Los péptidos sintetizados ribosómicamente y modificados postraduccionalmente ( RiPPs ), también conocidos como productos naturales ribosómicos , son una clase diversa de productos naturales de origen ribosómico . [1] Los RiPP, que constan de más de 20 subclases, son producidos por una variedad de organismos , incluidos procariotas , eucariotas y arqueas , y poseen una amplia gama de funciones biológicas .
Como consecuencia de la caída del coste de la secuenciación genómica y del consiguiente aumento de los datos genómicos disponibles, el interés científico por los RiPP ha aumentado en las últimas décadas. Dado que las estructuras químicas de los RiPP son más predecibles a partir de los datos genómicos que otros productos naturales (por ejemplo, alcaloides y terpenoides ), su presencia en organismos secuenciados puede, en teoría, identificarse rápidamente. Esto convierte a los RiPP en un objetivo atractivo para los esfuerzos modernos de descubrimiento de productos naturales.
Los RiPP consisten en cualquier péptido (es decir, de peso molecular inferior a 10 kDa) que se produce en los ribosomas y sufre algún grado de modificación enzimática postraduccional . Esta combinación de traducción y modificación de péptidos se denomina "síntesis de péptidos posribosomales" (PRPS, por sus siglas en inglés) en analogía con la síntesis de péptidos no ribosómicos (NRPS, por sus siglas en inglés).
Históricamente, las subclases actuales de RiPP se estudiaron individualmente y las prácticas comunes en nomenclatura variaron en consecuencia en la literatura. Más recientemente, con el advenimiento de la secuenciación genómica amplia, se ha comprendido que estos productos naturales comparten un origen biosintético común. En 2013, un gran grupo de investigadores en el campo acordó y publicó un conjunto de pautas de nomenclatura uniformes. [1] Antes de este informe, se hacía referencia a los RiPP con una variedad de designaciones, incluidos péptidos posribosomales , productos naturales ribosómicos y péptidos ribosómicos .
El acrónimo "RiPP" significa " péptido sintetizado ribosomalmente y modificado postraduccionalmente " .
Los RiPP constituyen una de las principales superfamilias de productos naturales , como los alcaloides , los terpenoides y los péptidos no ribosómicos , aunque tienden a ser grandes, con pesos moleculares comúnmente superiores a 1000 Da . [1] La llegada de los métodos de secuenciación de próxima generación ha hecho que la minería genómica de RiPP sea una estrategia común. [2] En parte debido a su mayor descubrimiento y la facilidad hipotética de ingeniería , el uso de RiPP como fármacos está aumentando. Aunque son péptidos ribosómicos en origen, los RiPP generalmente se clasifican como moléculas pequeñas en lugar de productos biológicos debido a sus propiedades químicas, como un peso molecular moderado y una hidrofobicidad relativamente alta .
Los usos y actividades biológicas de los RiPP son diversos.
Los RiPP en uso comercial incluyen nisina , un conservante de alimentos , tiostreptona , un antibiótico tópico veterinario , y nosiheptide y duramicina, que son aditivos para alimentos para animales . La faloidina funcionalizada con un fluoróforo se utiliza en microscopía como tinción debido a su alta afinidad por la actina . La anantina es un RiPP utilizado en biología celular como inhibidor del receptor del péptido natriurético auricular . [3]
En 2012-2013, un RiPP derivatizado en ensayos clínicos fue LFF571. Los ensayos clínicos de fase II de LFF571, un derivado del tiopéptido GE2270-A, para el tratamiento de infecciones por Clostridioides difficile , con seguridad y eficacia comparables a la vancomicina , se terminaron temprano porque los resultados fueron desfavorables. [4] [5] También recientemente en ensayos clínicos estuvo el NVB302 (un derivado del lantibiótico actagardina) que se usa para el tratamiento de la infección por Clostridioides difficile . [6] Duramycin ha completado ensayos clínicos de fase II para el tratamiento de la fibrosis quística . [7]
Otros RiPP bioactivos incluyen los antibióticos ciclotiazomicina y bottromicina , el antibiótico de espectro ultra estrecho plantazolicina y la citotoxina patelamida A. La estreptolisina S, el factor de virulencia tóxico de Streptococcus pyogenes , también es un RiPP. Además, la hormona tiroidea humana en sí misma es un RiPP debido a su origen biosintético como tiroglobulina .
