеризация актина в цитоплазме культивируемых клеток препятствует перемещению и росту клеток» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 74 (12): 5613–7. DOI : 10.1073 / pnas.74.12.5613 . PMC 431831 . PMID 341163 .
- ^ Виланд Т (1963). «Химические и токсикологические исследования с циклопептидами Amanita phalloides» . Чистая и прикладная химия . 3 (6): 339–350. DOI : 10,1351 / pac196306030339 .
- ^ Шредер, Эберхард; Любке, Клаус (2014). Пептиды, Том II: Синтез, появление и действие биологически активных полипептидов . Эльзевир. п. 475. ISBN 978-1-4832-5986-4. Ориентируется на синтез биологически активных полипептидов и аналогов.
- ^ a b Capani F, Deerinck TJ, Ellisman MH, Bushong E, Bobik M, Martone ME (1 ноября 2001 г.). «Фаллоидин-эозин с последующим фотоокислением: новый метод локализации F-актина на световом и электронном микроскопическом уровнях» . J. Histochem. Cytochem . 49 (11): 1351–61. DOI : 10.1177 / 002215540104901103 . PMID 11668188 . Архивировано из оригинального 16 апреля 2005 года.
