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novobiocina

La novobiocina , también conocida como albamicina , es un antibiótico aminocumarínico producido por el actinomiceto Streptomyces niveus , que recientemente ha sido identificado como sinónimo subjetivo de S. spheroides [1] , un miembro de la clase Actinomycetia . Otros antibióticos aminocumarínicos incluyen la clorobiocina y la cumermicina A1. [2] La novobiocina se informó por primera vez a mediados de la década de 1950 (entonces llamada estreptonivicina ). [3] [4]

Uso clínico

Es activo contra Staphylococcus epidermidis y puede usarse para diferenciarlo de otros Staphylococcus saprophyticus coagulasa negativo , que es resistente a la novobiocina, en cultivo. [ cita necesaria ]

La novobiocina obtuvo licencia para uso clínico con el nombre comercial Albamycin ( Upjohn ) en la década de 1960. Su eficacia ha sido demostrada en ensayos preclínicos y clínicos . [5] [6] Desde entonces, la forma oral del fármaco se ha retirado del mercado debido a la falta de eficacia. [7] Un producto combinado de novobiocina y tetraciclina, vendido por Upjohn con marcas como Panalba y Albamycin-T, fue en particular objeto de un intenso escrutinio por parte de la FDA antes de que finalmente fuera retirado del mercado. [8] [9] La novobiocina es un agente antiestafilocócico eficaz utilizado en el tratamiento de MRSA . [10]

Mecanismo de acción

Se han examinado las bases moleculares de la acción de la novobiocina y otros fármacos relacionados, la clorobiocina y la cumermicina A1 . [2] [11] [12] [13] [14] Las aminocumarinas son inhibidores muy potentes de la ADN girasa bacteriana y funcionan dirigiéndose a la subunidad GyrB de la enzima involucrada en la transducción de energía. La novobiocina, así como otros antibióticos aminocumarínicos , actúan como inhibidores competitivos de la reacción de la ATPasa catalizada por GyrB. La potencia de la novobiocina es considerablemente mayor que la de las fluoroquinolonas que también atacan a la ADN girasa , pero en un sitio diferente de la enzima. La subunidad GyrA participa en la actividad de ligadura y corte del ADN. [ cita necesaria ]

Se ha demostrado que la novobiocina inhibe débilmente el extremo C de la proteína eucariota Hsp90 (CI50 micromolar alta). La modificación de la estructura de novobiocina ha dado lugar a inhibidores de Hsp90 más selectivos. [15] También se ha demostrado que la novobiocina se une y activa el transportador de lipopolisacáridos gramnegativos LptBFGC. [16] [17]

La novobiocina bloquea la bolsa de unión de ATP de la polimerasa theta, lo que provoca una pérdida de actividad ATPasa. Esto da como resultado la pérdida de la unión de extremos mediada por microhomología como una vía para que las células con deficiencia de recombinación homóloga eviten los agentes que dañan el ADN. La acción de la novobiocina es sinérgica con los inhibidores de PARP para reducir el tamaño del tumor en un modelo de ratón. [18]

Estructura

La novobiocina es una aminocumarina. La novobiocina se puede dividir en tres entidades; un derivado del ácido benzoico, un residuo de cumarina y la novobiosa del azúcar. [11] Los estudios cristalográficos de rayos X han encontrado que el complejo fármaco-receptor de novobiocina y ADN girasa muestra que el ATP y la novobiocina tienen sitios de unión superpuestos en la molécula de girasa. [19] La superposición de los sitios de unión de cumarina y ATP es consistente con que las aminocumarinas sean inhibidores competitivos de la actividad ATPasa. [20]

Relación estructura-actividad

En experimentos de relación estructura-actividad se encontró que la eliminación del grupo carbamoilo ubicado en el azúcar novobiosa conduce a una disminución dramática en la actividad inhibidora de la novobiocina. [20]

Biosíntesis

Este antibiótico aminocumarínico consta de tres sustituyentes principales. El resto del ácido 3-dimetilalil-4-hidroxibenzoico, conocido como anillo A, se deriva del prefenato y del pirofosfato de dimetilalilo . La fracción aminocumarina, conocida como anillo B, se deriva de la L -tirosina. El componente final de la novobiocina es el derivado del azúcar L -noviosa, conocido como anillo C, que se deriva de la glucosa-1-fosfato. El grupo de genes biosintéticos para la novobiocina fue identificado por Heide y sus compañeros de trabajo en 1999 (publicado en 2000) a partir de Streptomyces spheroides NCIB 11891. [21] Identificaron 23 supuestos marcos de lectura abiertos (ORF) y más de otros 11 ORF que pueden desempeñar un papel en la novobiocina. biosíntesis. [ cita necesaria ]

