Баланол
 | |
| Идентификаторы | |
|---|---|
| Номер CAS | |
| PubChem CID | |
| Iuphar/bps | |
| Наркоман | |
| Chemspider | |
| НЕКОТОРЫЙ | |
| Comptox Dashboard ( EPA ) | |
| Химические и физические данные | |
| Формула | C 28 H 26 N 2 O 10 |
| Молярная масса | 550.520 g·mol −1 |
  (что это?) (проверять) | |
Баланол - это грибковой метаболит , продуцируемый грибом Verticillium balanoides . [ 1 ] Это мощный ингибитор сериновой/треонинкиназ протеинкиназы A (PKA) и протеинкиназы C (PKC), связываясь аналогичным образом с АТФ . [ 2 ] Баланол был обнаружен в 1993 году в поисках новых ингибиторов PKC, члена семейства сериновых/треонинок -киназ, переоценка которых связана с многочисленными заболеваниями человека трансдукции сигнала, включая рак. Тем не менее, большая часть исследования баланола фокусируется 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 обеспечения селективности и для повышения фармакологической эффективности ингибиторов H. sapiens akt ( PKB ), еще одной сериновой/треониновой протеинкиназы, подходящей к правильному функционированию многих клеточных процессов. [ 4 ]
Структура
[ редактировать ]Химическая структура была первоначально охарактеризована посредством комбинации ИК-спектроскопии , ЯМР водорода-1 , ЯМР углерода-13 и 2D ЯМР , и кристаллическая структура баланола в комплексе с PKA была решена в 1999 году. [ 5 ] Молекула Баланола состоит из трех регионов: бензофенона , гексагидроазапана и 4-гидрокси бензоил . Бензофенон и гексагидроазапановые фрагменты соединены с помощью эфирной связи, а азепане и бензоильные фрагменты соединены через амидную связь. [ 6 ] Кроме того, баланол иногда называют Ophiocordin, противогрибковым агентом, продуцируемым грибом Cordyceps Ophioglossoides , структура которых является региоизометрической к структуре Баланола; То есть в Офиококорде бензофенон связан с гексагидроазапаном вместо амида; Группа с 4-гидрокси бензоил и гексагидроазапана связаны с эфирной связью. [ 7 ]
Баланол является врождением АТФ , с отдельными областями его молекулярной структуры, способными образовывать связи, такие как адениновое кольцо, рибозы и фосфатные группы молекулы АТФ. В частности, 4-гидроксибензамидный фрагмент Баланола, включая амидный линкер, соответствует аденину АТФ, гексагидрозпановой части с областью рибозы и бензофеноном звонит в трифосфаты АТФ. [ 5 ]
Многочисленные конгенеры баланола были синтезированы для изучения влияния химических модификаций на связывание киназы и специфичность. Например, модификации бензофеноновых колец, аналогов фосфатных групп АТФ, продуцируют необычно мощные и специфические ингибиторы протеинкиназы. [ 6 ] Кроме того, многие из этих баланол -конгенеров демонстрируют существенную специфичность в отношении PKA над PKC. Устранение гидроксильной группы из бензофенонового кольца (производящее 10 дюймов -деоксибанол), например, вызывает селективность на два порядка больше для PKA по PKC. [ 8 ] Также было показано, что мощная ингибирующая активность зависит от карбоновой кислоты бензофенона кольца и наличия азепане-кольца с пятью или семью членами. [ 3 ]
Гибкая структура Баланола также играет важную роль в ее избирательности. В частности, дистальное бензофеноновое кольцо Баланола способно вращаться. На самом деле, в комплексе с PKA, дистальное бензофеноновое кольцо Баланола наблюдалось почти ортогональным с соседним кольцом. [ 5 ] Эта гибкость может позволить баланолу адаптироваться к многочисленным белковым микроокружениям, чтобы оказывать свои ингибирующие свойства на различные протеинкиназы. Селективность Баланола для некоторых киназ, а не других, в свою очередь, может представлять различную степень гибкости, разрешенных каталитическими сайтами АТФ этих киназ. [ 6 ]
Биологическая активность
[ редактировать ]Баланол является одним из самых мощных, природных ингибиторов протеинкиназ PKC и PKA. [ 5 ] Первоначально был обнаружен баланол для ингибирования PKC и многих из его изоформ у людей (α, β-ι, β-Δ, γ, δ, ε, η), с профилем ингибирования, аналогичным профилю ставроспорина . [ 1 ]
Баланол предотвращает функционирование путем конкурентного связывания с каталитическим доменом PKC и PKA с аффинностью ( K I ≥ 4 нм) на три порядка больше, чем для АТФ. [ 6 ] Без связанных с АТФ эти киназы не могут катализировать перенос γ-фосфата из АТФ в целевой субстрат киназы, и, таким образом, функция препятствует.
