Синтезированные рибосомами и посттрансляционно модифицированные пептиды ( RiPP ), также известные как рибосомные природные продукты , представляют собой разнообразный класс природных продуктов рибосомного происхождения. [1] Состоящие из более чем 20 подклассов, RiPP продуцируются различными организмами , включая прокариот , эукариот и архей , и обладают широким спектром биологических функций .
Вследствие падающей стоимости секвенирования генома и сопутствующего увеличения доступных геномных данных за последние несколько десятилетий возрос научный интерес к RiPP. Поскольку химическая структура RiPPs более точно предсказуема на основе геномных данных, чем других природных продуктов (например, алкалоидов , терпеноидов ), их присутствие в секвенированных организмах теоретически можно определить быстро. Это делает RiPP привлекательной целью для современных поисков натуральных продуктов.
Определение
RiPP состоят из любых пептидов (то есть с молекулярной массой ниже 10 кДа), которые продуцируются рибосомами и претерпевают некоторую степень ферментативной посттрансляционной модификации . Эта комбинация трансляции и модификации пептида называется «пост-рибосомным пептидным синтезом» (PRPS) по аналогии с нерибосомным пептидным синтезом (NRPS).
Исторически сложилось так, что текущие подклассы RiPP изучались индивидуально, и общая номенклатурная практика соответственно варьировалась в литературе. Совсем недавно, с появлением широкого секвенирования генома, стало понятно, что эти натуральные продукты имеют общее биосинтетическое происхождение. В 2013 году большой группой исследователей в этой области был согласован и опубликован набор единых рекомендаций по номенклатуре . [1] До этого отчета RiPP назывались различными обозначениями, включая пост-рибосомные пептиды , рибосомные природные продукты и рибосомальные пептиды .
Акроним «Ripp» обозначает « п bosomally синтезированного и р ост-поступательно модифицированного р eptide».
Распространенность и применение
RiPP составляют одно из основных суперсемейств природных продуктов , таких как алкалоиды , терпеноиды и нерибосомные пептиды , хотя они имеют тенденцию быть большими, с молекулярной массой, обычно превышающей 1000 Да . [1] Появление методов секвенирования следующего поколения сделало анализ генома RiPP обычной стратегией. [2] Отчасти из-за их возросшего количества открытий и предполагаемой простоты разработки , использование RiPP в качестве лекарств увеличивается. Хотя по происхождению они являются рибосомными пептидами , RiPP обычно классифицируются как небольшие молекулы, а не как биологические вещества из-за их химических свойств, таких как умеренный молекулярный вес и относительно высокая гидрофобность .
Использование и биологическая активность RiPP разнообразны.
RiPP, используемые в коммерческих целях, включают низин , пищевой консервант , тиострептон , ветеринарный антибиотик для местного применения , а также носигептид и дурамицин, которые являются добавками к корму для животных . Фаллоидин, функционализированный флуорофором , используется в микроскопии в качестве красителя из-за его высокого сродства к актину . Анантин представляет собой RiPP, используемый в клеточной биологии в качестве ингибитора рецепторов предсердных натрийуретических пептидов . [3]
Дериватизированным RIPP в клинических испытаниях является LFF571. LFF571, производное тиопептида GE2270-A, завершил II фазу клинических испытаний по лечению инфекций Clostridium difficile с сопоставимой безопасностью и эффективностью с ванкомицином . [4] [5] Также недавно в клинических испытаниях прошел NVB302 (производное лантибиотика актагардина), который используется для лечения инфекции Clostridium difficile . [6] Дурамицин завершил II фазу клинических испытаний для лечения муковисцидоза . [7]
Другие биологически активные Ripps включают антибиотики cyclothiazomycin и bottromycin , антибиотик ультра-узкий спектр plantazolicin и Цитотоксин patellamide A . Стрептолизин S, токсичный фактор вирулентности из Streptococcus Пирролидонилпептидазы , также Ripp. Кроме того, сам гормон щитовидной железы человека является RiPP из-за своего биосинтетического происхождения как тиреоглобулин .
Классификации
Аматоксины и фаллотоксины
Аматоксины и фаллотоксины представляют собой 8- и 7-членные природные продукты, соответственно, для которых характерна циклизация N-to-C в дополнение к мотиву триптатионина, полученному в результате сшивания Cys и Trp. [8] [9] Аматоксины и фаллотоксины также отличаются от других RiPP на основании присутствия С-концевой последовательности узнавания в дополнение к N-концевому лидерному пептиду. α-Аманитин , аматоксин, имеет ряд посттрансляционных модификаций в дополнение к макроциклизации и образованию триптатионинового мостика: окисление триптатионина приводит к присутствию сульфоксида , а многочисленные гидроксилирования украшают природный продукт. Как аматоксин α-аманитин является ингибитором РНК-полимеразы II . [10]
Ботромицины
Ботромицины содержат С-концевой декарбоксилированный тиазол в дополнение к макроциклическому амидину . [11]
В настоящее время известно шесть соединений ботромицина, которые различаются степенью метилирования боковой цепи, что является дополнительной характеристикой класса ботромицинов. Полный синтез ботромицина А2 требовался для окончательного определения структуры первого ботромицина. [11]
К настоящему времени кластеры генов, которые, как предполагается, будут продуцировать ботромицины, были идентифицированы в роду Streptomyces . Ботромицины отличаются от других RiPP отсутствием N-концевого лидерного пептида. Скорее, пептид-предшественник имеет С-концевое удлинение из 35-37 аминокислот, которое, как предполагается, действует как последовательность распознавания для посттрансляционного аппарата. [12]
Цианобактины
Цианобактины - это разнообразные метаболиты цианобактерий с макроцилизацией от N до C цепи из 6-20 аминокислот. Цианобактины - это натуральные продукты, выделенные из цианобактерий, и считается, что около 30% всех штаммов цианобактерий содержат кластеры генов цианобактерий. [13] Однако, хотя до сих пор все цианобактины относятся к цианобактериям, существует вероятность того, что другие организмы могут производить аналогичные природные продукты.
