Баланол - Balanol

Баланол
Balanol.svg
Идентификаторы
Количество CAS
PubChem CID
IUPHAR / BPS
DrugBank
ChemSpider
Химические и физические данные
ФормулаC28ЧАС26N2О10
Молярная масса550.520 г · моль−1
 ☒NпроверитьY (что это?)  (проверять)

Баланол это грибок метаболит производится грибком Verticillium balanoides.[1] Это мощный ингибитор серин / треониновых киназ. протеинкиназа А (PKA) и протеинкиназа C (PKC), связываясь аналогично АТФ.[2] Баланол был открыт в 1993 году в поисках новых ингибиторов PKC, члена семейства серин / треониновых киназ, сверхактивация которых связана с многочисленными заболеваниями передачи сигналов человека, включая рак. Однако большая часть исследований баланола сосредоточена на том, как химические модификации молекулярной структуры влияют на связывание с PKA.[3] Действительно, баланол, его химически измененные аналоги и их взаимодействие с PKA, в частности, используются для освещения роли селективности и гибкости белка в ингибировании киназ. Например, рентгеновская кристаллическая структура баланола в комплексе с PKA была использована для придания селективности и улучшения фармакологической эффективности ингибиторов Х. сапиенс Акт (ПКБ ), другая серин / треониновая протеинкиназа, участвующая в правильном функционировании многих клеточных процессов.[4]

Структура

Первоначально химическая структура характеризовалась комбинацией ИК-спектроскопия, водород-1 ЯМР, углерод-13 ЯМР, и 2D ЯМР данные спектров, а кристаллическая структура баланола в комплексе с ПКА была решена в 1999 г.[5] Молекула баланола состоит из трех областей: бензофенон, гексагидроазепан и 4-гидрокси бензоил часть. Бензофеноновые и гексагидроазепановые фрагменты связаны через сложноэфирную связь, а азепановые и бензоильные фрагменты связаны через амидную связь.[6] Кроме того, баланол иногда называют офиокордином, противогрибковым агентом, вырабатываемым грибком. Кордицепс офиоглоссоидес структура которого региоизометрична баланолу; то есть в офиокордине бензофенон связан с гексагидроазепаном вместо амида; 4-гидроксибензоильная группа и гексагидроазепан связаны сложноэфирной связью.[7]

Баланол является родственником АТФ, с различными участками его молекулярной структуры, способными образовывать связи, такие как адениновое кольцо, рибоза и фосфатные группы молекулы АТФ. В частности, 4-гидроксибензамидный фрагмент баланола, включая амидный линкер, соответствует аденину АТФ, гексагидроазепановый фрагмент - рибозной области, а бензофеноновые кольца - трифосфатам АТФ.[5]

Многочисленные конгенеры баланола были синтезированы с целью изучения влияния химических модификаций на связывание и специфичность киназы. Например, модификации бензофеноновых колец, аналогов фосфатных групп АТФ, производят необычно сильные и специфические ингибиторы протеинкиназы.[6] Кроме того, многие из этих конгенеров баланола проявляют значительную специфичность в отношении PKA по сравнению с PKC. Удаление гидроксильной группы из бензофенонового кольца (с образованием 10 "-дезоксибаланола), например, вызывает селективность на два порядка больше для PKA по сравнению с PKC.[8] Также было показано, что сильная ингибирующая активность зависит от карбоновой кислоты бензофенонового кольца и присутствия пяти- или семичленного азепанового кольца.[3]

Гибкая структура Баланола также играет важную роль в его селективности. В частности, дистальное бензофеноновое кольцо баланола способно вращаться. Фактически, в комплексе с PKA дистальное бензофеноновое кольцо баланола оказалось почти ортогональным соседнему кольцу.[5] Такая гибкость может позволить баланолу адаптироваться к многочисленным белковым микроокружениям, чтобы проявлять свои ингибирующие свойства в отношении различных протеинкиназ. Селективность баланола в отношении одних киназ, а не других, в свою очередь, может отражать различные степени гибкости, допускаемые каталитическими сайтами связывания АТФ этих киназ.[6]

Биологическая деятельность

Баланол - один из самых сильных, встречающихся в природе ингибиторов протеинкиназ PKC и PKA.[5] Первоначально было обнаружено, что баланол ингибирует PKC и многие из его изоформ у человека (α, β-, β-, γ, δ, ε, η) с профилем ингибирования, аналогичным профилю ингибирования стауроспорин.[1]

Баланол препятствует функционированию, конкурентно связываясь с каталитическим доменом PKC и PKA с аффинностью (Kя ≥ 4 нМ) на три порядка больше, чем для АТФ.[6] Без связи с АТФ эти киназы не способны катализировать перенос γ-фосфата от АТФ к субстрату-мишени киназы, и, таким образом, их функция затрудняется.