Las amatoxinas y falotoxinas son productos naturales de 8 y 7 miembros, respectivamente, caracterizados por la ciclización de N a C además de un motivo de triptationina derivado de la reticulación de Cys y Trp. [8] [9] Las amatoxinas y falotoxinas también se diferencian de otras RiPP en función de la presencia de una secuencia de reconocimiento C-terminal además del péptido líder N-terminal. La α-amanitina , una amatoxina, tiene una serie de modificaciones postraduccionales además de la macrociclización y la formación del puente de triptationina: la oxidación de la triptationina conduce a la presencia de un sulfóxido y numerosas hidroxilaciones decoran el producto natural. Como amatoxina, la α-amanitina es un inhibidor de la ARN polimerasa II . [10]
Las bottromicinas contienen un tiazol descarboxilado C-terminal además de una amidina macrocíclica . [11]
Actualmente se conocen seis compuestos de bottromicina que difieren en el grado de metilación de la cadena lateral, una característica adicional de la clase de bottromicina. Se requirió la síntesis total de bottromicina A2 para determinar definitivamente la estructura de la primera bottromicina. [11]
Hasta el momento, se han identificado grupos de genes que se prevé que produzcan bottromicinas en el género Streptomyces . Las bottromicinas se diferencian de otras RiPP en que no tienen un péptido líder en el extremo N. En cambio, el péptido precursor tiene una extensión en el extremo C de 35 a 37 aminoácidos, que se supone que actúa como una secuencia de reconocimiento para la maquinaria postraduccional. [12]
Las cianobactinas son metabolitos diversos de las cianobacterias con macrocilación de N a C de una cadena de 6 a 20 aminoácidos. Las cianobactinas son productos naturales aislados de las cianobacterias, y se cree que cerca del 30 % de todas las cepas de cianobacterias contienen grupos de genes de cianobacterias. [13] Sin embargo, si bien hasta ahora todas las cianobactinas se atribuyen a las cianobacterias, existe la posibilidad de que otros organismos puedan producir productos naturales similares.
El péptido precursor de la familia de las cianobactinas se designa tradicionalmente como gen "E", mientras que los péptidos precursores se designan como gen "A" en la mayoría de los grupos de genes RiPP. "A" es una serina proteasa involucrada en la escisión del péptido líder y la posterior macrociclización del producto natural del péptido, en combinación con un homólogo de serina proteasa adicional, el codificado por el gen "G". Los miembros de la familia de las cianobactinas pueden tener tiazolinas/oxazolinas, tiazoles/oxazoles y metilaciones dependiendo de enzimas de modificación adicionales. Por ejemplo, quizás la cianobactina más famosa es la patelamida A , que contiene dos tiazoles, una metiloxazolina y una oxazolina en su estado final, un macrociclo derivado de 8 aminoácidos.
Los lanthipéptidos son una de las familias de RiPP mejor estudiadas. La familia se caracteriza por la presencia de residuos de lantionina (Lan) y 3-metillantionina (MeLan) en el producto natural final. Hay cuatro clases principales de lanthipéptidos, delineadas por las enzimas responsables de la instalación de Lan y MeLan. La deshidratasa y la ciclasa pueden ser dos proteínas separadas o una enzima multifuncional. Anteriormente, los lanthipéptidos se conocían como "lantipeptides" antes de que se alcanzara un consenso en el campo. [1]
Los lantibióticos son lantipéptidos que tienen una actividad antimicrobiana conocida. El miembro fundador de la familia de los lantipéptidos, la nisina , es un lantibiótico que se ha utilizado para prevenir el crecimiento de patógenos transmitidos por los alimentos durante más de 40 años. [14]
Los péptidos Lasso son péptidos cortos que contienen un "anillo" de macrociclo de macrolactama N-terminal a través del cual se enhebra una "cola" lineal C-terminal. [15] [16] Debido a esta topología de bucle enhebrado , estos péptidos se parecen a los lazos , lo que da lugar a su nombre. Son un miembro de una clase más grande de estructuras de lazo basadas en aminoácidos . Además, los péptidos Lasso son formalmente rotaxanos .