Пептид-предшественник семейства цианобактина традиционно обозначается как ген «E», тогда как пептиды-предшественники обозначают как ген «A» в большинстве кластеров генов RiPP. «А» представляет собой сериновую протеазу, участвующую в расщеплении лидерного пептида и последующей макроциклизации природного продукта пептида, в комбинации с дополнительным гомологом сериновой протеазы, кодируемым геном «G». Члены семейства цианобактинов могут нести тиазолины / оксазолины, тиазолы / оксазолы и метилирования в зависимости от дополнительных ферментов модификации. Например, пожалуй, самым известным цианобактином является пателламид А , который в своем конечном состоянии содержит два тиазола, метилоксазолин и оксазолин, макроцикл, полученный из 8 аминокислот.
Лантипептиды
Лантипептиды - одно из наиболее хорошо изученных семейств RiPP. Семейство характеризуется наличием остатков лантионина (Lan) и 3-метиллантионина (MeLan) в конечном натуральном продукте. Существует четыре основных класса лантипептидов, разграниченных ферментами, ответственными за установку Lan и MeLan. Дегидратаза и циклаза могут быть двумя отдельными белками или одним многофункциональным ферментом. Раньше лантипептиды были известны как «лантипептиды» до того, как в этой области был достигнут консенсус. [1]
Лантибиотики - это лантипептиды, обладающие антимикробной активностью. Член-основатель семейства лантипептидов, низин , представляет собой лантибиотик, который уже более 40 лет используется для предотвращения роста пищевых патогенов. [14]
Пептиды лассо
Пептиды Lasso представляют собой короткие пептиды, содержащие N-концевое «кольцо» макроцикла макролактама, через которое продет линейный C-концевой «хвост». [15] [16] Из-за топологии с резьбой и петлей эти пептиды напоминают лассо , что и послужило причиной их названия. Они являются членами более широкого класса структур лассо на основе аминокислот . Кроме того, пептиды лассо формально являются ротаксанами .
N-концевое «кольцо» может иметь длину от 7 до 9 аминокислот и образовано изопептидной связью между N-концевым амином первой аминокислоты пептида и карбоксилатной боковой цепью аспартатного или глутаматного остатка. Длина С-концевого «хвоста» составляет от 7 до 15 аминокислот. [15]
Первой аминокислотой лассо-пептидов почти всегда является глицин или цистеин , при этом известные ферменты не переносят мутации в этом месте. [16] Таким образом, основанные на биоинформатике подходы к открытию пептидов лассо использовали это как ограничение. [15] Однако недавно были обнаружены некоторые пептиды лассо, которые также содержат серин или аланин в качестве первого остатка. [17]
Нить лассо-хвоста захватывается либо дисульфидными связями между кольцевыми и хвостовыми остатками цистеина (лассо-пептиды класса I), стерическими эффектами из-за объемных остатков на хвосте (лассо-пептиды класса II), либо обоими (лассо-пептиды класса III) . [16] Компактная структура делает лассо-пептиды часто устойчивыми к протеазам или термическому разворачиванию . [16]
Пептиды, содержащие линейный азол (in) e
Линейная азол (в) е-содержащих пептиды (LAPS) содержат тиазолы и оксазолы , или их уменьшенные тиазолиновые и оксазолиновые формы. Тиазольные (in) es являются результатом циклизации остатков Cys в пептиде-предшественнике, в то время как (метил) оксазол (in) es образуются из Thr и Ser. Образование азола и азолина также модифицирует остаток в положении -1 или непосредственно на С- конце по отношению к Cys, Ser или Thr. Дегидрогеназы в LAP кластера генов требуется для окисления azolines до азолов.
Плантазолицин - это LAP с обширной циклизацией. Два набора из пяти гетероциклов придают натуральному продукту структурную жесткость и необычайно избирательную антибактериальную активность. [18] Стрептолизин S (SLS), пожалуй, самый хорошо изученный и самый известный LAP, отчасти потому, что структура до сих пор неизвестна с момента открытия SLS в 1901 году. Таким образом, хотя кластер биосинтетических генов предполагает, что SLS является LAP, структурная подтверждение отсутствует.
Микроцины
Все микроцины представляют собой RiPP, продуцируемые Enterobacteriaceae, с молекулярной массой <10 кДа. Многие члены других семейств RiPP, такие как микроцин B17 (LAP) и микроцин J25 (пептид Lasso), также считаются микроцинами. Вместо классификации на основе посттрансляционных модификаций или модифицирующих ферментов, микроцины вместо этого идентифицируются по молекулярной массе, нативному продуценту и антибактериальной активности. Микроцины кодируются либо плазмидами, либо хромосомами, но, в частности, обладают активностью против Enerobacteriaceae. Поскольку эти организмы также часто являются продуцентами микроцинов, кластер генов содержит не только пептид-предшественник и модифицирующие ферменты, но также ген самоиммунитета для защиты штамма-продуцента и гены, кодирующие экспорт природного продукта.
Микроцины обладают биоактивностью против грамотрицательных бактерий, но обычно проявляют активность узкого спектра из-за захвата специфических рецепторов, участвующих в транспорте основных питательных веществ.
Тиопептиды
Большинство охарактеризованных тиопептидов было выделено из актинобактерий. [19] Общие структурные особенности тиопептидных макроциклов представляют собой дегидратированные аминокислоты и тиазольные кольца, образованные из дегидратированных остатков серина / треонина и циклизованного цистеина , соответственно.
Макроцикл тиопептида замыкается шестичленным азотсодержащим кольцом. Степень окисления и характер замещения азотистого кольца определяют серию природного продукта тиопептида. [1] Хотя механизм макроциклизации неизвестен, азотистое кольцо может существовать в тиопептидах в виде пиперидина , дегидропиперидина или полностью окисленного пиридина . Кроме того, некоторые тиопептиды несут второй макроцикл, который содержит остаток хинальдиновой кислоты или индоловой кислоты, полученный из триптофана . Возможно, наиболее хорошо охарактеризованный тиопептид, тиострептон А, содержит дегидропиперидиновое кольцо и второй макроцикл, содержащий хинальдиновую кислоту. Четыре остатка дегидратируются во время посттрансляционной модификации, и конечный природный продукт также содержит четыре тиазола и один азолин.