Связывание
[ редактировать ]Связанный баланол простирается на 17,2 Å от атома гидроксилового кислорода его 4-гидроксибензамида до наиболее дистального атома карбоксильного кислорода его бензофенонового фрагмента, подходящего между большими и небольшими каталитическими долями PKA и распространяясь от внутреннего края до внешнего рота активного -Сит АТФ-связывающая расщелину фермента. Богатая глициновая петля глицина и небольшая доля обеспечивают плотное, индуцированное связывание. [ 5 ]
Каждое количество АТФ-связывающего кармана в PKA занята заместителем молекулы баланола, как это наблюдается в исследованиях рекомбинантной каталитической субъединицы мыши PKA. [ 5 ] Аденин дочерний PKA имеет гидрофобные компоненты и может пожертвовать и принимать электроны для изготовления водородных связей с одним или двумя плоские циклические кольца. В частности, азот на основе Val123 и атом карбонильного кислорода Glu121 могут образовывать водородные связи с отдельной гидроксильной группой Баланола 4-гидроксилового фрагмента. В молекуле АТФ атом амидного водорода Val123 принимает электроны из атома пуринового кольца ATP N1, в то время как атома карбонильного кислорода Glu121 доставляет электроны на атом N6 ATP -пуринового кольца. Миметика АТФ, такого как баланол, может быть закреплена в гидрофобном аденин-связывающем кармане, потому что их плоские заместители могут создавать благоприятные неполярные взаимодействия. Стоимость рибозы занята кольцом оси баланола. В частности, атом N1 водородных связей азепане с атомом карбонильного кислорода основного карбонила Glu170 каталитической петли. Атомы в азепане 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 бензофенон заместитель баланола, который взаимодействует с остатками, содержащими фосфатносвязывающий дослужащий. Например, бензофеноновое кольцо Баланола взаимодействует с многочисленными высококонсервативными остатками в PKA, такими как Gly52, PHE54, ASP184 и другие в дополнение к различным неконфессиональным остаткам, таким как LEU74 и GLN84. Большинство консервативных остатков в PKA взаимодействуют с АТФ, тогда как взаимодействия АТФ с неконфессиональными остатками не происходят. [ 5 ]
Шесть упорядоченных молекул воды также играют критическую роль в связывании баланола с PKA. Несколько остатков PKA, таких как водородная связь LEU49 и TYR330 с консервативными молекулами воды. Эти молекулы воды также опосредуют взаимодействие между баланолом и остатками каталитической расщелины PKA; Например, две молекулы воды образуют мост, позволяющий атому N1 'Баланола взаимодействовать с гидроксильной группой Tyr330. [ 5 ]
Тем не менее, жесткое взаимодействие баланола с АТФ-связывающим сайтом, которое приводит к потенции Баланола в качестве ингибитора, связано не с водородными связями, а скорее из-за преобладающих неполярных взаимодействий, которые делает молекула. Например, бензофеноновые кольца баланола расположены рядом с богатой глицином петлей и дальше от более полярной каталитической петли. По сравнению с трифосфатами АТФ, приспособление бензофенонов баланола вызывает перестройку каталитических боковых цепей PHE54 и Ser53, что обеспечивает благоприятные полярные и неполярные взаимодействия и, вероятно, способствует мощному ингибирующему эффекту Баланола на эти киназы. [ 5 ]
Действие против других протеинкиназ