El "anillo" N-terminal puede tener una longitud de entre 7 y 9 aminoácidos y está formado por un enlace isopeptídico entre la amina N-terminal del primer aminoácido del péptido y la cadena lateral carboxilato de un residuo de aspartato o glutamato . La "cola" C-terminal tiene una longitud de entre 7 y 15 aminoácidos. [15]
El primer aminoácido de los péptidos Lasso es casi invariablemente glicina o cisteína , y las enzimas conocidas no toleran mutaciones en este sitio. [16] Por lo tanto, los enfoques basados en la bioinformática para el descubrimiento de péptidos Lasso han utilizado esto como una restricción. [15] Sin embargo, recientemente se descubrieron algunos péptidos Lasso que también contienen serina o alanina como su primer residuo. [17]
El enhebrado de la cola del lazo está atrapado ya sea por enlaces disulfuro entre los residuos de cisteína del anillo y de la cola (péptidos del lazo de clase I), por efectos estéricos debido a residuos voluminosos en la cola (péptidos del lazo de clase II), o ambos (péptidos del lazo de clase III). [16] La estructura compacta hace que los péptidos del lazo sean frecuentemente resistentes a las proteasas o al desdoblamiento térmico . [16]
Los péptidos lineales que contienen azol(ina)e (LAP) contienen tiazoles y oxazoles , o sus formas reducidas de tiazolina y oxazolina . Las tiazol(inas)es son el resultado de la ciclización de los residuos de Cys en el péptido precursor, mientras que las (metil)oxazol(inas)es se forman a partir de Thr y Ser. La formación de azoles y azolinas también modifica el residuo en la posición -1, o directamente C -terminal a Cys, Ser o Thr. Se requiere una deshidrogenasa en el grupo de genes LAP para la oxidación de azolinas a azoles.
La plantazolicina es una LAP con una ciclización extensa. Dos conjuntos de cinco heterociclos le otorgan al producto natural una rigidez estructural y una actividad antibacteriana inusualmente selectiva. [18] La estreptolisina S (SLS) es quizás la LAP más estudiada y más famosa, en parte porque su estructura aún se desconoce desde el descubrimiento de la SLS en 1901. Por lo tanto, si bien el grupo de genes biosintéticos sugiere que la SLS es una LAP, falta confirmación estructural.
Las microcinas son todas las RiPP producidas por Enterobacteriaceae con un peso molecular <10 kDa. Muchos miembros de otras familias de RiPP, como la microcina E492, [19] la microcina B17 (LAP) y la microcina J25 (péptido Lasso) también se consideran microcinas. En lugar de clasificarse en función de las modificaciones postraduccionales o las enzimas modificadoras, las microcinas se identifican por el peso molecular, el productor nativo y la actividad antibacteriana. Las microcinas están codificadas por plásmidos o cromosomas, pero tienen actividad específica contra Enerobacteriaceae. Debido a que estos organismos también suelen ser productores de microcinas, el grupo de genes contiene no solo un péptido precursor y enzimas de modificación, sino también un gen de autoinmunidad para proteger la cepa productora y genes que codifican la exportación del producto natural.
Las microcinas tienen bioactividad contra bacterias gramnegativas , pero generalmente muestran una actividad de espectro estrecho debido al secuestro de receptores específicos involucrados en el transporte de nutrientes esenciales.
La mayoría de los tiopéptidos caracterizados se han aislado de Actinobacteria. [20] Las características estructurales generales de los macrociclos de tiopéptidos son aminoácidos deshidratados y anillos de tiazol formados a partir de residuos de serina / treonina deshidratados y cisteína ciclizada , respectivamente.
El macrociclo del tiopéptido está cerrado con un anillo de seis miembros que contiene nitrógeno. El estado de oxidación y el patrón de sustitución del anillo nitrogenado determinan la serie del producto natural del tiopéptido. [1] Si bien no se conoce el mecanismo de macrociclización, el anillo nitrogenado puede existir en los tiopéptidos como una piperidina , una deshidropiperidina o una piridina completamente oxidada . Además, algunos tiopéptidos tienen un segundo macrociclo, que contiene un residuo de ácido quináldico o ácido indólico derivado del triptófano . Quizás el tiopéptido mejor caracterizado, la tiostreptona A, contiene un anillo de deshidropiperidina y un segundo macrociclo que contiene ácido quináldico. Cuatro residuos se deshidratan durante la modificación postraduccional, y el producto natural final también contiene cuatro tiazoles y una azolina.