Другие РИПП
Аутоиндуцирующие пептиды (AIP) и пептиды, воспринимающие кворум , используются в качестве сигнальных молекул в процессе, называемом восприятием кворума . AIP характеризуются присутствием циклического сложного эфира или тиоэфира , в отличие от других регуляторных пептидов, которые являются линейными. У патогенов экспортированные AIP связываются с внеклеточными рецепторами, которые запускают производство факторов вирулентности . [20] У Staphylococcus aureus AIPs биосинтезируются из пептида-предшественника, состоящего из C-концевой лидерной области, центральной области и отрицательно заряженной хвостовой области, которая вместе с лидерным пептидом отщепляется перед экспортом AIP. [21]
Бактериальные циклизированные пептиды «голова к хвосту» относятся исключительно к синтезированным рибосомам пептидам с 35-70 остатками и пептидной связью между N- и C-концами, иногда называемые бактериоцинами , хотя этот термин используется в более широком смысле. Отличительная особенность этого класса не только в относительно большом размере натуральных продуктов, но и в модифицирующих ферментах, ответственных за макроциклизацию. Другие RiPP, циклизованные от N к C, такие как цианобактины и орбитиды, имеют специализированный биосинтетический аппарат для макроцилизации гораздо меньших ядер пептидов. Пока эти бактериоцины идентифицированы только у грамположительных бактерий . Энтероцин AS-48 был выделен из Enterococcus и, как и другие бактериоцины, относительно устойчив к высокой температуре, изменениям pH и многим протеазам в результате макроциклизации. [22] Основываясь на структурах раствора и выравнивании последовательностей, бактериоцины, по-видимому, принимают аналогичные трехмерные структуры, несмотря на небольшую гомологию последовательностей, что способствует стабильности и устойчивости к деградации.
Conopeptides и другие toxoglossan пептидысобой компоненты яда хищных морских улиток, такие как улитки конуса или Conus . [23] Пептиды яда шишек обычно меньше, чем пептиды, содержащиеся в ядах других животных (10-30 аминокислот против 30-90 аминокислот), и имеют больше дисульфидных сшивок . [23] Один вид может иметь 50-200 копептидов, закодированных в его геноме, распознаваемых по хорошо законсервированной сигнальной последовательности. [1]
Циклотиды представляют собой RiPP с циклизацией «голова к хвосту» и тремя консервативными дисульфидными связями, которые образуют узловую структуру, называемуюмотивом циклического цистеинового узла . [24] [25] Никаких других посттрансляционных модификаций не наблюдалось для охарактеризованных циклотидов, размер которых составляет от 28 до 37 аминокислот. Циклотиды - это растительные натуральные продукты, и различные циклотиды, по-видимому, зависят от вида. Хотя для циклотидов сообщалось о многих действиях, было высказано предположение, что все они объединены общим механизмом связывания с клеточной мембраной и ее разрушения. [26]
Гликоцины - это RiPPS, которые представляют собой гликозилированные антимикробные пептиды . Только два члена были полностью охарактеризованы, что делает его небольшим классом RiPP. [27] [28] Субланцин 168 и гликоцин F являются Cys-гликозилированными и, кроме того, имеют дисульфидные связи между негликозилированными остатками Cys. Хотя оба члена несут S-гликозильные группы, RiPP, несущие O- или N-связанные углеводы, также будут включены в это семейство по мере их открытия.
Линаридины характеризуются С-концевыми остатками аминовинилцистеина. Хотя эта посттрансляционная модификация также наблюдается в лантипептидах, эпидермине и мерсацидине, линаридины не имеют остатков Lan или MeLan. Кроме того, фрагмент линаридина образуется в результате модификации двух остатков Cys, тогда как аминовинилцистеины лантипептида образуются из Cys и дегидроаланина (Dha). [29] Первым линаридином, который был охарактеризован, был ципемицин . [30]
Микровиридины представляют собой циклические N- ацетилированные тридека- и тетрадекапептиды с ω-сложноэфирными и / или ω-амидными связями. Образование лактона через глутаматные или аспартатные ω-карбоксильные группы и ε-аминогруппу лизина образует макроциклы в конечном натуральном продукте.
Орбитиды представляют собой циклизованные пептиды от N к C растительного происхождения без дисульфидных связей. Также называемые Caryophyllaceae-подобными гомомоноциклопептидами [31] орбитиды имеют длину 5-12 аминокислот и состоят в основном из гидрофобных остатков. Подобно аматоксинам и фаллотоксинам, генные последовательности орбитидов предполагают наличие С-концевой узнавающей последовательности. У сорта льняного семени Linum usitatissimum с помощью Blast-поиска был обнаружен пептид-предшественник, который потенциально содержит пять ядерных пептидов, разделенных предполагаемыми последовательностями распознавания. [32]
Протеи названы в честь «Протея», греческого морского бога, изменяющего форму. До сих пор единственные известные члены семейства протеусинов назывались политеонамидами. Первоначально предполагалось, что они не являются рибосомными натуральными продуктами из-за присутствия многих D-аминокислот и других непротеиногенных аминокислот . Однако метагеномное исследование показало, что натуральные продукты являются наиболее широко модифицированным классом RiPP, известным на сегодняшний день. [33] Шесть ферментов ответственны за установку в общей сложности 48 посттрансляционных модификаций на пептиды-предшественники политеонамидов A и B, включая 18 эпимеризаций . Политеонамиды исключительно велики, поскольку одна молекула способна преодолевать клеточную мембрану и образовывать ионный канал . [34] [35]
Сактипептиды содержат внутримолекулярные связи между серой остатков Cys и α-углеродом другого остатка в пептиде. Ряд нерибосомных пептидов имеют такую же модификацию. В 2003 году было сообщено о первом RiPP со связью сера-альфа-углерод, когда структура субтилозина А была определена с использованием среды, обогащенной изотопами, и ЯМР-спектроскопии . [36] В случае субтилозина А, выделенного из Bacillus subtilis 168 , поперечные связи Cα между Cys4 и Phe31, Cys7 и Thr28, а также Cys13 и Phe22 не являются единственными посттрансляционными модификациями; C- и N-концы образуют амидную связь , в результате чего образуется круговая структура, которая конформационно ограничена связями Cα. Sactipeptides с антимикробной активностью , как правило , называют sactibiotics ( с ulfur к lpha- с Арбона tibiotic ). [37]
Биосинтез
RiPP характеризуются общей стратегией биосинтеза, при которой генетически кодируемые пептиды подвергаются трансляции и последующей химической модификации биосинтетическими ферментами.