[ редактировать ]Поскольку Баланол действует специально в АТФ-связывающем месте в каталитическом ядре PKA и PKC, первоначально предполагалось, что Баланол может ингибировать все серин/треонинкиназы, разделяющие консервативный сайт связывания АТФ. Тем не менее, Баланол не ингибирует все серин/треонинкиназы равномерно. Аффинность к баланолу сильно варьируется (K I = 1,6–742 нм), при этом несколько членов семейства сериновой/треониновой протеинкиназы вообще не влияют вообще, даже если сродство к этим киназам к АТФ мало варьируется (13–60 мкМ). [ 6 ] Баланол проявляет наиболее мощный ингибирующий эффект (K I = 1,6–6,4 нм) на CGMP-зависимую протеинкиназу ( PKG ), PKA и PKC, включая изоформы. [ 6 ] Он оказывает гораздо меньше эффекта (K I = 30 - 742 нм), если таковые имеются, на CA 2+ -Калмодулин-регулируемые киназы, митоген-активирующая протеинкиназа (MAPK/ERK1) и некоторые циклин-зависимые киназы. [ 6 ] Кроме того, баланол не ингибирует две тирозиновые протеинкиназы, ни киназу SC, ни киназу рецептора эпидермального фактора роста. [ 2 ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а беременный Boros C, Boros C, Гамильтон. Полем J. Am. Химический Соц 115 (14): 6452–6453. doi : 10.1021/ja .
- ^ Jump up to: а беременный Koide K, Bunnage ME, Gomez Paloma L, Kanter JR, Taylor SS, Brunton LL, Nicolaou KC (сентябрь 1995). «Молекулярная дизайн и биологическая активность мощных и селективных ингибиторов протеинкиназы, связанных с баланолом» . Химия и биология . 2 (9): 601–8. doi : 10.1016/1074-5521 (95) 90124-8 . PMID 9383464 .
- ^ Jump up to: а беременный Панде В., Рамос М.Дж., Гаго Ф. (август 2008 г.). «Ингибитор протеинкиназы Баланол: структурно-активная взаимосвязь и структурные вычислительные исследования». Противораковые агенты в лекарственной химии . 8 (6): 638–45. doi : 10.2174/187152008785133056 . PMID 18690827 .
- ^ Гассель М., Брейтенлехнер К.Б., Рюгер П., Джукнишке У, Шнайдер Т., Хубер Р. и др. (Июнь 2003 г.). «Мутанты протеинкиназы А, которые имитируют АТФ-связывающий сайт протеинкиназы B (AKT)». Журнал молекулярной биологии . 329 (5): 1021–34. doi : 10.1016/s0022-2836 (03) 00518-7 . PMID 12798691 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин час я Нараяна Н., Диллер Т.К., Коид К., Баннаж М.Е., Николау К.С., Брунтон Л.Л. и др. (Февраль 1999 г.). «Кристаллическая структура мощного ингибитора натурального продукта Balanol в комплексе с каталитической субъединицей цАМФ-зависимой протеинкиназы». Биохимия . 38 (8): 2367–76. doi : 10.1021/bi9820659 . PMID 10029530 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон глин Setyawan J, Koide K, Diller TC, Bunnage ME, Taylor SS, Nicolaou KC, Brunton LL (август 1999 г.). «Ингибирование протеинкиназ баланолом: специфичность в подсемействе сериновой/треониновой протеинкиназы». Молекулярная фармакология . 56 (2): 370–6. doi : 10.1124/моль.56.2.370 . PMID 10419556 .
- ^ Saha T, Maitra R, Chattopadhyay SK (декабрь 2013 г.). «Единый подход к важному ингибитору протеинкиназы Баланола и предлагаемый аналог» . Бейльштейн Журнал органической химии . 9 : 2910–5. doi : 10.3762/bjoc.9.327 . PMC 3896276 . PMID 24454570 .
- ^ Густафссон А.Б., Брунтон Л.Л. (август 1999 г.). «Дифференциальное и селективное ингибирование протеинкиназы А и протеинкиназы С в неповрежденных клетках с конгенерами баланола». Молекулярная фармакология . 56 (2): 377–82. doi : 10.1124/моль.56.2.377 . PMID 10419557 .