Привязка

Связанный баланол простирается на 17,2 Å от гидроксильного атома кислорода его 4-гидроксибензамида до самого дальнего карбоксильного атома кислорода его бензофенонового фрагмента, помещаясь между большой и малой каталитической долей PKA и простираясь от внутреннего края к внешнему отверстию активного -сайт АТФ-связывающая щель фермента. Богатая глицином петля и малая доля расщелины обеспечивают плотное, индуцированное связывание.[5]

Каждый субсайт АТФ-связывающего кармана в PKA занят заместителем в молекуле баланола, как это наблюдалось в исследованиях каталитической субъединицы PKA рекомбинантной мыши.[5] Адениновая подгруппа PKA имеет гидрофобные компоненты и может отдавать и принимать электроны для образования водородных связей с одним или двумя плоскими циклическими кольцами. В частности, азот основной цепи Val123 и карбонильный атом кислорода Glu121 могут образовывать водородные связи с единственной гидроксильной группой баланола 4-гидроксилбензоильной части. В молекуле АТФ амидный атом водорода Val123 принимает электроны от атома N1 пуринового кольца АТФ, в то время как карбонильный атом кислорода основной цепи Glu121 отдает электроны атому N6 пуринового кольца АТФ. Миметики АТФ, такие как баланол, могут быть закреплены в гидрофобном аденин-связывающем кармане, поскольку их плоские заместители могут обеспечивать благоприятные неполярные взаимодействия. Субсайт рибозы занят аксепановым кольцом баланола. В частности, атом N1 азепанового кольца водородно связывается с карбонильным атомом кислорода основной цепи Glu170 каталитического контура. Атомы внутри азепанового кольца также могут создавать благоприятные неполярные контакты с остатками Gly50, Flu127 и Glu170. В то время как другие взаимодействия также происходят, большинство полярных и неполярных взаимодействий включают бензофеноновый заместитель баланола, который взаимодействует с остатками, составляющими фосфатсвязывающий субсайт. Например, бензофеноновое кольцо баланола взаимодействует с многочисленными высококонсервативными остатками в PKA, такими как Gly52, Phe54, Asp184 среди других, в дополнение к различным неконсервативным остаткам, таким как Leu74 и Gln84. Большинство консервативных остатков в PKA взаимодействуют с АТФ, тогда как взаимодействия АТФ с неконсервативными остатками не происходят.[5]

Шесть упорядоченных молекул воды также играют важную роль в связывании баланола с PKA. Несколько остатков PKA, таких как водородная связь Leu49 и Tyr330, с законсервированными молекулами воды. Эти молекулы воды также опосредуют взаимодействия между баланолом и остатками каталитической щели PKA; например, две молекулы воды образуют мостик, позволяющий атому N1 ’баланола взаимодействовать с гидроксильной группой Tyr330.[5]

Однако тесное взаимодействие баланола с сайтом связывания АТФ, которое приводит к активности баланола в качестве ингибитора, происходит не из-за водородных связей, а из-за преобладающих неполярных взаимодействий, которые производит молекула. Например, бензофеноновые кольца баланола расположены рядом с петлей, богатой глицином, и дальше от более полярной каталитической петли. По сравнению с трифосфатами АТФ, размещение бензофеноновых колец баланола вызывает перестройку каталитических боковых цепей Phe54 и Ser53, обеспечивая благоприятные полярные и неполярные взаимодействия и, вероятно, способствуя мощному ингибирующему эффекту баланола на эти киназы.[5]

