Евгленофицин
Евгленофицин является ихтиотоксичным соединением, выделенным из Юглены Сангвинеи , профиста рода Евглена . Это проявляет противоопухолевую и гербицидную активность in vitro . [ 1 ]
| |
| Имена | |
|---|---|
| Имя IUPAC
4- (6- (1 e , 3 e , 7 z ) -ndeca-1,3,7-trien-1-yl) pieridin-2-yl) butan-1-ol
| |
| Идентификаторы | |
3D model ( JSmol )
|
|
PubChem CID
|
|
Comptox Dashboard ( EPA )
|
|
| Характеристики | |
| C 20 H 35 N O | |
| Молярная масса | 305.506 g·mol −1 |
За исключением случаев, когда отмечены, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа).
| |
История
[ редактировать ]Многие свежие водоросли, которые продуцируют токсины, известны, среди которых эвглоиды ( Euglenophyceae). Было обнаружено, что эта водоросль живет в свежей воде по всему миру. Многие эвглоиды являются гетеротрофными , поскольку они питаются либо фагоцитозом , либо простой диффузией. Тем не менее, монофилетическая группа водоросли является миксотрофической , а именно Rapaza viridis , что означает, что она переключается между фотосинтезом , поглощением питательных веществ и охватывающим другие эукариоты. [ 2 ] Кроме того, Eutreptialis и Euglenales являются автотрофными, поскольку они содержат хлорофилл для выполнения фотосинтеза. Евзоиды могут содержать хлорофилл и аксессуальный пигмент и/или астаксантин (каротиноид), из -за которого они могут быть окрашены либо зелеными, либо красными. Хотя эта водоросль была найдена относительно ранней в истории, исследователям потребовалось некоторое время, чтобы обнаружить, что он производит токсин эвгленофицина, поскольку ни в одном из предыдущих сообщений не было выявлено эвглоидных токсинов. Согласно недавним исследованиям, эвгленофицин производится по меньшей мере у шести видов эвгленоидных водорослей и шести из семи штаммов Евглены Сангинеи. [ 3 ] Другие исследования сосредоточены на потенциальном применении эвгленофицина в качестве противоопухолевого препарата.
Открытие
[ редактировать ]В 2002 году более 21 000 полосатых окуня погибли в течение двух месяцев в аквакультурном заводе в Северной Каролине. Примерно в тот же период в Соединенных Штатах сообщалось о еще 12 токсичных водорослях с последствием гораздо большей смертности рыб. В общей сложности 1,1 миллиона долларов было потеряно из -за этих событий. [ 4 ] Не было обнаружено никакой видимой причины интоксикации, за исключением покрасневшей жабческой ткани. Образцы воды, взятые из пруда, содержали более 99% Евглены.
В 2004 году вода пруда была последовательно фракционирована и разделена на растворенные соединения, бактерии и водоросли, которые были исследованы. Было обнаружено, что токсин, который вызвал высокие показатели смертности, является непротеином, стабильным при нагревании до 30 ° C в течение 10 минут и поддерживает активность при замороженном при при -80 ° C в течение 60 дней. Клетки из Euglena были выделены, и легкий микроскопический анализ проверял видовую идентичность как Euglena Sanguinea и идентифицировал токсин как эвгленофицин. [ 5 ]
Идентификация
[ редактировать ]Из -за их сложной морфологии хлоропластов , описанной как «специфическая хроматофорская система», идентификация E. sanguinea с использованием микроскопических методов остается сложной. Следовательно, методы, основанные на молекулярных данных, должны использоваться для проверки видов. [ 6 ]
В 2013 году был разработан анализ MS/MS для идентификации и количественного определения уровней эвгленофицина в телах пресной воды. Чтобы создать экспериментальные стандарты для этого анализа, эвгленофицин был очищен с помощью высокопроизводительной жидкой хроматографии (ВЭЖХ) из клональных культур E. sanguinea, которые были изолированы из событий смертности в Северной Каролине и Техасе. [ 4 ] На рисунке 1А показан масс -спектрометрический анализ очищенного эвгленофицина (500 нг) и рис. 1B эвгленофицина, экстрагированного из культуры E. sanguinea. [ 7 ]
Рисунок 1. Массовый спектрометрический анализ эвгленофицина. A. Массовый спектр 500 нг очищенного эвгленофицина. B. Массовый спектр эвгленофицина, извлеченного из культуры E. sanguinea. C & D. Массовый спектр 1 нг эвгленофицина.