Общие черты
Все RiPP сначала синтезируются на рибосоме как пептид-предшественник . Этот пептид состоит из сердцевинного пептидного сегмента, которому обычно предшествует (а иногда и следует) лидерный пептидный сегмент и обычно имеет длину ~ 20-110 остатков . Лидерный пептид обычно важен для обеспечения ферментативного процессинга пептида-предшественника за счет помощи в распознавании корового пептида биосинтетическими ферментами и для клеточного экспорта . Некоторые RiPP также содержат последовательность узнавания, С-концевую по отношению к коровому пептиду; они участвуют в эксцизии и циклизации . Кроме того, эукариотические RiPP могут содержать сигнальный сегмент пептида-предшественника, который помогает направлять пептид в клеточные компартменты . [1]
Во время биосинтеза RiPP немодифицированный пептид-предшественник (содержащий немодифицированный коровый пептид, UCP ) последовательно распознается и химически модифицируется биосинтетическими ферментами (PRPS). Примеры модификаций включают, среди прочего , дегидратацию (т.е. лантипептиды , тиопептиды), циклодегидратацию (т.е. тиопептиды), пренилирование (т.е. цианобактины) и циклизацию (т.е. лассо-пептиды). Полученный модифицированный пептид-предшественник (содержащий модифицированный коровый пептид, МСР ) затем подвергается протеолизу , при этом удаляются неосновные области пептида-предшественника. Это приводит к зрелому RiPP . [1]
Номенклатура
В статьях, опубликованных до недавнего согласия сообщества [1], используются различные наборы терминов. Пептид - предшественника был передан ранее , как препептид , препропептид , или структурным пептид . Лидирующий пептид был передан в качестве пропептиде , про-области или промежуточной области . Исторические альтернативные термины для корового пептида включали пропептид , структурный пептид и область токсина (в частности, для конопептидов). [1]
Семейные особенности
Лантипептиды
Лантипептиды характеризуются наличием остатков лантионина (Lan) и 3-метиллантионина (MeLan). Остатки Lan образуются из тиоэфирного мостика между Cys и Ser, а остатки MeLan образуются из связывания Cys с остатком Thr. Ферменты биосинтеза, ответственные за установку Lan и MeLan, сначала дегидратируют Ser и Thr до дегидроаланина (Dha) и дегидробутирина (Dhb) соответственно. Последующее сшивание тиоэфира происходит за счет присоединения по типу Майкла Cys к Dha или Dhb. [38]
Выделены четыре класса ферментов биосинтеза лантипептидов. [39] Лантипептиды класса I имеют специальные лантипептидные дегидратазы , называемые ферментами LanB, хотя для конкретных лантипептидов используются более конкретные обозначения (например, NisB - низиндегидратаза). Отдельная циклаза, LanC, отвечает за второй этап биосинтеза Lan и MeLan. Однако лантипептиды классов II, III и IV содержат бифункциональные лантионинсинтетазы в своих кластерах генов, что означает, что один фермент выполняет этапы дегидратации и циклизации. Синтетазы класса II, обозначенные LanM-синтетазами, имеют N-концевые домены дегидратации без гомологии последовательности с другими ферментами биосинтеза лантипептидов; циклазный домен гомологичен LanC. Ферменты класса III (LanKC) и IV (LanL) имеют сходные N-концевые лиазные и центральные киназные домены, но различаются по C-концевым доменам циклизации: циклазный домен LanL гомологичен LanC, но ферменты класса III не связываются с Zn-лигандом. домены. [40]
Пептиды, содержащие линейный азол (in) e
Отличительной чертой биосинтеза линейного азол (in) e-содержащего пептида (LAP) является образование азол (in) e гетероциклов из нуклеофильных аминокислот серина , треонина или цистеина . [1] [41] Это достигается тремя ферментами, называемыми белками B, C и D; пептид-предшественник называется белком А, как и в других классах. [1]
Белок C в основном участвует в распознавании и связывании лидерного пептида и иногда его называют каркасным белком. Белок D представляет собой АТФ-зависимую циклодегидратазу, которая катализирует реакцию циклодегидратации, приводящую к образованию азолинового кольца. Это происходит путем прямой активации карбонила амидного остова с помощью АТФ, что приводит к стехиометрическому потреблению АТФ. [42] Белки C и D иногда присутствуют в виде единого слитого белка, как в случае биосинтеза стволамида. Белок B представляет собой флавинмононуклеотид (FMN) -зависимую дегидрогеназу, которая окисляет определенные азолиновые кольца до азолов .
Белок B обычно называют дегидрогеназой ; белки C и D вместе образуют циклодегидратазу , хотя белок D сам по себе выполняет реакцию циклодегидратации. В ранних работах по микроцину B17 использовалась другая номенклатура этих белков, но недавний консенсус был принят в этой области, как описано выше. [1]
Цианобактины
Биосинтез цианобактина требует протеолитического расщепления как N-концевой, так и C-концевой частей пептида-предшественника. Таким образом, определяющие белки представляют собой N-концевую протеазу , называемую белком A, и C-концевую протеазу , называемую белком G. Белок G также отвечает за макроциклизацию .
