Cyklotid
| Cyklotidfamiljen | |||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
 Struktur och sekvens av prototypiska cyklotid kalata B1-
| |||||||||
| identifierare | |||||||||
| Symbol | Cyklotid | ||||||||
| Pfam | PF03784 | ||||||||
| InterPro | IPR005535 | ||||||||
| PROSITE | PDOC51052 | ||||||||
| SCOP2 | 1kal / SCOPe / SUPFAM | ||||||||
| OPM superfamilj | 112 | ||||||||
| OPM-protein | 1nb1 | ||||||||
| |||||||||
Inom biokemi är cyklotider små, disulfidrika peptider isolerade från växter . De innehåller vanligtvis 28-37 aminosyror och kännetecknas av deras huvud-till-svans cykliserade peptidryggrad och det sammankopplade arrangemanget av deras tre disulfidbindningar . Dessa kombinerade egenskaper har kallats motivet för cyklisk cystinknut (CCK). Hittills har över 100 cyklotider isolerats och karakteriserats från arter av familjerna Rubiaceae , Violaceae och Cucurbitaceae . Cyklotider har också identifierats i jordbruksmässigt viktiga familjer som Fabaceae och Poaceae .
Strukturera
Cyklotider har en väldefinierad tredimensionell struktur på grund av deras sammankopplade disulfidbindningar och cykliska peptidryggrad . Ryggslingor och utvalda rester är märkta på strukturen för att underlätta orienteringen. Aminosyrasekvensen (enbokstavs aminosyrarepresentation) för denna peptid anges på sekvensdiagrammet till höger. En av de intressanta egenskaperna hos cykliska peptider är att kunskap om peptidsekvensen inte avslöjar förfäders huvud och svans; kunskap om gensekvensen krävs för detta. I fallet med kalata B1 är de angivna glycin (G) och asparagin (N) aminosyrorna de terminala resterna som är länkade i en peptidbindning för att cyklisera peptiden.
Biologisk funktion
Cyklotider har rapporterats ha ett brett spektrum av biologiska aktiviteter, inklusive anti- HIV , insekticid , antitumör , antifouling, antimikrobiell , hemolytisk , neurotensinantagonism , trypsinhämning och uterotonisk aktivitet . En förmåga att framkalla livmodersammandragningar var det som föranledde den första upptäckten av kalata B1.
Den potenta insekticida aktiviteten hos cyklotiderna kalata B1 och kalata B2 har föranlett tron att cyklotider fungerar som växtvärd-försvarsmedel. Observationerna att dussintals eller fler cyklotider kan finnas i en enda växt och cyklotidarkitekturen innefattar en bevarad kärna på vilken en serie hypervariabla slingor visas antyder att cyklotider kan vara i stånd att rikta in sig på många skadedjur/patogener samtidigt.
Aminosyrasekvenser
Analys av sviten av kända cyklotider avslöjar många sekvenslikheter som är viktiga för att förstå deras unika fysikalisk-kemiska egenskaper, bioaktiviteter och homologi .
Cyklotiderna delas in i två huvudsakliga strukturella underfamiljer. Moebius-cyklotider, den mindre vanliga av de två, innehåller en cis -prolin i loop 5 som inducerar en lokal 180° ryggradsvridning (därav liknar den med en Möbius-remsa ), medan armbandscyklotider inte gör det. Det finns mindre variation i sekvenser inom dessa underfamiljer än mellan dem. En tredje underfamilj av cyklotider är trypsinhämmare och är mer homologa med en familj av icke-cykliska trypsinhämmare från squashväxter kända som knottins eller inhibitor cystinknutar än de är med de andra cyklotiderna.
Det är lämpligt att diskutera sekvenser i termer av ryggradssegmenten, eller loopar, mellan successiva cysteinrester . De sex cysteinresterna är absolut konserverade genom hela cyklotidpaketet och bidrar förmodligen till att bevara CCK-motivet. Även om cysteinerna verkar väsentliga för att bibehålla den totala veckningen, tros flera andra rester som är mycket konserverade i cyklotider tillhandahålla ytterligare stabilitet.
Genom hela den kända cyklotiderna är slingan 1 den mest konserverade. Bortsett från de sex cysteinresterna glutaminsyra- och serin / treoninresterna i loop 1 de enda resterna som har 100 % identitet över armbandet och Möbius-underfamiljerna. Dessutom uppvisar den återstående återstoden av denna slinga endast en konservativ förändring, dvs glycin / alanin . Denna slinga tros spela en viktig roll för att stabilisera cyklotidstrukturen genom vätebindning med rester från slingorna 3 och 5.
Slingor 2-6 har också mycket konserverade egenskaper, inklusive den allestädes närvarande närvaron av bara en enda aminosyra i loop 4 som sannolikt är involverad i sidokedja-sidokedja vätebindning. Andra konserverade rester inkluderar en hydroxyl-innehållande rest i loop 3, en glycinrest i slutpositionen av loop 3, en basisk och en prolinrest i den näst sista positionen i loop 5 av armband respektive Möbius cyklotider, och en asparagin (eller ibland asparaginsyra ) vid den förmodade cykliseringspunkten i loop 6. Det är av intresse att notera att inte bara vissa rester är höggradigt konserverade, utan även ryggrads- och sidokedjevinklarna.
