Биосинтез ансамитоцина R

Биология связи, том 6, Номер статьи: 860 (2023) Цитировать эту статью

365 доступов

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Микробные биоактивные природные продукты обеспечивают экологически полезные функции продуцирующих штаммов и широко используются в клинике и сельском хозяйстве с четко определенными целями и основными механизмами. Однако физиологические эффекты их биосинтеза на штаммы-продуценты остаются в значительной степени неизвестными. Было обнаружено, что противоопухолевый ансамитоцин P-3 (AP-3), продуцируемый Actinosynnema pretiosum ATCC 31280, подавляет рост штамма-продуцента при высоких концентрациях и воздействует на белок FtsZ, участвующий в делении клеток. Предыдущая работа предположила наличие дополнительных загадочных мишеней AP-3 в ATCC 31280. Здесь мы используем хемопротеомный подход с фотоаффинным зондом, полученным из AP-3, для профилирования общепротеомных взаимодействий AP-3. AP-3 демонстрирует специфические связывания с, казалось бы, несвязанными дезокситимидиндифосфатглюкозо-4,6-дегидратазой, альдегиддегидрогеназой и флавинзависимой тимидилатсинтазой, которые участвуют в сборке клеточной стенки, метаболизме центрального углерода и биосинтезе нуклеотидов соответственно. AP-3 действует как неконкурентный ингибитор всех трех вышеуказанных белков-мишеней, создавая физиологический стресс для штамма-продуцента путем вмешательства в различные метаболические пути. Сверхэкспрессия этих белков-мишеней увеличивает биомассу штамма и заметно повышает титры AP-3. Это открытие показывает, что идентификация и разработка загадочных мишеней биоактивных натуральных продуктов может привести к более глубокому пониманию микробной физиологии и улучшению титров продуктов.

Микробы, примером которых являются актинобактерии и грибы, представляют собой богатый набор натуральных продуктов с разнообразной структурой и биологической активностью, которые используются в качестве антибактериальных, противогрибковых, противоопухолевых, иммунодепрессивных, снижающих уровень холестерина средств и т. д.1. Благодаря широкому применению натуральных микробных продуктов в клинике и сельском хозяйстве их механизмы действия и целевые клеточные компоненты были хорошо изучены в отношении различных патогенов и инфицированных тканей. Например, антибактериальный пенициллин воздействует на транспептидазы, принадлежащие к пенициллин-связывающим белкам (PBP), и ингибирует биосинтез пептидогликана в бактериях2; Иммунодепрессант рапамицин связывается с человеческим FK506-связывающим белком FKBP12, и впоследствии образовавшийся бинарный комплекс ингибирует мишень белка рапамицина (TOR), оказывая иммуносупрессивное действие3.

Интересно, что благодаря развитию хемопротеомной технологии с использованием химических зондов, полученных из лекарств, было идентифицировано больше белков, связывающих лекарство, участвующих во многих физиологических путях, что подразумевает дополнительные биологические функции назначенного лекарства4. Используя синтетические производные β-лактамов с различными заменами боковых цепей в качестве зондов для мечения in vivo, Стауб и Зибер идентифицировали не только известные PBP, но и бактериальные мишени, не относящиеся к PBP, включая фактор вирулентности ClpP и связанную с резистентностью β-лактамазу5. Недавно Сан и др. идентифицировали STAT3 как новую мишень рапамицина и его подавление роста опухоли с использованием фотоактивного аналога рапамицина6.

Однако влияние производства натуральных продуктов на их хозяев-производителей недостаточно изучено. Клеточные мишени некоторых противоинфекционных препаратов были в значительной степени выведены из известных белков-мишеней патогенов, а соответствующие механизмы устойчивости были охарактеризованы в штаммах-продуцентах7. В качестве мишени противотуберкулезного рифамицина используется β-субъединица бактериальной РНК-полимеразы8, аналог которой с мутациями N447, D438 и Q432 идентифицирован у рифамицинпродуцирующего штамма Amycolatopsis mediterranei S699; и эти мутанты обеспечивают хозяину самозащиту9. Аналогично, было обнаружено, что обозначенный ген 23S рРНК N-метилтрансферазы lmrB присутствует в кластере генов биосинтеза линкомицина Streptomyces lincolnensis, обеспечивая устойчивость к добавленному линкомицину10.