Для цианобактинов пептид-предшественник называется пептидом E. [1] Как минимум, для E-пептида требуется лидерная пептидная область, коровая (структурная) область и как N-концевые, так и C-концевые последовательности распознавания протеаз. В отличие от большинства RiPP, для которых один пептид-предшественник кодирует один природный продукт через одинокий ядерный пептид, цианобактин E пептиды могут содержать несколько ядерных областей; несколько пептидов E могут даже присутствовать в одном кластере генов. [1] [43]
Многие цианобактины также подвергаются гетероциклизации с помощью гетероциклазы (называемой белком D), устанавливая оксазолиновые или тиазолиновые фрагменты из остатков Ser / Thr / Cys до действия протеаз A и G. [1] Гетероциклаза представляет собой АТФ- зависимый гомолог YcaO, который биохимически ведет себя так же, как циклодегидратазы YcaO-домена в биосинтезе тиопептида и линейного азол (in) e-содержащего пептида (LAP) (описано выше).
Распространенная модификация является пренилированием из гидроксильных групп с помощью белка F prenyltransferase . Окисление азолиновых гетероциклов до азолов также может осуществляться с помощью оксидазного домена, расположенного на G-белке. В отличие от рибосомных пептидов цианобактины могут включать D-аминокислоты ; они могут возникать рядом с остатками азола или азолина. [1] Функции некоторых белков, обычно встречающихся в кластерах генов биосинтеза цианобактина , белков B и C, неизвестны.
Тиопептиды
Биосинтез тиопептида включает особенно обширную модификацию каркаса пептида ядра. Действительно, из-за очень сложной структуры тиопептидов обычно считалось, что эти природные продукты не являются рибосомными пептидами . Признание рибосомного происхождения этих молекул пришло в 2009 году с независимым открытием кластеров генов для нескольких тиопептидов. [1] [44] [45] [46] [47]
Стандартная номенклатура белков биосинтеза тиопептидов соответствует номенклатуре генного кластера тиомурацина. [1] [46] Помимо пептида-предшественника, называемого пептидом А, для биосинтеза тиопептида требуется по крайней мере шесть генов . К ним относятся лантипептидоподобные дегидратазы , обозначаемые белками B и C, которые устанавливают фрагменты дегидроаланина и дегидробутирина путем дегидратации остатков предшественников Ser / Thr. Азол и azoline синтез осуществляют путем белка Е, дегидрогеназы , и белка G, в cyclodehydratase . Азотом отработанный гетероцикл устанавливается с помощью D белка циклазы через предполагаемую [4 + 2] циклоприсоединение из дегидроаланиновым фрагментов с образованием характерного макроцикл. [48] Белок F отвечает за связывание лидерного пептида. [49]
Биосинтез тиопептидов биохимически сходен с биосинтезом цианобактинов, лантипептидов и линейных азол (in) e-содержащих пептидов (LAP). Как и с cyanobactins и коленами, азол и azoline синтез происходит через действие АТФ -зависимой YcaO - домен cyclodehydratase. В отличие от LAP, где циклодегидратация происходит под действием двух отдельных белков, ответственных за связывание лидерного пептида и циклодегидративный катализ , они сливаются в один белок (G-белок) в биосинтезе цианобактина и тиопептида. [1] Однако в тиопептидах дополнительный белок, обозначенный как Ocin-ThiF-подобный белок (белок F), необходим для распознавания лидерного пептида и потенциально рекрутирования других биосинтетических ферментов. [49]
Пептиды лассо
Для биосинтеза пептидов лассо требуется по крайней мере три гена, называемые белками A, B и C. [1] [15] Ген A кодирует пептид-предшественник, который модифицируется белками B и C в зрелый природный продукт. Белок B представляет собой аденозинтрифосфат- зависимую цистеиновую протеазу, которая отщепляет лидерную область от пептида-предшественника. Белок С проявляет гомологию с аспарагинсинтетазой и, как полагают, активирует боковую цепь карбоновой кислоты глутамата или остатка аспартата посредством аденилилирования . N-концевой амин , образованный белком B (протеазы) , а затем вступает в реакцию с этой активированной боковой цепи с образованием макроцикла образующую изопептида связь. Точные стадии и промежуточные продукты реакции в биосинтезе пептидов лассо остаются неизвестными из-за экспериментальных трудностей, связанных с белками. [15] Обычно белок B называют лассо-протеазой , а белок C - лассоциклазой .
Некоторые кластеры генов биосинтеза пептидов лассо также требуют дополнительного белка неизвестной функции для биосинтеза. Кроме того, кластеры генов пептида лассо обычно включают транспортер ABC (белок D) или изопептидазу , хотя они не являются строго обязательными для биосинтеза пептида лассо и иногда отсутствуют. [15] Ни для одного из белков биосинтеза пептидов лассо пока не известна кристаллическая структура рентгеновских лучей .
Биосинтез лассо-пептидов особенно интересен из-за недоступности топологии нарезного лассо для химического пептидного синтеза .
Смотрите также
- Нерибосомальный пептид
Рекомендации
- ^ a b c d e f g h i j k l m n o p q r s t u Arnison PG, Bibb MJ, Bierbaum G, Bowers AA, Bugni TS, Bulaj G, Camarero JA, Campopiano DJ, Challis GL, Clardy J, Cotter PD, Craik DJ, Dawson M, Dittmann E, Donadio S, Dorrestein PC, Entian KD, Fischbach MA, Garavelli JS, Göransson U, Gruber CW, Haft DH, Hemscheidt TK, Hertweck C, Hill C, Horswill AR, Джаспарс М., Келли В.Л., Клинман Д.П., Койперс О.П., Линк А.Дж., Лю В., Марахил М.А., Митчелл Д.А., Молл Г.Н., Мур Б.С., Мюллер Р., Наир С.К., Нес И.Ф., Норрис Г.Э., Оливера Б.М., Онака Х., Патчетт М.Л. , Piel J, Reaney MJ, Rebuffat S, Ross RP, Sahl HG, Schmidt EW, Selsted ME, Severinov K, Shen B, Sivonen K, Smith L, Stein T, Süssmuth RD, Tagg JR, Tang GL, Truman AW, Vederas JC, Walsh CT, Walton JD, Wenzel SC, Willey JM, van der Donk WA (январь 2013 г.). «Рибосомно синтезированные и посттрансляционно модифицированные пептидные природные продукты: обзор и рекомендации по универсальной номенклатуре» . Отчеты о натуральных продуктах . 30 (1): 108–60. DOI : 10.1039 / c2np20085f . PMC 3954855 . PMID 23165928 .