La biosíntesis del anillo A (ver Fig. 1 ) comienza con el prefenato, que se deriva de la vía biosintética del ácido shikímico . La enzima NovF cataliza la descarboxilación del prefenato y al mismo tiempo reduce el fosfato de dinucleótido de nicotinamida y adenina (NADP + ) para producir NADPH . Después de esto, NovQ cataliza la sustitución electrófila del anillo de fenilo con pirofosfato de dimetilalilo (DMAPP), también conocida como prenilación. [22] DMAPP puede provenir de la vía del ácido mevalónico o de la vía biosintética de la desoxixilulosa. A continuación, la molécula de 3-dimetilalil-4-hidroxibenzoato se somete a dos descarboxilaciones oxidativas mediante NovR y oxígeno molecular. [23] NovR es una oxigenasa de hierro no hemo con una catálisis bifuncional única. En la primera etapa se incorporan ambos oxígenos del oxígeno molecular mientras que en el segundo paso se incorpora solo uno según lo determinado por estudios de marcaje isotópico. Esto completa la formación del anillo A.

Figura 1. Esquema biosintético de la porción benzamida de la novobiocina (ácido 4-hidroxi-3-(3-metilbut-2-en-1-il)benzoico)

La biosíntesis del anillo B (ver Fig. 2 ) comienza con el aminoácido natural L -tirosina . Luego, esto se adenila y tioesterifica en la proteína transportadora peptidil (PCP) de NovH mediante ATP y el propio NovH. [24] NovI luego modifica aún más esta molécula unida a PCP oxidando la posición β usando NADPH y oxígeno molecular. NovJ y NovK forman un heterodímero de J2K2 que es la forma activa de esta oxigenasa bencílico. [25] Este proceso utiliza NADP + como aceptor de hidruro en la oxidación del β-alcohol. Esta cetona preferirá existir en su tautómero enol en solución. A continuación, una proteína aún no identificada cataliza la oxidación selectiva del benceno (como se muestra en la Fig. 2). Tras la oxidación, este intermedio se lactonizará espontáneamente para formar el anillo aromático B y perderá NovH en el proceso.

Figura 2. Biosíntesis del componente 3-amino-4,7-dihidroxi-2H-cromen-2-ona de la novobiocina (anillo B )

La biosíntesis de L -noviosa (anillo C) se muestra en la Fig. 3 . Este proceso comienza a partir de glucosa-1-fosfato donde NovV toma dTTP y reemplaza el grupo fosfato con un grupo dTDP. NovT luego oxida el grupo 4-hidroxi usando NAD + . NovT también logra una deshidroxilación de la posición 6 del azúcar. NovW luego epimeriza la posición 3 del azúcar. [26] La metilación de la posición 5 se logra mediante NovU y S-adenosil metionina (SAM). Finalmente, NovS reduce nuevamente la posición 4 para lograr la epimerización de esa posición a partir de la glucosa-1-fosfato inicial usando NADH .

Figura 3. Biosíntesis del componente L-novosa de la novobiocina (anillo C )

Los anillos A, B y C se acoplan y modifican para dar la molécula de novobiocina terminada. Los anillos A y B se acoplan mediante la enzima NovL usando ATP para difosforilar el grupo carboxilato del anillo A de modo que el grupo amino del anillo B pueda atacar el carbonilo. El compuesto resultante se metila mediante NovO y SAM antes de la glicosilación. [27] NovM agrega el anillo C ( L -noviosa) al grupo hidroxilo derivado de la tirosina con la pérdida de dTDP. NovP y SAM logran otra metilación en la posición 4 del azúcar L -noviosa. [28] Esta metilación permite a NovN carbamilar la posición 3 del azúcar como se muestra en la Fig. 4 , completando la biosíntesis de novobiocina.

Figura 4. Biosíntesis completa de novobiocina a partir de los sistemas de anillos A , B y C.

Referencias

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