Los péptidos autoinductores (AIP) y los péptidos de detección de quórum se utilizan como moléculas de señalización en el proceso llamado detección de quórum . Los AIP se caracterizan por la presencia de un éster cíclico o tioéster , a diferencia de otros péptidos reguladores que son lineales. En los patógenos , los AIP exportados se unen a receptores extracelulares que desencadenan la producción de factores de virulencia . [21] En Staphylococcus aureus , los AIP se biosintetizan a partir de un péptido precursor compuesto por una región líder C-terminal, la región central y una región de cola cargada negativamente que, junto con el péptido líder, se escinde antes de la exportación de AIP. [22]
Los péptidos ciclizados de cabeza a cola bacterianos se refieren exclusivamente a péptidos sintetizados ribosomalmente con 35-70 residuos y un enlace peptídico entre los extremos N y C, a veces denominados bacteriocinas , aunque este término se usa de manera más amplia. La naturaleza distintiva de esta clase no es solo el tamaño relativamente grande de los productos naturales, sino también las enzimas modificadoras responsables de la macrociclización. Otros RiPP ciclizados de N a C, como las cianobactinas y las orbitidas, tienen una maquinaria biosintética especializada para la macrociclización de péptidos centrales mucho más pequeños. Hasta ahora, estas bacteriocinas se han identificado solo en bacterias Gram-positivas . La enterocina AS-48 se aisló de Enterococcus y, como otras bacteriocinas, es relativamente resistente a altas temperaturas, cambios de pH y muchas proteasas como resultado de la macrociclización. [23] Según las estructuras de la solución y las alineaciones de secuencias, las bacteriocinas parecen adoptar estructuras 3D similares a pesar de la poca homología de secuencia, lo que contribuye a la estabilidad y la resistencia a la degradación.
Los conopéptidos y otros péptidos toxoglosos son los componentes del veneno de los caracoles marinos depredadores, como los caracoles cono o Conus . [24] Los péptidos del veneno de los caracoles cono son generalmente más pequeños que los que se encuentran en otros venenos animales (10-30 aminoácidos frente a 30-90 aminoácidos) y tienen más enlaces cruzados disulfuro . [24] Una sola especie puede tener entre 50 y 200 conopéptidos codificados en su genoma, reconocibles por una secuencia señal bien conservada. [1]
Los ciclótidos son RiPP con una ciclización de cabeza a cola y tres enlaces disulfuro conservados que forman una estructura anudada llamadamotivo de nudo de cisteína cíclica . [25] [26] No se han observado otras modificaciones postraduccionales en los ciclótidos caracterizados, que tienen un tamaño de entre 28 y 37 aminoácidos. Los ciclótidos son productos naturales de plantas y los diferentes ciclótidos parecen ser específicos de la especie. Si bien se han informado muchas actividades para los ciclótidos, se ha planteado la hipótesis de que todos están unidos por un mecanismo común de unión a la membrana celular y de ruptura de la misma. [27]
Las glicocinas son RiPP, que son péptidos antimicrobianos glicosilados . Solo dos miembros han sido caracterizados por completo, lo que hace que esta sea una clase pequeña de RiPP. [28] [29] La sublancina 168 y la glicocina F son ambas glicosiladas con Cys y, además, tienen enlaces disulfuro entre residuos de Cys no glicosilados. Si bien ambos miembros tienen grupos S-glicosilo, las RiPP que tienen carbohidratos unidos a O o N también se incluirán en esta familia a medida que se descubran.
