falloidyna
|
|
|
|
| Identyfikatory | |
|---|---|
|
Model 3D ( JSmol )
|
|
| CHEBI | |
| ChemSpider | |
| Karta informacyjna ECHA | 100.037.697 |
|
Identyfikator klienta PubChem
|
|
| UNII | |
|
Pulpit nawigacyjny CompTox ( EPA )
|
|
|
|
|
|
| Nieruchomości | |
| C35H48N8O11S _ _ _ _ _ _ _ _ | |
| Masa cząsteczkowa | 788,87 g·mol -1 |
| Wygląd | Igły |
| Temperatura topnienia | 281 ° C (538 ° F; 554 K) (wodny) |
|
O ile nie zaznaczono inaczej, dane podano dla materiałów w stanie normalnym (przy 25°C [77°F], 100 kPa).
|
|
Falloidyna należy do klasy toksyn zwanych fallotoksynami , które znajdują się w grzybie kapelusza śmierci ( Amanita phalloides ) . Jest to sztywny bicykliczny heptapeptyd , który jest śmiertelny po kilku dniach po wstrzyknięciu do krwioobiegu. Głównym objawem zatrucia falloidyną jest ostry głód spowodowany zniszczeniem komórek wątroby. Działa poprzez wiązanie i stabilizację nitkowatej aktyny (F-aktyna) i skutecznie zapobiega depolimeryzacji włókien aktyny. Ze względu na ścisłe i selektywne wiązanie z F-aktyną, pochodne falloidyny zawierające znaczniki fluorescencyjne są szeroko stosowane w mikroskopii do wizualizacji F-aktyny w badaniach biomedycznych.
Odkrycie i tło
Falloidyna była jednym z pierwszych odkrytych cyklicznych peptydów. Został wyizolowany z grzyba kapelusza śmierci i skrystalizowany przez Feodora Lynena i Ulricha Wielanda w 1937 roku. Jego struktura jest niezwykła, ponieważ zawiera wiązanie cysteiny z tryptofanem , tworząc bicykliczny heptapeptyd. To powiązanie nie zostało wcześniej scharakteryzowane i znacznie utrudnia wyjaśnienie struktury falloidyny. Określili obecność atomu siarki za pomocą spektroskopii UV i odkrył, że ta struktura pierścieniowa ma nieco przesuniętą długość fali. Eksperymenty z niklem Raneya potwierdziły obecność siarki w pierścieniu tryptofanu. Naukowcy odkryli, że odsiarczona falloidyna była nadal kolista, co wykazało, że struktura falloidyny jest zwykle bicykliczna. Po linearyzacji sekwencja aminokwasowa odsiarczonej falloidyny została wyjaśniona poprzez degradację Edmana przez Wielanda i Schöna w 1955 roku.
Ze względu na wysokie powinowactwo do aktyny naukowcy odkryli jej potencjalne zastosowanie jako odczynnika barwiącego do skutecznej wizualizacji aktyny w mikroskopie. Pochodne skoniugowane z fluoroforami są szeroko sprzedawane. Ze względu na swoją zdolność do selektywnego wiązania aktyny nitkowatej (F-aktyny), a nie monomerów aktyny (G-aktyny), falloidyna znakowana fluorescencyjnie jest skuteczniejsza niż przeciwciała przeciwko aktynie.
Synteza
Biosynteza
Falloidyna jest bicyklicznym heptapeptydem zawierającym niezwykłe wiązanie cysteinowo-tryptofanowe. Gen kodujący syntezę falloidyny jest częścią rodziny MSDIN grzyba Death Cap i koduje 34-aminokwasowy propeptyd. Reszta proliny flankuje region siedmiu reszt, który później stanie się falloidyną. Po translacji peptyd musi zostać wycięty proteolitycznie, cyklizowany, hydroksylowany, usieciowany Trp-Cys z wytworzeniem tryptationiny i epimeryzowany z wytworzeniem D-Thr. Kolejność i dokładny mechanizm biochemiczny tych etapów nie jest jeszcze w pełni poznany. Obecne przekonanie jest takie, że niezbędne geny biosyntetyczne są skupione w pobliżu genów MSDIN.
