Tyrocidine

Lịch sử

Năm 1939, nhà vi trùng học người Mỹ René Dubos đã phát hiện ra vi khuẩn đất Bacillus brevis. Ông đã quan sát khả năng của vi khuẩn để phân hủy viên nang của vi khuẩn phế cầu khuẩn, khiến nó trở nên vô hại. Từ vi khuẩn B. brevis trong đất, ông đã phân lập tyrothricin, có độc tính cao đối với nhiều loại vi khuẩn. Tyrothricin sau đó đã được tìm thấy là một hỗn hợp của peptide gramicidin và tyrocidine. Chúng được quan sát là có tác dụng độc hại trong các tế bào hồng cầu và tế bào sinh sản ở người, tuy nhiên, nếu được sử dụng bên ngoài như một loại thuốc mỡ tyrocidine cũng có thể được sử dụng như một chất chống vi trùng mạnh. Khám phá của Dubos đã giúp hồi sinh mối quan tâm nghiên cứu về penicillin.

Cơ chế hoạt động

Tyrocidine có một chế độ hoạt động độc đáo trong đó nó phá vỡ chức năng màng tế bào, làm cho nó trở thành mục tiêu thuận lợi cho các dẫn xuất kỹ thuật. Tyrocidine dường như làm nhiễu loạn lớp lipid kép của màng bên trong của vi khuẩn bằng cách thấm vào pha lipid của màng. Mối quan hệ chính xác và vị trí của tyrocidine trong hai lớp phospholipid vẫn chưa được biết.

Sinh tổng hợp

Sinh tổng hợp Tyrocidine tương tự như Gramicidin S, và đạt được thông qua việc sử dụng các synthetase protein phi lợi nhuận (NRPS). Sinh tổng hợp của nó là thông qua một tổ hợp enzyme bao gồm 3 protein tổng hợp peptide, TycA, TycB và TycC, chứa 10 mô-đun. Các chất tương tự tyrocidine khác nhau (A, D) không được tạo ra bởi các enzyme khác nhau, mà là bởi một hệ thống enzyme có khả năng kết hợp các axit amin khác nhau về sự tương tự về cấu trúc tại các vị trí xác định. Trình tự axit amin được xác định bởi tổ chức của enzyme chứ không phải bởi bất kỳ khuôn mẫu RNA nào. 
Tyrocidine synthetase TycA, TycB và TycC được mã hóa trên operon tyrocidine. Điều này bao gồm ba gen mã hóa cho ba synthetase cũng như ba khung đọc mở bổ sung (ORF). Các ORF này, được dán nhãn là TycD, TycE và TycF là hạ lưu của ba gen synthetase (xem hình 2). TycD & TycE có độ tương đồng cao nhất với các thành viên của họ vận chuyển cassette liên kết ATP (ABC) hỗ trợ vận chuyển các chất nền qua màng. Nó đã được đề xuất rằng các vận chuyển song song đóng một vai trò trong việc tạo ra sức đề kháng trong tế bào sản xuất thông qua bài tiết tyrocidine. TycF đã được xác định là một thioesterase (TE) và tương tự như các TE khác trong operon vi khuẩn được sử dụng để mã hóa synthetase peptide. Tuy nhiên, chức năng chính xác của các TE này vẫn chưa được biết. Kích thước của synthetase peptide tương ứng với lượng kích hoạt mà chúng thực hiện. TycA là nhỏ nhất và kích hoạt một axit amin duy nhất từ một mô-đun, TycB có kích thước trung gian và kích hoạt 3 axit amin với 3 mô-đun và TycC là lớn nhất và kích hoạt 6 axit amin với 6 mô-đun (Xem hình 3). 
Mỗi mô-đun thực hiện tất cả các phản ứng xúc tác cần thiết để kết hợp một axit amin duy nhất vào chuỗi peptide. Điều này được thực hiện thông qua các tên miền phụ cho adenylation (A), protein vận chuyển peptityl (PCP), ngưng tụ (C) và tùy thuộc vào vị trí axit amin, phản ứng epime hóa (E). Tên miền phụ adenylation được sử dụng để kích hoạt axit amin cụ thể. Mỗi mô-đun sử dụng một phân tử axit amin cơ chất được chọn với một phân tử ATP để tạo phức hợp enzyme aminoacyl adenylate và pyrophosphate. Axit amin hoạt hóa sau đó có thể được chuyển đến enzyme gắn 4'- phosphopantetheine của protein vận chuyển với sự trục xuất AMP khỏi hệ thống. Protein vận chuyển sử dụng nhóm chân giả 4'-phosphopantetheine để nạp peptide đang phát triển và tiền chất monome của chúng. Độ giãn dài của chuỗi peptide đạt được thông qua quá trình ngưng tụ của PCP ngược dòng lên một monome liên kết với PCP ở hạ lưu liền kề. Trong một số miền nhất định, bạn sẽ tìm thấy các tên miền phụ sửa đổi, chẳng hạn như tên miền phụ E được thấy trong miền 1 và 4 trong tyrocidine, sẽ tạo ra axit amin được cấu hình D. Trên mô-đun cuối cùng là miền TE được sử dụng làm chất xúc tác cho chu kỳ hoặc phát hành sản phẩm. Việc phát hành sản phẩm từ protein vận chuyển đạt được thông qua việc acyl hóa serine vị trí hoạt động của TE trong đó decapeptide được chuyển từ ether thiol sang dư lượng serine. Khử acetyl sau đó có thể xảy ra thông qua chu trình nội phân tử hoặc thông qua quá trình thủy phân để tạo ra sản phẩm tuần hoàn hoặc tuyến tính tương ứng (Xem hình 4). 
Trong trường hợp tyrocidine, việc đóng vòng đã được chứng minh là rất thuận lợi do có 4 liên kết H giúp xương sống decapeptide có được cấu trúc ổn định (Xem hình 5). Sự chu kỳ nội phân tử này xảy ra theo kiểu từ đầu đến đuôi liên quan đến đầu N của D -Phe1 và đầu C của L -Leu10 (Xem hình 4).