Med nya screeningprogram som tyder på att antalet cyklotidsekvenser snart kan nå tusentals har en databas, CyBase , utvecklats som ger möjlighet till jämförelser av sekvenser och aktivitetsdata för cyklotider. Flera andra familjer av cirkulära proteiner är kända i bakterier, växter och djur och ingår också i CyBase.
Biosyntes
Växter är en rik källa av ribosomalt syntetiserade och post-translationellt modifierade cykliska peptider. Bland dessa är cyklotiderna genkodade produkter som genereras via bearbetning av ett större prekursorprotein . Genen för den första sådana prekursorn är Oak1 (Oldenlandia affinis kalata klon nummer 1), som visade sig vara ansvarig för syntesen av kalata B1. Den generiska konfigurationen av prekursorproteinet består av en endoplasmatisk retikulumsignalsekvens , en icke-konserverad pro-region, en mycket konserverad region känd som N-terminal repeat (NTR), den mogna cyklotiddomänen och slutligen en kort hydrofob C- terminal svans. Cyklotiddomänen kan innehålla antingen en cyklotidsekvens, som i fallet med Oak1 , eller flera kopior separerade av ytterligare NTR-sekvenser som ses för Oak2 och Oak4 . I prekursorproteiner som innehåller flera cyklotiddomäner kan dessa antingen vara alla identiska sekvenser, vilket är fallet för Oak4 , eller så kan de vara olika cyklotider som i Oak2 som innehåller sekvenser som motsvarar kalata B3 och B6.
Nyligen har enzymet som är ansvarigt för ryggradscykliseringen av cyklotider isolerats från medicinalväxten Clitoria ternatea . Detta enzym fick namnet butelas 1 i enlighet med det lokala namnet på växten (Bunga Telang Ligase). Butelas 1 har visat sig cyklisera den linjära prekursorn till kalata B1 med >95 % utbyte med en anmärkningsvärd hastighet av 5,42 × 10 5 M −1 s −1 . Ligaset cykliserar också olika bioaktiva peptider av animaliskt ursprung, såsom humant antimikrobiellt peptidhistatin, konotoxin från konsnigel och insektsantimikrobiell peptid thanatin.
Ansökningar
Den anmärkningsvärda stabiliteten hos cyklotider innebär att de har ett spännande utbud av potentiella tillämpningar centrerade på antingen deras inneboende biologiska aktiviteter eller möjligheten att använda CCK-motivet som en ställning för att stabilisera biologiskt aktiva epitoper . Intresset för dessa har nyligen intensifierats med publikationerna av en kemisk metod som kan syntetiskt producera cyklotider med höga utbyten, och CCK-ramverkets mottaglighet för aminosyrasubstitutioner. Men för att molekyler ska vara användbara i en terapeutisk miljö kräver de användbara biofarmaceutiska egenskaper såsom resistens mot proteolys och membranpermeabilitet. Den interaktiva membranytan och momentet för cyklotiderna är determinanter i förutsägelsen av deras biologiska aktiviteter. En nyligen genomförd studie på relaterade cystinknutproteiner som läkemedelskandidater visade att cystinknutar tränger igenom bra genom tunntarmsslemhinnan hos råttor i förhållande till icke-cystinknutpeptidläkemedel som insulin och bacitracin . Dessutom var enzymatisk nedbrytning av cystinknutpeptidläkemedel associerad med endast ett fåtal proteaser och det föreslogs att denna begränsning kan övervinnas genom att mutera ut särskilda klyvningsställen. Således uppfyller vissa cystinknutproteiner de grundläggande kriterierna för läkemedelsleverans och representerar spännande nya kandidater som ställningar för peptidläkemedelstillförsel. Cyklotidernas mångfald av inneboende aktiviteter fortsätter också att lova ett brett spektrum av tillämpningar inom jordbruket mot insekter och nematoder, särskilt de från Clitoria ternatea .
Historia
Under ett hjälpuppdrag från Röda Korset i Demokratiska republiken Kongo under 1960-talet, noterade en norsk läkare, Lorents Gran, att afrikanska kvinnor under förlossningen använde ett medicinskt te gjort av bladen från växten Oldenlandia affinis för att framkalla förlossning och underlätta förlossningen. Den aktiva ingrediensen bestämdes senare vara en peptid, kallad kalata B1, efter det traditionella namnet för den inhemska medicinen, kalata-kalata . Även om in vivo- studier på råttor bekräftade den renade peptidens uterotoniska aktivitet, tog det ytterligare 20 år innan det cykliska cystinknutmotivet och strukturen för den renade peptiden klargjordes.
Se även
externa länkar