Pierwszą potranslacyjną modyfikacją 34-meru jest cięcie proteolityczne przez oligopeptydazę prolilową (POP) w celu usunięcia 10-aminokwasowego „liderowego” peptydu. POP następnie cyklizuje heptapeptyd Ala-Trp-Leu-Ala-Thr-Cys-Pro przez transpeptydację między aminokwasem 1 (Ala) i aminokwasem 7 (Pro). Uważa się, że następnie następuje tworzenie tryptationiny poprzez sieciowanie Trp-Cys.
Synteza chemiczna
Ponieważ falloidyna jest wykorzystywana ze względu na jej zdolność do wiązania i stabilizowania polimerów aktyny, ale komórki nie mogą jej łatwo wychwycić, naukowcy odkryli, że pochodne falloidyny są bardziej przydatne w badaniach. Zasadniczo następuje typowa synteza małych peptydów przy użyciu hydroksylo-proliny. Główną trudnością w syntezie jest tworzenie się wiązania tryptationinowego (sieciowanie cysteinowo-tryptofanowe).
Poniżej znajduje się ogólny mechanizm syntetyczny przeprowadzony przez Andersona i in. w 2005 r. za syntezę na fazie stałej ala 7 -falloidyny, która różni się resztą 7 od falloidyny, jak wskazano poniżej. THPP oznacza łącznik tetrahydropiranylo-polistyrenowy, który służy do łączenia cząsteczki ze stałym nośnikiem podczas syntezy. Należy zauważyć, że poniższa synteza jest po prostu ogólnym schematem pokazującym kolejność tworzenia wiązań w celu połączenia materiałów wyjściowych. Ala 7 -falloidyna, jak również wiele innych podobnych wariantów falloidyny, jest przydatnych do zwiększania wychwytu komórkowego w stosunku do falloidyny i do przyłączania fluoroforu, aby pomóc w wizualizacji F-aktyny w mikroskopie.
Pierwszą całkowitą syntezę falloidyny uzyskano poprzez połączenie syntezy w fazie stałej iw fazie roztworu (Baosheng Liu i Jianheng Zhang, patent Stanów Zjednoczonych, US 8,569,452 B2). Fizyczne i chemiczne właściwości syntetycznej falloidyny są takie same jak naturalnie występującej falloidyny.
Mechanizm akcji
Falloidyna wiąże F- aktynę , zapobiegając jej depolimeryzacji i zatruciu komórki. Falloidyna wiąże się specyficznie na styku podjednostek F-aktyny, blokując razem sąsiednie podjednostki. Falloidyna, bicykliczny heptapeptyd, wiąże się z włóknami aktyny znacznie mocniej niż z monomerami aktyny, co prowadzi do zmniejszenia stałej szybkości dysocjacji podjednostek aktyny od końców włókien, co zasadniczo stabilizuje włókna aktynowe poprzez zapobieganie depolimeryzacji włókien. Ponadto stwierdzono, że falloidyna hamuje aktywność hydrolizy ATP F-aktyny. Tak więc falloidyna wychwytuje monomery aktyny w konformacji innej niż G-aktyna i stabilizuje strukturę F-aktyny poprzez znaczne zmniejszenie stałej szybkości dysocjacji monomeru, zdarzenia związanego z wychwytywaniem ADP. Ogólnie stwierdzono, że falloidyna reaguje stechiometrycznie z aktyną, silnie promuje polimeryzację aktyny i stabilizuje polimery aktyny.
Falloidyna działa inaczej w różnych stężeniach w komórkach. Falloidyna, wprowadzona do cytoplazmy w niskich stężeniach, rekrutuje mniej spolimeryzowane formy cytoplazmatycznej aktyny, jak również filaminę, do stabilnych „wysp” zagregowanych polimerów aktyny, nie ingerując jednak w włókna stresowe, tj. grube wiązki mikrowłókien. Wehlanda i in. zauważa również, że w wyższych stężeniach falloidyna indukuje skurcz komórkowy.
