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Nosiheptido

Nosiheptide es un antibiótico tiopeptídico producido por la bacteria Streptomyces actuosus . [1] [2] [3]

Clasificación química

El nosiheptide se clasifica, junto con varios otros, como un tiopéptido de la serie e caracterizado por un heterociclo de 6 miembros que contiene nitrógeno en una forma sustituida 2,3,5,6 central para múltiples azoles (o azolinas) y deshidroaminoácidos junto con un núcleo macrocíclico. El nosiheptide está construido únicamente de aminoácidos proteinogénicos y tiene origen ribosomal , lo que lo convierte en un miembro de la familia de péptidos sintetizados ribosómicamente y modificados postraduccionalmente de productos naturales. [1] [2] [4] [5] Los tiopéptidos como el nosiheptide tienen una potente actividad contra varios patógenos bacterianos , principalmente grampositivos , incluidos Staphylococcus aureus resistente a la meticilina , Streptococcus pneumoniae resistente a la penicilina y enterococos resistentes a la vancomicina . [2] [6]

Composición

El nosiheptide consta de 5 anillos de tiazol , una fracción central de piridina tetrasustituida y un macrociclo bicíclico , que incluye un aminoácido modificado (del triptófano ) externo al péptido inicial traducido del gen que lo codifica. [1] [2] [3] [4] [5] [7] Se utiliza como aditivo alimentario en el crecimiento de aves de corral y cerdos para promover el crecimiento y la salud general, aunque no se ha aplicado en medicamentos humanos debido a la baja solubilidad en agua y la mala reabsorción del tracto gastrointestinal . [3] [5] El mecanismo de acción del nosiheptide y otros tiopéptidos se deriva de la unión estrecha en la subunidad ribosómica 50S y de la inhibición de las actividades de los factores de elongación, lo que impide la síntesis de proteínas . [3] [8]

Biosíntesis

Péptido precursor de nosiheptide que incluye un péptido líder de 37 aminoácidos y un péptido estructural de 13 aminoácidos (mostrado).

Se ha demostrado que todas las fracciones de la cadena principal peptidílica de nosiheptide se originan exclusivamente a partir de aminoácidos proteinogénicos. Los motivos estructurales incluyen deshidroaminoácidos de los residuos de serina o treonina que experimentan una eliminación antihidratante de agua, tiazoles de residuos de cisteína con ciclodeshidratación seguida de desoxigenación y la hidroxipiridina central producida por ciclización entre dos ácidos deshidroalanínicos con incorporación de un grupo carbonilo adyacente. [2]

Formación de tiazol.

La biosíntesis de nosiheptide comienza con la traducción de un péptido precursor de 50 aminoácidos que consiste en un péptido líder de 37 aminoácidos fusionado a un péptido estructural de 13 aminoácidos (SCTTCECCSCSS), que coincide con la estructura principal de nosiheptide excepto el residuo de serina C-terminal que se escinde parcialmente en la maduración del producto final. [2] [4] [7] A continuación, se producen ciclizaciones entre 5 de los residuos de cisteína en la secuencia estructural y el carbonilo anterior en el aminoácido adyacente para formar anillos de tiazol después de la oxidación. [4] [6] Luego, varios residuos de aminoácidos experimentan la eliminación de agua para producir deshidroaminoácidos, y el primer macrociclo se construye por ciclización de dos de estos residuos de deshidroaminoácidos. Esta ciclización incluye una reacción de tipo Diels-Alder , deshidratación y eliminación del péptido líder. [1] [4] Una fracción de ácido indólico modificada a partir de L-triptófano se liga luego al residuo de cisteína no modificado a través de un enlace tioéster . Después de la metilación y oxidación del indol, se forma el segundo macrociclo por reacción del grupo hidroxilo del indol con el grupo carboxilo libre del residuo de glutamato cercano . El péptido bicíclico ahora fusionado sufre varias oxidaciones y una escisión parcial del residuo de deshidroalanina C-terminal para dar el nosiheptido maduro. [2] [9]