Chiến lược hóa trị

Không có giải pháp sinh hóa chung cho quá trình siêu hóa của chuỗi peptide. Các miền TE tyrocidine (Tyc) cô lập có thể được sử dụng để chu kỳ các chất nền peptidyl-thioester có nguồn gốc hóa học, cung cấp một lộ trình mạnh mẽ cho các hợp chất tuần hoàn mới. Để xảy ra quá trình vĩ mô hóa này, chuỗi peptide phải được kích hoạt tại điểm cuối C của nó với nhóm rời khỏi N -acethylcysteamine (SNAC). Quét alanine qua 10 vị trí của tyrocidine cho thấy chỉ D -Phe và L -Orn là cần thiết cho đủ chu kỳ.
Tyc TE cũng có thể được sử dụng về mặt sinh học trong đó nó bắt chước môi trường được tạo ra bởi miền TE với PCP của chất nền thông qua việc sử dụng dây buộc tổng hợp liên kết với nhựa amide polyethylen glycol (PEG). Việc sử dụng nhựa này liên kết với chất nền mong muốn với TE bị cô lập có thể cho phép giải phóng xúc tác của nhựa cũng như quá trình vĩ mô của chất nền (Xem hình 6 ). Sử dụng tổng hợp peptide pha rắn (SPPS) cho phép kết hợp một loạt các monome khác nhau vào chuỗi peptide. Các nghiên cứu sau này đã sử dụng dung sai cao của Tyc TE để sửa đổi xương sống peptide sau tổng hợp. Điều này cũng cho phép glycosyl hóa dư lượng tyrosine hoặc serine được kết hợp. Việc sử dụng các phương pháp này đã dẫn đến nhiều tác nhân trị liệu mới đầy hứa hẹn.