Las linaridinas se caracterizan por tener residuos de aminovinil cisteína en el extremo C. Si bien esta modificación postraduccional también se observa en los lantipéptidos epidermina y mersacidina, las linaridinas no tienen residuos de Lan o MeLan. Además, la fracción de linaridina se forma a partir de la modificación de dos residuos de Cys, mientras que las aminovinil cisteínas de los lantipéptidos se forman a partir de Cys y deshidroalanina (Dha). [30] La primera linaridina que se caracterizó fue la cipemicina . [31]
Las microviridinas son trideca- y tetradecapéptidos cíclicos N -acetilados con enlaces ω-éster y/o ω-amida. La formación de lactona a través de los grupos ω-carboxi del glutamato o aspartato y el grupo ε-amino de la lisina forma macrociclos en el producto natural final. Esta clase de RiPP funciona como inhibidores de proteasas y se aislaron originalmente de Microcystis viridis . También se han identificado grupos de genes que codifican microviridinas en genomas de los filos Bacteroidetes y Proteobacteria . [32]
Los orbitides son péptidos ciclados de N a C derivados de plantas sin enlaces disulfuro. También conocidos como homomonociclopéptidos similares a Caryophyllaceae, [33] los orbitides tienen una longitud de 5 a 12 aminoácidos y están compuestos principalmente de residuos hidrofóbicos. Al igual que las amatoxinas y las falotoxinas, las secuencias genéticas de los orbitides sugieren la presencia de una secuencia de reconocimiento C-terminal. En la variedad de linaza Linum usitatissimum , se encontró un péptido precursor mediante la búsqueda Blast que potencialmente contiene cinco péptidos centrales separados por secuencias de reconocimiento putativas. [34]
Las proteusinas reciben su nombre de "Proteo", un dios griego del mar que cambiaba de forma. Hasta ahora, los únicos miembros conocidos de la familia de las proteusinas se denominan politeonamidas. Originalmente se suponía que eran productos naturales no ribosómicos debido a la presencia de muchos D-aminoácidos y otros aminoácidos no proteinogénicos . Sin embargo, un estudio metagenómico reveló que los productos naturales eran la clase de RiPP más ampliamente modificada conocida hasta la fecha. [35] Seis enzimas son responsables de instalar un total de 48 modificaciones postraduccionales en los péptidos precursores de politeonamida A y B, incluidas 18 epimerizaciones . Las politeonamidas son excepcionalmente grandes, ya que una sola molécula puede atravesar una membrana celular y formar un canal iónico . [36] [37]
Los sactipéptidos contienen enlaces intramoleculares entre el azufre de los residuos de Cys y el carbono α de otro residuo en el péptido. Varios péptidos no ribosómicos tienen la misma modificación. En 2003, se informó del primer RiPP con un enlace de azufre a carbono α cuando se determinó la estructura de la subtilosina A utilizando medios enriquecidos isotópicamente y espectroscopia de RMN . [38] En el caso de la subtilosina A, aislada de Bacillus subtilis 168 , los enlaces cruzados Cα entre Cys4 y Phe31, Cys7 y Thr28, y Cys13 y Phe22 no son las únicas modificaciones postraduccionales; los extremos C y N forman un enlace amida , lo que da como resultado una estructura circular que está restringida conformacionalmente por los enlaces Cα. Los sactipéptidos con actividad antimicrobiana se denominan comúnmente sactibióticos ( antibióticos de azufre a carbono alfa ) . [ 39 ]
Los RiPP se caracterizan por una estrategia biosintética común en la que los péptidos codificados genéticamente experimentan traducción y posterior modificación química por enzimas biosintéticas.
Todos los RiPP se sintetizan primero en el ribosoma como un péptido precursor . Este péptido consta de un segmento peptídico central que normalmente está precedido (y ocasionalmente seguido) por un segmento peptídico líder y normalmente tiene una longitud de ~20-110 residuos . El péptido líder suele ser importante para permitir el procesamiento enzimático del péptido precursor al ayudar en el reconocimiento del péptido central por enzimas biosintéticas y para la exportación celular. Algunos RiPP también contienen una secuencia de reconocimiento C-terminal al péptido central; estos están involucrados en la escisión y ciclización . Además, los RiPP eucariotas pueden contener un segmento de señal del péptido precursor que ayuda a dirigir el péptido a los compartimentos celulares . [1]
Durante la biosíntesis de RiPP, el péptido precursor no modificado (que contiene un péptido central no modificado, UCP ) es reconocido y modificado químicamente secuencialmente por enzimas biosintéticas (PRPS). Los ejemplos de modificaciones incluyen deshidratación (es decir, lanthipéptidos , tiopéptidos), ciclodeshidratación (es decir, tiopéptidos), prenilación (es decir, cianobactinas) y ciclización (es decir, péptidos lasso), entre otros. El péptido precursor modificado resultante (que contiene un péptido central modificado, MCP ) luego se somete a proteólisis , en la que se eliminan las regiones no centrales del péptido precursor. Esto da como resultado el RiPP maduro . [1]