Для конкретного обнаружения метода эвгленофицина множественного мониторинга реакции (MRM) было разработано. Этот метод основан на трех переходах: M/Z 288.3 к M/Z 97.2, 110.2 и 136.2. Из этих трех переходов M/z 110.2 был выбран как ион квантификатора, так как это был самый интенсивный ион продукта. Рисунок 1C и 1D представляют обнаружение 1 нг эвгленофицина. [ 7 ]
Другим методом мониторинга пресноводных прудов является тест полимеразной цепной реакции (ПЦР) . В 2017 году этот тест был уточнен для конкретного обнаружения эвгленофицина в водах, населенных Blooms E. sanguinea. Это было сделано на основе значительно длинных последовательностей SSU RDNA, обнаруженных у видов водорослей. [ 6 ] Используя вложенную ПЦР, неспецифическое связывание может быть уменьшено из-за амплификации неожиданных сайтов связывания праймера. Специфичность этого теста была доказана результатами ПЦР видов, тесно связанных с E. sanguinea. В этих тестах не наблюдалось продуктов. Кроме того, дополнительная информация может быть извлечена из нуклеотидной последовательности, позволяющей исследовать, классификацию и сравнение образца.
В сочетании с масс -спектрометрическими методами ПЦР -тесты облегчают мониторинг и оценку риска пресных вод, населенных токсичными цветами E. sanguinea.
Структура и реактивность
[ редактировать ]Евгленофицин, продуцируемый эвглоидами, представляет собой дизаметный пиперидин, поскольку он состоит из пиперидинового кольца с боковой цепью бутанола в 6-й положении и (1e, 3e, 7z) -1,3,7-undecatriene-боковой цепи на 2-й позиции. Боковая цепь 2-й позиции имеет конъюгированную систему, дающую ей поглощение при 238 Н.М., как 2-е, так и 6-е место в пиперидиновом кольце- хиральные центры , и, следовательно, их комбинация определяет цис/транстеоизомерию соединения. Согласно анализу ЯМР при экстракции, большая часть эвгленофицина, продуцируемого эвглоидами, находится в цис-конформации по отношению к 2-й и 6-й позиции. [ 4 ] Абсолютный CIS/Trans-Stereoisomery, однако, еще предстоит обнаружить. Кроме того, каждая двойная связь является центром E/Z-Stereoisomery, который в сочетании с CIS/Trans-Stereoisomery приводит к в общей сложности 12 стереоизомеров (в теории).
Хотя атомы азота и кислорода способны образовывать водородные связи, соединение нерастворимы в воде и очень стабильно в органических растворителях, что соответствует его значению в Silico прогнозируемого log (p) ~ 5,6. Примечательно, что структура эвгленофицина, за исключением боковой цепи бутанола, чрезвычайно похожа на соленопсин, основной компонент яда огненного муравья. Следовательно, путь синтеза, реактивность, химические свойства и токсичность этих соединений также могут напоминать друг друга. Эффективность солинопсина в качестве противоракового препарата побудила исследователей исследовать потенциал эвгленофицина для аналогичного препарата. Раздел «Механизмы действия» дополнительно подробно описывает этот аспект.
Биосинтез
[ редактировать ]Эвгленофицин, скорее всего, будет продуцироваться ферментами, известными как поликетидсинтазы (PKS), которые широко обнаруживаются в эвглоидах, а также другие водоросли, которые продуцируют поликетиды. [ 2 ] [ 1 ]
4.1 Оценки на основе структурных сходств по путям биосинтеза
[ редактировать ]Механизм, с помощью которого эвгленоиды продуцируют эвгленофицин, еще не известен. Тем не менее, оценки могут быть сделаны на этом пути из-за структурного сходства эвгленофицина с многочисленными другими естественными соединениями, но такие оценки должны рассматриваться с малейшей заботой, поскольку они не доказаны с научной точки зрения.