Действия против других протеинкиназ

Поскольку баланол специфически действует на АТФ-связывающий сайт в каталитическом ядре PKA и PKC, изначально предполагалось, что баланол может ингибировать все серин / треониновые киназы, имеющие общий консервативный АТФ-связывающий сайт. Однако баланол не подавляет все серин / треониновые киназы равномерно. Сродство к баланолу сильно различается (Kя = 1,6–742 нМ), при этом некоторые члены семейства серин / треониновых протеинкиназ вообще не затрагиваются, хотя сродство этих киназ к АТФ мало варьируется (13–60 мкМ).[6] Баланол проявляет наиболее сильное ингибирующее действие (Kя = 1,6–6,4 нМ) на цГМФ-зависимую протеинкиназу (PKG ), PKA и PKC, включая изоформы.[6] Он оказывает гораздо меньшее влияние (Kя = 30-742 нМ), если есть, на Ca2+-кальмодулин-регулируемые киназы, митоген-активирующая протеинкиназа (MAPK / Erk1) и некоторые циклин-зависимые киназы.[6] Кроме того, баланол не ингибирует две тирозин-протеинкиназы, SC-киназу, а также киназу рецептора эпидермального фактора роста.[2]

Рекомендации

  1. ^ а б Kulanthaivel P, Hallock YF, Boros C, Hamilton SM, Janzen WP, Ballas LM, Loomis CR, Jiang JB, Katz B (1993). «Баланол: новый и мощный ингибитор протеинкиназы C гриба Verticillium balanoides». Варенье. Chem. Soc. 115 (14): 6452–6453. Дои:10.1021 / ja00067a087.
  2. ^ а б Коиде К., Баннаж М.Э., Гомес Палома Л., Кантер Дж. Р., Тейлор С.С., Брантон Л.Л., Николау К.С. (сентябрь 1995 г.). «Молекулярный дизайн и биологическая активность сильнодействующих и селективных ингибиторов протеинкиназ, связанных с баланолом». Химия и биология. 2 (9): 601–8. Дои:10.1016/1074-5521(95)90124-8. PMID  9383464.
  3. ^ а б Панде В., Рамос М.Дж., Гаго Ф. (август 2008 г.). «Баланол, ингибитор протеинкиназы: взаимосвязь структура-активность и вычислительные исследования на основе структуры». Противораковые средства в медицинской химии. 8 (6): 638–45. Дои:10.2174/187152008785133056. PMID  18690827.
  4. ^ Гассель М., Брайтенлехнер С.Б., Рюгер П., Юкнишке Ю., Шнайдер Т., Хубер Р. и др. (Июнь 2003 г.). «Мутанты протеинкиназы A, имитирующие АТФ-связывающий сайт протеинкиназы B (AKT)». Журнал молекулярной биологии. 329 (5): 1021–34. Дои:10.1016 / S0022-2836 (03) 00518-7. PMID  12798691.
  5. ^ а б c d е ж грамм час я Narayana N, Diller TC, Koide K, Bunnage ME, Nicolaou KC, Brunton LL, et al. (Февраль 1999 г.). «Кристаллическая структура мощного ингибитора натурального продукта баланола в комплексе с каталитической субъединицей цАМФ-зависимой протеинкиназы». Биохимия. 38 (8): 2367–76. Дои:10.1021 / bi9820659. PMID  10029530.
  6. ^ а б c d е ж грамм Сетяван Дж., Койде К., Диллер Т.С., Баннаж М.Э., Тейлор С.С., Николау К.С., Брантон Л.Л. (август 1999 г.). "Ингибирование протеинкиназ баланолом: специфичность в подсемействе серин / треониновых протеинкиназ". Молекулярная фармакология. 56 (2): 370–6. Дои:10.1124 / моль 56.2.370. PMID  10419556.
  7. ^ Саха Т., Майтра Р., Чаттопадхьяй С.К. (декабрь 2013 г.). «Единый подход к важному ингибитору протеинкиназы баланолу и предлагаемому аналогу». Журнал органической химии Байльштейна. 9: 2910–5. Дои:10.3762 / bjoc.9.327. ЧВК  3896276. PMID  24454570.
  8. ^ Густафссон А.Б., Брантон Л.Л. (август 1999 г.). «Дифференциальное и селективное ингибирование протеинкиназы А и протеинкиназы С в интактных клетках конгенерами баланола». Молекулярная фармакология. 56 (2): 377–82. Дои:10.1124 / моль 56.2.377. PMID  10419557.