Los artículos publicados antes de un consenso reciente de la comunidad [1] emplean diferentes conjuntos de nomenclatura. El péptido precursor se ha denominado anteriormente prepéptido , prepropéptido o péptido estructural . El péptido líder se ha denominado propéptido , proregión o región intermedia . Los términos alternativos históricos para el péptido central incluían propéptido , péptido estructural y región de toxina (para conopéptidos, específicamente). [1]
Los lanthipéptidos se caracterizan por la presencia de residuos de lantionina (Lan) y 3-metil-lantionina (MeLan). Los residuos de Lan se forman a partir de un puente tioéter entre Cys y Ser, mientras que los residuos de MeLan se forman a partir de la unión de Cys a un residuo de Thr. Las enzimas biosintéticas responsables de la instalación de Lan y MeLan primero deshidratan Ser y Thr a deshidroalanina (Dha) y deshidrobutirina (Dhb), respectivamente. La reticulación posterior del tioéter ocurre a través de una adición de tipo Michael de Cys sobre Dha o Dhb. [40]
Se han designado cuatro clases de enzimas biosintéticas de lantipéptidos. [41] Los lantipéptidos de clase I tienen lantipéptidos deshidratasas dedicadas , llamadas enzimas LanB, aunque se utilizan designaciones más específicas para lantipéptidos particulares (por ejemplo, NisB es la nisina deshidratasa). Una ciclasa separada, LanC, es responsable del segundo paso en la biosíntesis de Lan y MeLan. Sin embargo, los lantipéptidos de clase II, III y IV tienen sintetasas de lantionina bifuncionales en sus grupos de genes, lo que significa que una sola enzima lleva a cabo los pasos de deshidratación y ciclización. Las sintetasas de clase II, designadas sintetasas LanM, tienen dominios de deshidratación N-terminales sin homología de secuencia con otras enzimas biosintéticas de lantipéptidos; el dominio de ciclasa tiene homología con LanC. Las enzimas de clase III (LanKC) y IV (LanL) tienen dominios de liasa N-terminal y quinasa central similares , pero divergen en los dominios de ciclización C-terminal: el dominio de ciclasa LanL es homólogo a LanC, pero las enzimas de clase III carecen de dominios de unión al ligando Zn. [42]
El sello distintivo de la biosíntesis de péptidos que contienen azol(ina)e lineal (LAP) es la formación de heterociclos de azol(ina)e a partir de los aminoácidos nucleofílicos serina , treonina o cisteína . [1] [43] Esto se logra mediante tres enzimas denominadas proteínas B, C y D; el péptido precursor se denomina proteína A, como en otras clases. [1]
La proteína C está principalmente involucrada en el reconocimiento y unión del péptido líder y a veces se la llama proteína de andamiaje. La proteína D es una ciclodeshidratasa dependiente de ATP que cataliza la reacción de ciclodeshidratada, lo que resulta en la formación de un anillo de azolina. Esto ocurre por activación directa del carbonilo de la cadena principal de amida con ATP, lo que resulta en un consumo estequiométrico de ATP. [44] Las proteínas C y D están presentes ocasionalmente como una sola proteína fusionada, como es el caso de la biosíntesis de trunkamida. La proteína B es una deshidrogenasa dependiente de mononucleótido de flavina (FMN) que oxida ciertos anillos de azolina en azoles .
La proteína B se conoce generalmente como deshidrogenasa ; las proteínas C y D juntas forman la ciclodeshidratasa , aunque la proteína D por sí sola realiza la reacción de ciclodeshidratasa. Los primeros trabajos sobre la microcina B17 adoptaron una nomenclatura diferente para estas proteínas, pero recientemente se ha adoptado un consenso en el campo, como se describió anteriormente. [1]
La biosíntesis de cianobactina requiere la escisión proteolítica de las porciones N-terminal y C-terminal del péptido precursor. Las proteínas definitorias son, por lo tanto, una proteasa N-terminal , denominada proteína A, y una proteasa C-terminal , denominada proteína G. La proteína G también es responsable de la macrociclación .
En el caso de las cianobactinas, el péptido precursor se denomina péptido E. [1] Como mínimo, el péptido E requiere una región líder, una región central (estructural) y secuencias de reconocimiento de proteasas tanto en la terminal N como en la terminal C. A diferencia de la mayoría de las RiPP, en las que un único péptido precursor codifica un único producto natural a través de un único péptido central, los péptidos E de las cianobactinas pueden contener múltiples regiones centrales; incluso pueden estar presentes múltiples péptidos E en un único grupo de genes. [1] [45]
Muchas cianobactinas también sufren heterociclación por una heterociclasa (conocida como proteína D), instalando fracciones de oxazolina o tiazolina de los residuos Ser/Thr/Cys antes de la acción de las proteasas A y G. [1] La heterociclasa es un homólogo de YcaO dependiente de ATP que se comporta bioquímicamente de la misma manera que las ciclodeshidratasas de dominio YcaO en la biosíntesis de tiopéptidos y péptidos que contienen azol(ina)e lineales (LAP) (descrita anteriormente).