Хотя солинопсин, продуцируемый огненным муравей, демонстрирует высокое структурное сходство с эвгленофицином, неизвестно, одинаковы ли сходящиеся пути этих токсинов, что может иметь место, если бы произошла сходящаяся эволюция этого пути. [ 4 ]
Интересно, что Жанна Н. Тавара и др. (1993) исследовали токсичные алкалоидные пиперидины из сосны (Pinus) и ели (PICEA), которые структурно похожи на эвгленофицина и которые также имеют поликетид -происхождение (рис. 2). [ 8 ]
Из -за этого выдающегося сходства в обеих структурах, за исключением боковой цепи и происхождения, вероятно, что путь синтеза этих соединений связан с тем, что у эвгленофицина, принимая во внимание эволюционные отношения между водорослями и деревьями. [ 9 ] То же самое относится и к Coniine, также известному как «убийца Сократа», который является еще одним соединением, которое, по -видимому, еще больше похоже на эвгленофицин и был исследован Ханну Хотти и Хейко Ришером (рис. 3). [ 10 ]
Исследователи обеих групп, получавших эвгленофицин соединений, попытались выяснить путь синтеза. Пути синтеза, предложенные обеими командами исследователей, очень совпадают и кажутся дополнительными. Во-первых, предполагается, что ацетат конъюгирован с коэнзимом А с образованием ацетил-КоА. Впоследствии это превращается в бутирил- и малонил-КоА, первое из которых катализируется синтетазой жирной кислоты (FAS). Затем поликетидная синтаза объединяет эти два соединения, образуя поликетид -промежуточный, точная структура которых еще не подтверждена (рис. 3). Этот промежуточный соединение затем превращается в кето кислоту и впоследствии в кето альдегид. L-аланин: аминотрансфераза (AAT) затем преобразует это последнее соединение в кето-аминовое соединение, которое спонтанно циклирует и уменьшается в замещенное пиперидиновое соединение, известное как γ-коницеин (рис. 4).
Другие ферменты могут катализировать добавление различных боковых цепей к этим веперидинам, давая диапазон соединений на основе пиперидина (рис. 4). Исследователи токсинов сосны и еловых деревьев предложили структуру для промежуточного поликета и подтвердили, что боковые цепи пиперидина модифицируются после циклизации. Исследования еще не подтвердили эти пути синтеза с достоверностью на сто процентов, однако подсчитано, что эвглоиды используют те же механизмы для производства эвгленофицина.
Токсичность
[ редактировать ]После того, как евгленофицин был впервые идентифицирован, рыба, подвергшиеся воздействию клеток из E. sanguinea, показали симптомы дезориентации, повышенное дыхание и неспособность для поддержания равновесия. Эти рыбы также показали покрасневшую жабру, но не было обнаружено кровоизлияния. [ 5 ] Основываясь на поведенческих изменениях, которые происходили с этими симптомами, американские исследователи предположили, что токсин функционирует как нейротоксин. [ 5 ]
Незрелый сом, протестированный с фракциями водорослей Zimba et al (2004), умер в течение 2 часов после воздействия. [ 5 ] Позже Зимба и др. (2009) подтвердили эту смертность, когда сом подвергся воздействию очищенного эвгленофицина в течение 30 минут после воздействия. [ 4 ]
Хотя эвгленофицин производится по меньшей мере у шести других видов эвглоидов, E. sanguinea, по -видимому, является единственным видом, который составляет значительную проблему для аквакультуры и, следовательно, экономики. Это связано с тем, что E. sanguinea образует гораздо более плотные токсичные цветы. [ 11 ]
Zimba et al (2009) исследовали токсичность эвгленофицина против пяти видов водорослей: Oocystis polymorpha, Gonphonema parvulum, Microcystis aeruginosa, Planktothrix PCC7811 и Scenedesmus Dimorphus. Евзофицин препятствовал росту всех пяти видов, и ингибирование было значимым при концентрациях <300 ppb во всех случаях. [ 4 ]
Механизмы действия
[ редактировать ]Хотя синтез эвгленофицина еще до конца не изучен, эксперименты показали, что эвгленоиды в культуре продуцируют эвгленофицин независимо от их состояния роста. Это может указывать на то, что эвгленофицин является частью защитного механизма для водорослей. [ 4 ]
Евгленофицин был идентифицирован недавно недавно, поэтому точный механизм остается неясным. Тем не менее, эвгленофицин структурно очень похож на солинопсин. Солинопсин обнаруживается в ядовании огненного муравья, а механизм соленопсина гораздо более изучен. Ожидается, что механизмы как эвгленофицина, так и солинопсина также будут одинаковыми.