- ^ Веласкес JE, ван дер Донк WA (2011). «Разработка генома для натуральных продуктов, синтезированных рибосомами» . Текущее мнение в химической биологии . 15 (1): 11–21. DOI : 10.1016 / j.cbpa.2010.10.027 . PMC 3090663 . PMID 21095156 .
- ^ Висс Д.Ф., Лам Х.В., Маннеберг М., Лабхардт А.М. (1991). «Анантин - пептидный антагонист предсердного натрийуретического фактора (ANF). II. Определение первичной последовательности методом ЯМР на основе отнесения протонов» . Журнал антибиотиков . 44 (2): 172–80. DOI : 10,7164 / antibiotics.44.172 . PMID 1826288 .
- ^ Муллан К., Ли С., Бресслер А., Буитраго М., Вайс К., Дабович К., Престгаард Дж., Лидс Дж. А., Блейс Дж., Пертел П. (2015). «Многоцентровое рандомизированное клиническое испытание для сравнения безопасности и эффективности LFF571 и ванкомицина при инфекциях Clostridium difficile» . Противомикробные препараты и химиотерапия . 59 (3): 1435–40. DOI : 10,1128 / AAC.04251-14 . PMC 4325808 . PMID 25534727 .
- ^ «Безопасность и эффективность многократного ежедневного приема перорального LFF571 у пациентов с умеренными инфекциями, вызываемыми Clostridium Difficile» . Проверено 8 июня 2015 .
- ^ «Оценка безопасности и распределения NVB302 у здоровых добровольцев» . ISRCTNregistry . 2012-10-23 . Проверено 8 июня 2015 .
- ^ Сандифорд СК (2015). «Перспективы открытия лантибиотиков - где мы потерпели неудачу и какие улучшения необходимы?» . Мнение эксперта об открытии лекарств . 10 (4): 315–20. DOI : 10.1517 / 17460441.2015.1016496 . PMID 25697059 .
- ^ Занотти Г., Бейер Б., Виланд Т. (сентябрь 1987 г.). «Синтез циклических пептидов триптатионина». Int. J. Pept. Protein Res . 30 (3): 323–9. DOI : 10.1111 / j.1399-3011.1987.tb03338.x . PMID 3692680 .
- ^ Виланд Т., Фолстих Н. (декабрь 1978 г.). «Аматоксины, фаллотоксины, фаллолизин и антаманиды: биологически активные компоненты ядовитых грибов мухомора». CRC Crit. Rev. Biochem . 5 (3): 185–260. DOI : 10.3109 / 10409237809149870 . PMID 363352 .
- ^ Бушнелл Д.А., Крамер П., Корнберг Р.Д. (февраль 2002 г.). «Структурная основа транскрипции: сокристалл альфа-аманитин-РНК-полимеразы II с разрешением 2,8 A» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 99 (3): 1218–22. Bibcode : 2002PNAS ... 99.1218B . DOI : 10.1073 / pnas.251664698 . PMC 122170 . PMID 11805306 .
- ^ а б Шимамура Х., Гауда Х., Нагаи К. и др. (2009). «Определение структуры и общий синтез ботромицина А2: мощного антибиотика против MRSA и VRE». Энгью. Chem. Int. Эд. Англ . 48 (5): 914–7. DOI : 10.1002 / anie.200804138 . PMID 19115340 .
- ^ Gomez-Escribano JP, Song L, Bibb MJ, Challis GL. (2012). «Посттрансляционное β-метилирование и макролактамидирование в биосинтезе ботромицинового комплекса рибосомальных пептидных антибиотиков». Chem. Sci . 3 (12): 3522–5. DOI : 10.1039 / C2SC21183A .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
- ^ Лейкоски Н., Февер Д.П., Сивонен К. (февраль 2009 г.). «Широкое распространение и латеральный перенос кластера генов биосинтеза цианобактина в цианобактериях» . Прил. Environ. Microbiol . 75 (3): 853–7. DOI : 10,1128 / AEM.02134-08 . PMC 2632131 . PMID 19047393 .
- ^ Любельский Дж., Ринк Р., Хусаинов Р., Молл Г. Н., Койперс О. П. (2008). «Биосинтез, иммунитет, регуляция, механизм действия и разработка модельного лантибиотика низина» . Клеточные и молекулярные науки о жизни . 65 (3): 455–76. DOI : 10.1007 / s00018-007-7171-2 . PMID 17965835 . S2CID 9549591 .
- ^ а б в г д е Максимов М.О., Линк А.Дж. (февраль 2014 г.). «Поиски геномов на пептиды лассо». Журнал промышленной микробиологии и биотехнологии . 41 (2): 333–44. DOI : 10.1007 / s10295-013-1357-4 . PMID 24142336 . S2CID 13286422 .
- ^ а б в г Максимов М.О., Пан С.Дж., Джеймс Линк А (сентябрь 2012 г.). «Пептиды лассо: структура, функции, биосинтез и инженерия». Отчеты о натуральных продуктах . 29 (9): 996–1006. DOI : 10.1039 / c2np20070h . PMID 22833149 .
- ^ Циммерманн, М .; Hegemann, JD; Се, X .; Марахиэль, Массачусетс (2014). «Характеристика пептидов лассо каулонодина выявила беспрецедентные N-концевые остатки и мотив-предшественник, необходимый для созревания пептида» . Chem. Sci . 5 (10): 4032–4043. DOI : 10.1039 / C4SC01428F .