Una modificación común es la prenilación de los grupos hidroxilo por una proteína F preniltransferasa . La oxidación de heterociclos de azolina a azoles también puede lograrse por un dominio oxidasa ubicado en la proteína G. Inusual para los péptidos ribosomales , las cianobactinas pueden incluir D-aminoácidos ; estos pueden ocurrir adyacentes a residuos de azol o azolina. [1] Se desconocen las funciones de algunas proteínas que se encuentran comúnmente en los grupos de genes biosintéticos de cianobactina, las proteínas B y C.
La biosíntesis de tiopéptidos implica una modificación particularmente extensa del núcleo peptídico. De hecho, debido a las estructuras altamente complejas de los tiopéptidos, se pensaba comúnmente que estos productos naturales eran péptidos no ribosómicos . El reconocimiento del origen ribosómico de estas moléculas llegó en 2009 con el descubrimiento independiente de los grupos de genes para varios tiopéptidos. [1] [46] [47] [48] [49]
La nomenclatura estándar para las proteínas biosintéticas de tiopéptidos sigue la del grupo de genes de tiomuracina. [1] [48] Además del péptido precursor, denominado péptido A, la biosíntesis de tiopéptidos requiere al menos seis genes . Estos incluyen deshidratasas similares a lanthipéptidos , designadas proteínas B y C, que instalan fracciones de deshidroalanina y deshidrobutirina deshidratando residuos precursores Ser/Thr. La síntesis de azol y azolina es efectuada por la proteína E, la deshidrogenasa , y la proteína G, la ciclodeshidratasa . El heterociclo que contiene nitrógeno es instalado por la proteína ciclasa D a través de una supuesta cicloadición [4+2] de fracciones de deshidroalanina para formar el macrociclo característico. [50] La proteína F es responsable de la unión del péptido líder. [51]
La biosíntesis de tiopéptidos es bioquímicamente similar a la de las cianobactinas, los lantipéptidos y los péptidos lineales que contienen azol(ina)e (LAP). Al igual que con las cianobactinas y los LAP, la síntesis de azoles y azolinas se produce mediante la acción de una ciclodeshidratasa de dominio YcaO dependiente de ATP. A diferencia de los LAP, donde la ciclodeshidratasa se produce mediante la acción de dos proteínas distintas responsables de la unión del péptido líder y la catálisis ciclodeshidratativa , estas se fusionan en una sola proteína (proteína G) en la biosíntesis de cianobactinas y tiopéptidos. [1] Sin embargo, en los tiopéptidos, una proteína adicional, denominada proteína similar a Ocin-ThiF (proteína F) es necesaria para el reconocimiento del péptido líder y el posible reclutamiento de otras enzimas biosintéticas. [51]
La biosíntesis del péptido Lasso requiere al menos tres genes, denominados proteínas A, B y C. [1] [15] El gen A codifica el péptido precursor, que es modificado por las proteínas B y C en el producto natural maduro. La proteína B es una cisteína proteasa dependiente del trifosfato de adenosina que escinde la región líder del péptido precursor. La proteína C muestra homología con la asparagina sintetasa y se cree que activa la cadena lateral del ácido carboxílico de un residuo de glutamato o aspartato a través de la adenililación . La amina N-terminal formada por la proteína B (proteasa) reacciona luego con esta cadena lateral activada para formar el enlace isopeptídico formador de macrociclo . Los pasos exactos y los intermediarios de reacción en la biosíntesis del péptido Lasso siguen siendo desconocidos debido a las dificultades experimentales asociadas con las proteínas. [15] Comúnmente, la proteína B se conoce como proteasa Lasso y la proteína C como ciclasa Lasso .
Algunos grupos de genes biosintéticos de péptidos Lasso también requieren una proteína adicional de función desconocida para la biosíntesis. Además, los grupos de genes de péptidos Lasso suelen incluir un transportador ABC (proteína D) o una isopeptidasa , aunque estos no son estrictamente necesarios para la biosíntesis de péptidos Lasso y, a veces, están ausentes. [15] Todavía no se conoce ninguna estructura cristalina de rayos X para ninguna proteína biosintética de péptidos Lasso.
La biosíntesis de péptidos de lazo es particularmente interesante debido a la inaccesibilidad de la topología de lazo roscado para la síntesis química de péptidos .