Deshidratación de residuos de aminoácidos en nosiheptide
Ciclación y aromatización intermedias de tipo dieles-alder de nosiheptide

La traducción y modificación del péptido precursor se lleva a cabo por varias enzimas codificadas en un grupo de genes localizado que contiene 14 genes estructurales y 1 gen regulador. [2] Uno de estos genes codifica el péptido y los demás son responsables de las modificaciones postraduccionales. [ cita requerida ]

Síntesis total

La primera síntesis total fue publicada por Wojtas et al. en 2016. [10] Se logró mediante el ensamblaje de un precursor lineal completamente funcionalizado seguido de macrociclizaciones consecutivas. Las características clave son una macrotiolactonización crítica y una estrategia de desprotección suave para el núcleo de 3-hidroxipiridina. El producto natural fue idéntico al material auténtico aislado en términos de datos espectrales y actividad antibiótica. [10]

Referencias

  1. ^ abcd Bagley; et al. (2005). "Antibióticos tiopéptidos". Chem. Rev. 105 ( 2): 685–714. doi :10.1021/cr0300441. PMID  15700961.
  2. ^ abcdefgh Yu; et al. (2009). "Biosíntesis de nosiheptidos con una formación única de anillo lateral de indol en la estructura característica de tiopéptidos". ACS Chemical Biology . 4 (10): 855–864. doi :10.1021/cb900133x. PMC 2763056 . PMID  19678698. 
  3. ^ abcd Mocek; et al. (1993). "Biosíntesis del antibiótico peptídico modificado nosiheptide en Streptomyces actuosus". Revista de la Sociedad Química Americana . 115 (17): 7558–7568. doi :10.1021/ja00070a001.
  4. ^ abcde Wang, S.; Zhou, S.; Liu, W. (2013). "Oportunidades y desafíos de las investigaciones actuales sobre la lógica biosintética de los antibióticos tiopéptidos representados por nosiheptida". Current Opinion in Chemical Biology . 17 (4): 626–634. doi :10.1016/j.cbpa.2013.06.021. PMID  23838388.
  5. ^ abc Benazet, F.; et al. (1980). "Nosiheptide, un antibiótico peptídico que contiene azufre aislado de Streptomyces actuosus 40037". Experientia . 36 (4): 414–416. doi :10.1007/bf01975121. PMID  7379912. S2CID  19252290.
  6. ^ de Paul M. Dewick, Productos naturales medicinales: un enfoque biosintético, 3.ª edición , 2009 , John Wiley & Sons, págs. 86 y 443
  7. ^ ab Guo; et al. (2014). "El conocimiento de la biosíntesis de tiopéptidos bicíclicos se benefició del desarrollo de un enfoque uniforme para la ingeniería molecular y la mejora de la producción". Chemical Science . 5 : 240–246. doi :10.1039/c3sc52015c.
  8. ^ Cundliffe, E.; Thompson, J. (1981). "El modo de acción de la nosiheptida (multiomicina) y el mecanismo de resistencia en el organismo productor". J. Gen. Microbiol . 126 (1): 185–192. doi : 10.1099/00221287-126-1-185 . PMID  7038038.
  9. ^ Yu; et al. (2010). "NosA cataliza la formación de amida carboxil-terminal en la maduración de nosiheptide a través de una desalquilación de enamina en el péptido precursor extendido con serina". Revista de la Sociedad Química Estadounidense . 132 (46): 16324–16326. doi :10.1021/ja106571g. PMC 2990472 . PMID  21047073. 
  10. ^ ab Wojtas, K. Philip; Riedrich, Matías; Lu, Jin-Yong; Invierno, Felipe; Winkler, Thomas; Walter, Sofía; Arndt, Hans-Dieter (1 de junio de 2016). "Síntesis total de nosiheptide". Edición internacional Angewandte Chemie . 55 (33): 9772–9776. doi :10.1002/anie.201603140. ISSN  1521-3773. PMID  27345011.