- ^ Молохон К.Дж., Мелби Дж.О., Ли Дж., Эванс Б.С., Данбар К.Л., Бампус С.Б., Келлехер Н.Л., Митчелл Д.А. (2011). «Определение структуры и перехват биосинтетических промежуточных продуктов для класса плантазолицин высоко дифференцирующих антибиотиков» . ACS Химическая биология . 6 (12): 1307–13. DOI : 10.1021 / cb200339d . PMC 3241860 . PMID 21950656 .
- ^ Багли М.С., Дейл Дж. В., Мерритт Е. А., Сюн X (2005). «Тиопептидные антибиотики». Chem. Ред . 105 (2): 685–714. DOI : 10.1021 / cr0300441 . PMID 15700961 .
- ^ Тхендель М., Кавано Дж. С., Flack CE, Хорсвилл А. Р. (январь 2011 г.). «Пептидные сигналы в стафилококках» . Chem. Ред . 111 (1): 117–51. DOI : 10.1021 / cr100370n . PMC 3086461 . PMID 21174435 .
- ^ Thoendel M, Horswill AR (август 2009 г.). «Идентификация остатков AgrD Staphylococcus aureus, необходимых для аутоиндукционного биосинтеза пептидов» . J. Biol. Chem . 284 (33): 21828–38. DOI : 10.1074 / jbc.M109.031757 . PMC 2756194 . PMID 19520867 .
- ^ Санчес-Идальго М., Монтальбан-Лопес М., Себриан Р., Вальдивия Е., Мартинес-Буэно М., Македа М. (2011). «Бактериоцин AS-48: близок к совершенству». Клетка. Мол. Life Sci . 68 (17): 2845–57. DOI : 10.1007 / s00018-011-0724-4 . PMID 21590312 . S2CID 24837331 .
- ^ а б Buczek O, Bulaj G, Olivera BM (2005). «Конотоксины и посттрансляционная модификация секретируемых генных продуктов». Клетка. Мол. Life Sci . 62 (24): 3067–79. DOI : 10.1007 / s00018-005-5283-0 . PMID 16314929 . S2CID 25647743 .
- ^ Craik DJ, Дейли Н.Л., Бонд Т., Уэйн С. (1999). «Циклотиды растений: уникальное семейство циклических и узловых белков, которые определяют структурный мотив циклического цистинового узла». J. Mol. Биол . 294 (5): 1327–36. DOI : 10.1006 / jmbi.1999.3383 . PMID 10600388 .
- ^ Saether O, Craik DJ, Campbell ID, Sletten K, Juul J, Norman DG (1995). «Выяснение первичной и трехмерной структуры утеротонического полипептида калата В1». Биохимия . 34 (13): 4147–58. DOI : 10.1021 / bi00013a002 . PMID 7703226 .
- ^ Хуанг Й., Колгрейв М.Л., Дейли Н.Л., Келешиан А., Мартинак Б., Крейк Д.Д. (июль 2009 г.). «Биологическая активность прототипного циклотида калата b1 модулируется образованием мультимерных пор» . J. Biol. Chem . 284 (31): 20699–707. DOI : 10.1074 / jbc.M109.003384 . PMC 2742835 . PMID 19491108 .
- ^ Оман Т.Дж., Ботчер Дж. М., Ван Х, Okalibe XN, ван дер Донк ВА (2011). «Субланцин - это не лантибиотик, а S-связанный гликопептид» . Nat. Chem. Биол . 7 (2): 78–80. DOI : 10,1038 / nchembio.509 . PMC 3060661 . PMID 21196935 .
- ^ Резюме Гарсиа Де Гонсало, Жу Л., Оман Т.Дж., ван дер Донк ВА (2014). «Структура ЯМР S-связанного гликопептида субланцина 168» . ACS Chem. Биол . 9 (3): 796–801. DOI : 10.1021 / cb4008106 . PMC 3985867 . PMID 24405370 .
- ^ Клаесен Дж, Бибб М (2010). «Геномный анализ и генетический анализ биосинтеза ципемицина выявили необычный класс посттрансляционно модифицированных пептидов» . Proc. Natl. Акад. Sci. США . 107 (37): 16297–302. Bibcode : 2010PNAS..10716297C . DOI : 10.1073 / pnas.1008608107 . PMC 2941285 . PMID 20805503 .
- ^ Комияма К., Отогуро К., Сегава Т., Шиоми К., Ян Х, Такахаши Ю., Хаяси М., Отани Т., Омура С. (1993). «Новый антибиотик ципемицин. Таксономия, ферментация, выделение и биологические характеристики» . J. Antibiot . 46 (11): 1666–71. DOI : 10,7164 / antibiotics.46.1666 . PMID 7802859 .
- ^ Тан Н.Х., Чжоу Дж. (2006). «Растительные циклопептиды». Chem. Ред . 106 (3): 840–95. DOI : 10.1021 / cr040699h . PMID 16522011 .
- ^ Venglat P, Xiang D, Qiu S, Stone SL, Tibiche C, Cram D, Alting-Mees M, Nowak J, Cloutier S, Deyholos M, Bekkaoui F, Sharpe A, Wang E, Rowland G, Selvaraj G, Datla R ( 2011). «Анализ экспрессии генов развития семян льна» . BMC Plant Biol . 11 : 74. DOI : 10,1186 / 1471-2229-11-74 . PMC 3107784 . PMID 21529361 .
- ^ Freeman MF, Gurgui C, Helf MJ, Morinaka BI, Uria AR, Oldham NJ, Sahl HG, Matsunaga S, Piel J (2012). «Метагеномный анализ показывает, что политеонамиды представляют собой посттрансляционно модифицированные рибосомные пептиды». Наука . 338 (6105): 387–90. Bibcode : 2012Sci ... 338..387F . DOI : 10.1126 / science.1226121 . PMID 22983711 . S2CID 23925994 .
- ^ Хамада Т., Мацунага С., Фудзивара М., Фудзита К., Хирота Х, Шмуки Р., Гюнтерт П., Фузетани Н. (2010). «Структура раствора политеонамида B, высокоцитотоксического нерибосомного полипептида из морской губки». Варенье. Chem. Soc . 132 (37): 12941–5. DOI : 10.1021 / ja104616z . PMID 20795624 .