Исследование солинопсина и его механизма действия является отличным первым показателем механизма эвгленофицина. Исследования in vitro показали, что соленопсин оказывал ингибирующий эффект на PI3K/AKT, который является частью пути mTOR в клетках млекопитающих. Этот путь используется для нескольких клеточных процессов, таких как рост клеток, пролиферация клеток, выживание клетки, синтез белков, подвижность клеток и аутофагия. [ 12 ]
Самые последние исследования показали, что эвгленофицин обладает некоторым большим противораковым потенциалом. Это может быть вызвано ингибированием пути mTOR, потому что известно, что путь mTOR может оказывать значительное влияние на стимулирующие раковые клетки при переоценке. Известно, что соленопсин и эвгленофицин способны ингибировать белок PI3K. PI3K активирует AKT, фосфорилируя его, который имеет ряд последующих эффектов. Он активирует путь mTOR, участвует в метаболической регуляции и регулирует ингибиторы клеточного цикла. Это позволяет пролиферацию и уменьшает апоптоз. Это сверхактивен во многих видах рака. Однако этот путь необходим для стимулирования роста и дифференцировки взрослых (часто нервных) стволовых клеток. [ 4 ]
Эксперименты показали, что эвгленофицин также обладает антиангиогенезами. Евгленофицин может ингибировать VEGF (фактор роста эндотелия сосудов) и, таким образом, предотвращать создание новых вен для обеспечения растущих опухолей с кислородом и питательными веществами. Когда опухоли начинают расти, им нужен дополнительный кислород и питательные вещества. Отрезая их снабжение, опухоли могут быть предотвращены, прежде чем они смогут расти и распространяться на другие части тела. [ 13 ]
Cabang et al (2017) сообщили, что антипролиферативный эффект эвгленофицина индуцируется его способностью ставить клетки в остановку клеточного цикла G1. [ 14 ] Остановка клеточного цикла происходит, когда ячейка в клеточном цикле проверяется на наличие ошибок и обнаружена ошибка. Клетки должны идеально дублироваться, если это не так, клеточный цикл удерживается, а ячейка не дублирует. Это должно предотвратить рост неисправности клеток у здорового человека.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Подпрыгнуть до: а беременный О'Нил, Эллис С.; Трюк, Мартин; Энриссат, Бернард; Филд, Роберт А. (2015-12-01). «Евглена во времени: эволюция, контроль центральных метаболических процессов и многодоменных белков в биохимии углеводов и натуральных продуктов» . Перспективы в науке . 6 : 84–93. doi : 10.1016/j.pisc.2015.07.002 . ISSN 2213-0209 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный О'Нил, Эллис С.; Трюк, Мартин; Хилл, Лайонел; Рейзек, Мартин; Dusi, Renata G.; Гамильтон, Крис Дж.; Зимба, Пол v.; Энриссат, Бернард; Филд, Роберт А. (2015-09-15). «Транскриптом Euglena gracilis выявляет неожиданные метаболические возможности для биохимии углеводов и натурального продукта» . Молекулярные биосистемы . 11 (10): 2808–2820. doi : 10.1039/c5mb00319a . ISSN 1742-2051 . PMID 26289754 .