Objawy
Wkrótce po odkryciu naukowcy wstrzyknęli falloidynę myszom i odkryli, że jej LD50 wynosi 2 mg/kg poprzez wstrzyknięcie dootrzewnowe . Po wystawieniu na minimalną śmiertelną dawkę, myszy te umierały przez kilka dni. Jedynym widocznym skutkiem ubocznym zatrucia falloidyną jest skrajny głód. Dzieje się tak dlatego, że falloidyna jest wychwytywana przez wątrobę tylko przez błonowe białka transportujące sole żółciowe. Po wejściu do wątroby falloidyna wiąże F-aktynę, zapobiegając jej depolimeryzacji. Proces ten wymaga czasu, aby zniszczyć komórki wątroby. Nerki również mogą wchłaniać falloidynę, ale nie tak skutecznie jak wątroba. Tutaj falloidyna powoduje nerczycę.
Użyj jako narzędzia do obrazowania
Właściwości falloidyny sprawiają, że jest ona użytecznym narzędziem do badania dystrybucji F-aktyny w komórkach poprzez znakowanie falloidyny analogami fluorescencyjnymi i używanie ich do barwienia włókien aktynowych do mikroskopii świetlnej. Fluorescencyjne pochodne falloidyny okazały się niezwykle przydatne w lokalizowaniu włókien aktynowych w żywych lub utrwalonych komórkach, a także w wizualizacji poszczególnych włókien aktynowych in vitro . Opracowano technikę o wysokiej rozdzielczości do wykrywania F-aktyny na poziomie mikroskopu świetlnego i elektronowego przy użyciu falloidyny sprzężonej z eozyną fluoroforową który działa jak znacznik fluorescencyjny. W tej metodzie, znanej jako fotoutlenianie fluorescencyjne, cząsteczki fluorescencyjne mogą być wykorzystywane do napędzania utleniania diaminobenzydyny (DAB) w celu wytworzenia produktu reakcji, który można uczynić gęstym elektronowo i wykrywalnym za pomocą mikroskopii elektronowej. Ilość widocznej fluorescencji można wykorzystać jako ilościową miarę ilości aktyny nitkowatej w komórkach, jeśli stosuje się nasycające ilości fluorescencyjnej falloidyny. W konsekwencji mikroskopia immunofluorescencyjna wraz z mikroiniekcją falloidyny może być wykorzystana do oceny bezpośrednich i pośrednich funkcji aktyny cytoplazmatycznej na różnych etapach tworzenia polimeru. Dlatego fluorescencyjna falloidyna może być używana jako ważne narzędzie w badaniu sieci aktyny w wysokiej rozdzielczości.
Zastosowania i ograniczenia
Falloidyna jest znacznie mniejsza niż przeciwciało, które zwykle byłoby używane do znakowania białek komórkowych do mikroskopii fluorescencyjnej, co pozwala na znacznie gęstsze znakowanie aktyny nitkowatej i można uzyskać znacznie bardziej szczegółowe obrazy, szczególnie przy wyższych rozdzielczościach.
Niezmodyfikowane falloidyny nie przenikają przez błony komórkowe, co czyni je mniej skutecznymi w eksperymentach z żywymi komórkami. Zsyntetyzowano pochodne falloidyny o znacznie zwiększonej przepuszczalności komórek.
Komórki poddane działaniu falloidyn wykazują szereg efektów toksycznych i często obumierają. Ponadto należy zauważyć, że komórki traktowane falloidyną będą miały wyższy poziom aktyny związanej z ich błonami plazmatycznymi, a mikroiniekcja falloidyny do żywych komórek zmieni dystrybucję aktyny, jak również ruchliwość komórek.
Zobacz też
|
Trujące grzyby Amanita
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
|
Podrodzaj Amanita |
|
.jpg) |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Podrodzaj Amanitina |
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||