Αναστολή της πρωτεϊνικής σύνθεσης και της ρύθμισής της από παράγωγα φυσικών νουκλεοζιτών
Authors: Μπουγάς Αντώνιος 
Published: February 2022

Η αυξανόμενη ανθεκτικότητα των παθογόνων μικροοργανισμών έναντι των αντιβιοτικών έχει ως αποτέλεσμα την εξάντληση των καθημερινά διαθέσιμων αντιμικροβιακών εργαλείων στη κλινική πράξη. Για την αντιμετώπιση αυτής της ανησυχητικής εξέλιξης μια από τις πλέον αποδοτικές προσεγγίσεις εστιάζει στην επαναξιολόγηση ή επαναχρησιμοποίηση κλασικών «ξεχασμένων» αντιβιοτικών τα οποία απορρίφθηκαν πρόωρα ή δεν αξιολογήθηκαν επαρκώς λόγω πληθώρας άλλων εναλλακτικών και πιο ασφαλών επιλογών. Ενα από τα ενδιαφέροντα αντιβιοτικά σε αυτη την κατηγορία είναι και η σπαρσομυκίνη, ένας ισχυρός αναστολέας της προκαρυωτικής και της ευκαρυωτικής πρωτεϊνοσύνθεσης που αρχικά μελετήθηκε και για την αντικαρκινική του δράση. Η σπαρσομυκίνης έιναι γνωστό ότι στοχεύει στο καταλυτικό κέντρο των ριβοσωμάτων, το κέντρο της πεπτιδυλοτρανσφερασης (PTase), προσδενόμενη κοντα στη θεση P και εν μέρει στη θέση A, αναστέλλοντας το σχηματισμό του πεπτιδικού δεσμού. Παρά την πρώιμη δομική απεικόνιση της θέσης πρόσδεσης της σπαρσομυκίνης στο ριβόσωμα, ο ακριβής τρόπος με τον όποιο αναστέλλει τη δραστηριότητα της PTase παρέμεινε αδιευκρίνιστος.Με βάση μια σειρά παραγώγων της σπαρσομυκίνης που διατηρούνται στην τράπεζα αντιβιοτικών του εργαστηρίου μας, εξετάσαμε κατά πόσον η σπαρσομυκίνη δρα ως γενικός αναστολέας της πρωτεϊνικής σύνθεσης όπως προτάθηκε αρχικά ή ως εκλεκτικός αναστολέας (context-specific) εξαρτώμενος από το πλαίσιο λειτουργίας του ριβοσώματος, προκαλεί δηλαδή ριβοσωματική ακινητοποίηση μόνο σε συγκεκριμένα μοτίβα-αλληλουχίες κατά τη μετάφραση οποιουδήποτε mRNA. Για το σκοπό αυτό χρησιμοποιήσαμε ένα συνδυασμό λειτουργικών και δομικών μελετών για να διερευνήσουμε τόσο την ακριβή θέση των ενώσεων μας στο λειτουργικό ριβόσωμα όσο και τη θέση ακινητοποίησης του ριβοσώματος που προκαλούν στο μεταφραζόμενο mRNA. Μελετήσαμε αρχικά την εξειδικευμένη δράση τους με την τεχνική toe-printing, χρησιμοποιώντας μεμονωμένα mRNAs τα οποία χρησιμοποιούνται σε μελέτες ακινητοποίησης. Στη συνέχεια, προχωρήσαμε σε high throughput προσδιορισμό του context-specificity χρησιμοποιώντας μια βιβλιοθήκη με κωδική περιοχή ΝΝΝ15, στην οποία παρατηρούμε το σημείο ακινητοποίησης για πληθώρα mRNA μεταγράφων με τη χρήση της τεχνικής inverse toe-printing. Όλες αυτές οι λειτουργικές μελέτες πραγματοποιήθηκαν παράλληλα με τη δομική ανάλυση των ενώσεων μας χρησιμοποιώντας το λειτουργικό 70S ριβόσωμα του T. thermophilus, παρουσία mRNA και tRNAs στις A και P θέσεις.Σύμφωνα με τα ευρήματά μας, η σπαρσομυκίνη και τα παράγωγά της δεν είναι γενικοί αναστολείς της πρωτεϊνοσύνθεσης, δηλαδή δεν αναστέλλουν όλους τους πεπτιδικούς δεσμούς και με την ίδια αποτελεσματικότητα, αλλά αντιθέτως διαφοροποιείται η αποτελεσματικότητά τους τόσο από τα διαφορετικά υποστρώματα (στις θέσεις Α, Ρ και Ε), όσο και την αλληλουχία του νεοσυντιθέμενου πεπτιδίου που ευρίσκεται στο τούνελ. Τα δομικά δεδομένα περιγράφουν λεπτομερώς την αιτιολογία πίσω από τον τρόπο δράσης των ενώσεων μας χάρη στις κρυσταλλογραφικές δομές υψηλής ανάλυσης που μας δίδουν τις αλληλεπιδράσεις τους με τους προσδέτες στο κέντρο της PTase. Η κατανόηση της διάκρισης μεταξύ γενικού και context-specific τρόπου αναστολής θα βοηθήσει σε μια ολιστική προσέγγιση για την αξιολόγηση των αντιβιοτικών, καθώς και στο σχεδιασμό και την σύνθεση νέων και πιο αποτελεσματικών, τα οποία θα εξειδικεύονται κάθε φορά και περισσότερο ώστε να προσεγγίζουμε το στόχο της εξατομικευμένης ιατρικής στη θεραπεία των παθογόνων μικροοργανισμών και να αποφεύγεται η χρήση γενικών αναστολέων που ανεπιθύμητα αλλοιώνουν και το υγιές μικροβίωμα του οργανισμού.