- ^ Зимба, Пол v.; Хуан, я-Шуа; Гутьеррес, Даниэль; Шин, Вунгги; Беннетт, Мэтью С.; Triemer, Richard E. (2017-03-01). «Евгленофицин производится по меньшей мере у шести видов эвгленоидных водорослей и шести из семи штаммов Евглены Сангинеи» . Вредные водоросли . 63 : 79–84. doi : 10.1016/j.hal.2017.01.010 . ISSN 1568-9883 . PMC 5380236 . PMID 28366403 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный в дюймовый и фон глин час Зимба, Пол v.; Мёллер, Питер Д.; Боучесн, Кевин; Лейн, Ханна Э.; Triemer, Richard E. (2010-01-01). «Идентификация эвгленофицина - токсина, обнаруженного в некоторых эвглоидах» . Токсикона . 55 (1): 100–104. doi : 10.1016/j.toxicon.2009.07.004 . ISSN 0041-0101 . PMID 19615398 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный в дюймовый Зимба, PV; Rowan, M.; Triemer, R. (2004). «Идентификация эвгленоидных водорослей, которые производят ихтиотоксин (ы)» . Журнал рыбных заболеваний . 27 (2): 115–117. doi : 10.1046/j.1365-2761.2003.00512.x . ISSN 1365-2761 . PMID 15009253 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный Карнковска -иикава, Анна; Милановский, Рафал; Тример, Ричард Э.; Закриś, Божена (2013). «Передописание морфологически сходных видов из рода Euglena: E. laciniata, E. Sanguinea, E. Sociabilis и E. splendens1» . Журнал Phycology . 49 (3): 616–626. doi : 10.1111/jpy.12072 . ISSN 1529-8817 . PMID 27007049 . S2CID 13085787 .
- ^ Подпрыгнуть до: а беременный Гутьеррес, Даниэль Б.; Рафальски, Александра; Боучесн, Кевин; Мёллер, Питер Д.; Тример, Ричард Э.; Зимба, Пол В. (сентябрь 2013 г.). «Количественный масс-спектрометрический анализ и оценка стабильности после экстракции эвглоидного токсина эвгленофицина» . Токсины . 5 (9): 1587–1596. doi : 10.3390/toxins5091587 . PMC 3798875 . PMID 24051554 .
- ^ Герсон, Элизабет А; Келси, Рик Г. (2004-01-01). «Пиперидиновые алкалоиды в североамериканских таксонах Pinus: последствия для химиосистемности» . Биохимическая систематика и экология . 32 (1): 63–74. doi : 10.1016/s0305-1978 (03) 00174-1 . ISSN 0305-1978 .
- ^ Stenøien, HK (2008). «Медленная молекулярная эволюция в генах 18S рДНК, RBCL и NAD5 мхов по сравнению с более высокими растениями» . Журнал эволюционной биологии . 21 (2): 566–571. doi : 10.1111/j.1420-9101.2007.01479.x . ISSN 1420-9101 . PMID 18205784 .
- ^ Хотти, Ханну; Ришер, Хейко (ноябрь 2017 г.). «Убийца Сократа: конина и связанные с ними алкалоиды в растительном королевстве» . Молекулы . 22 (11): 1962. DOI : 10.3390/Molecules22111962 . PMC 6150177 . PMID 29135964 .
- ^ Кульчицка, Агата; Łukomska-kowalczyk, maja; Окры, Божена; Милановский, Рафал (2018-06-01). «ПЦР идентификация токсичных эвглендных видов Euglena Sanginea» . Журнал прикладной фикологии . 30 (3): 1759–1763. Doi : 10.1007/s10811-017-1376-z . ISSN 1573-5176 . PMC 5982438 . PMID 29899599 .
- ^ Arbiser, Jack L.; Кау, Твини; Конар, Марта; Нарра, Кришна; Рамчандран, Рамани; Саммерс, Скотт А.; Влахос, Крис Дж.; Ye, Keqiang; Перри, Бетси Н.; Дело, Уильям; Fischl, Enthony (2006-09-21). «Solenopsin, алкалоидальный компонент огненного муравья (Solenopsis vincicta), является естественным ингибитором передачи сигналов фосфатидилинозитол-3-киназы и ангиогенеза» . Кровь . 109 (2): 560–565. doi : 10.1182/blood-2006-06-029934 . ISSN 0006-4971 . PMC 1785094 . PMID 16990598 .
- ^ «Ингибиторы ангиогенеза - Национальный институт рака» . www.cancer.gov . 2018-05-01 . Получено 2021-03-11 .
- ^ Cabang, апрель B.; Мухопадхьяй, Кейа де; Мейерс, Сара; Моррис, Джей; Зимба, Пол v.; Wargovich, Michael J. (2017-11-01). «Терапевтические эффекты эвгленоидного ихтиотоксина, эвгленофицина, при раке толстой кишки» . Oncotarget . 8 (61): 104347–104358. doi : 10.18632/oncotarget.222238 . ISSN 1949-2553 . PMC 5732811 . PMID 29262645 .