- ^ Ивамото М., Симидзу Х., Мурамацу И., Оики С. (2010). «Цитотоксический пептид из морской губки проявляет активность ионных каналов посредством векторной вставки в мембрану». FEBS Lett . 584 (18): 3995–9. DOI : 10.1016 / j.febslet.2010.08.007 . PMID 20699099 . S2CID 30215533 .
- ^ Kawulka KE, Sprules T, Diaper CM, Whittal RM, McKay RT, Mercier P, Zuber P, Vederas JC (2004). «Структура субтилозина А, циклического антимикробного пептида из Bacillus subtilis с необычными поперечными связями серы и альфа-углерода: образование и восстановление производных альфа-тио-альфа-аминокислот». Биохимия . 43 (12): 3385–95. DOI : 10.1021 / bi0359527 . PMID 15035610 .
- ^ Кавулка К., Спрулс Т., Маккей Р.Т., Мерсье П., Подгузник К.М., Зубер П., Ведерас Дж. К. (2003). «Структура субтилозина А, антимикробного пептида из Bacillus subtilis с необычными посттрансляционными модификациями, связывающими серы цистеина с альфа-атомами углерода фенилаланина и треонина». Варенье. Chem. Soc . 125 (16): 4726–7. DOI : 10.1021 / ja029654t . PMID 12696888 .
- ^ Кнерр П.Дж., ван дер Донк ВА (2012). «Открытие, биосинтез и разработка лантипептидов». Анну. Rev. Biochem . 81 : 479–505. DOI : 10.1146 / annurev-biochem-060110-113521 . PMID 22404629 .
- ^ Сизен Р.Дж., Койперс О.П., де Вос В.М. (1996). «Сравнение кластеров генов лантибиотиков и кодируемых белков» (PDF) . Антони ван Левенгук . 69 (2): 171–84. DOI : 10.1007 / bf00399422 . PMID 8775977 . S2CID 8887022 .
- ^ Гото Й, Ли Б., Клаесен Дж., Ши Й, Бибб М.Дж., ван дер Донк В.А. (2010). «Открытие уникальных синтетаз лантионина открывает новые механистические и эволюционные идеи» . PLOS Biol . 8 (3): e1000339. DOI : 10.1371 / journal.pbio.1000339 . PMC 2843593 . PMID 20351769 .
- ^ Мелби Дж.О., Нард Нью-Джерси, Митчелл Д.А. (июнь 2011 г.). «Микроцины, модифицированные тиазолом / оксазолом: сложные натуральные продукты из рибосомных матриц» . Текущее мнение в химической биологии . 15 (3): 369–78. DOI : 10.1016 / j.cbpa.2011.02.027 . PMC 3947797 . PMID 21429787 .
- ^ Данбар К.Л., Мелби Дж.О., Митчелл Д.А. (июнь 2012 г.). «Домены YcaO используют АТФ для активации амидных цепей во время циклодегидратации пептидов» . Природа Химическая биология . 8 (6): 569–75. DOI : 10,1038 / nchembio.944 . PMC 3428213 . PMID 22522320 .
- ^ Дония М.С., Шмидт Э.В. (2011). «Соединение химии и генетики в растущем семействе натуральных цианобактиновых продуктов» . Химия и биология . 18 (4): 508–19. DOI : 10.1016 / j.chembiol.2011.01.019 . PMC 3119926 . PMID 21513887 .
- ^ Келли В.Л., Пан Л., Ли К. (2009). «Биосинтез тиострептона: прототип нового семейства бактериоцинов». Журнал Американского химического общества . 131 (12): 4327–34. DOI : 10.1021 / ja807890a . PMID 19265401 .
- ^ Виланд Браун LC, Акер М.Г., Кларди Дж., Уолш К.Т., Фишбах Массачусетс (2009). «Тринадцать посттрансляционных модификаций превращают пептид из 14 остатков в антибиотик тиоциллин» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 106 (8): 2549–53. Bibcode : 2009PNAS..106.2549W . DOI : 10.1073 / pnas.0900008106 . PMC 2650375 . PMID 19196969 .
- ^ а б Моррис Р.П., Лидс Дж.А., Нэгели Х.Ю., Оберер Л., Меммерт К., Вебер Э., ЛаМарш М.Дж., Паркер С.Н., Буррер Н., Эстероу С., Хайн А.Е., Шмитт Э.К., Крастел П. (2009). «Рибосомно синтезированные тиопептидные антибиотики, нацеленные на фактор элонгации Tu». Журнал Американского химического общества . 131 (16): 5946–55. DOI : 10.1021 / ja900488a . PMID 19338336 .
- ^ Ляо Р., Дуань Л., Лэй Ц., Пан Х, Дин И, Чжан Ц., Чен Д., Шен Б., Ю И, Лю В. (2009). «Биосинтез тиопептидов с участием синтезированных рибосомами пептидов-предшественников и консервативных посттрансляционных модификаций» . Химия и биология . 16 (2): 141–7. DOI : 10.1016 / j.chembiol.2009.01.007 . PMC 2676563 . PMID 19246004 .
- ^ Вевер У. Дж., Богарт Дж. В., Баксиле Дж. А., Чан А. Н., Шредер ФК, Бауэрс А. А. (2015). «Хемоэнзиматический синтез природных продуктов тиазолилпептида с формальным [4 + 2] циклоприсоединением, катализируемым ферментами» . Журнал Американского химического общества . 137 (10): 3494–7. DOI : 10.1021 / jacs.5b00940 . PMC 4425689 . PMID 25742119 .
- ^ а б Данбар К.Л., Тиц Дж.И., Кокс К.Л., Буркхарт Б.Дж., Митчелл Д.А. (2015). «Идентификация вспомогательного ведущего пептид-связывающего белка, необходимого для образования азолина в рибосомных природных продуктах» . Журнал Американского химического общества . 137 (24): 7672–7. DOI : 10.1021 / jacs.5b04682 . PMC 4481143 . PMID 26024319 .