Biosintesi dell'ansamitocina P

Biologia delle comunicazioni volume 6, numero articolo: 860 (2023) Citare questo articolo

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I prodotti naturali bioattivi microbici mediano funzioni ecologicamente benefiche per i ceppi produttori e sono stati ampiamente utilizzati in clinica e in agricoltura con obiettivi e meccanismi sottostanti chiaramente definiti. Tuttavia, gli effetti fisiologici della loro biosintesi sui ceppi produttori rimangono in gran parte sconosciuti. È stato scoperto che l'antitumorale ansamitocina P-3 (AP-3), prodotta da Actinosynnema pretiosum ATCC 31280, reprime la crescita del ceppo produttore ad alta concentrazione e prende di mira la proteina FtsZ coinvolta nella divisione cellulare. Il lavoro precedente ha suggerito la presenza di ulteriori bersagli criptici di AP-3 nell'ATCC 31280. Qui utilizziamo un approccio chemioproteomico con una sonda di fotoaffinità derivata da AP-3 per profilare le interazioni a livello del proteoma di AP-3. AP-3 mostra legami specifici con la deossitimidina difosfato glucosio-4,6-deidratasi, l'aldeide deidrogenasi e la timidilato sintasi flavina-dipendente, apparentemente non correlate, che sono coinvolte rispettivamente nell'assemblaggio della parete cellulare, nel metabolismo centrale del carbonio e nella biosintesi dei nucleotidi. AP-3 funziona come un inibitore non competitivo di tutte e tre le proteine ​​bersaglio di cui sopra, generando stress fisiologico sul ceppo produttore attraverso l'interferenza di diverse vie metaboliche. La sovraespressione di queste proteine ​​​​bersaglio aumenta la biomassa del ceppo e aumenta notevolmente i titoli AP-3. Questa scoperta dimostra che l’identificazione e l’ingegnerizzazione di bersagli criptici di prodotti naturali bioattivi possono portare a una comprensione approfondita della fisiologia microbica e a migliori titoli dei prodotti.

I microbi, esemplificati dagli attinobatteri e dai funghi, costituiscono un ricco repertorio di prodotti naturali con diverse strutture e bioattività, che vengono utilizzati come agenti antibatterici, antifungini, antitumorali, immunosoppressori, ipocolesterolemizzanti e così via1. A causa delle ampie applicazioni dei prodotti microbici naturali in clinica e in agricoltura, le loro modalità di azione e i componenti cellulari mirati sono stati ben caratterizzati in diversi agenti patogeni e tessuti infetti. Ad esempio, la penicillina antibatterica prende di mira le transpeptidasi, appartenenti alle proteine ​​leganti la penicillina (PBP), e inibisce la biosintesi del peptidoglicano nei batteri2; L'immunosoppressore rapamicina si lega alla proteina umana legante FK506 FKBP12 e successivamente il complesso binario formato inibisce la proteina bersaglio della rapamicina (TOR) per esercitare l'effetto immunosoppressivo3.

È interessante notare che, grazie allo sviluppo della tecnologia chemioproteomica utilizzando sonde chimiche derivate dai farmaci, sono state identificate più proteine ​​leganti i farmaci coinvolte in molteplici percorsi fisiologici, il che implica ulteriori funzioni biologiche di un farmaco designato4. Utilizzando derivati ​​sintetici β-lattamici con diverse sostituzioni della catena laterale come sonde per la marcatura in vivo, Staub e Sieber hanno identificato non solo le PBP note, ma anche bersagli batterici non PBP, incluso il fattore di virulenza ClpP e una β-lattamasi5 correlata alla resistenza. Recentemente, Sun et al. identificato STAT3 come nuovo bersaglio della rapamicina e la sua soppressione della crescita tumorale, utilizzando un analogo fotoattivo della rapamicina6.

Tuttavia, gli effetti della produzione di prodotti naturali sui loro ospiti produttori sono stati sottoesplorati. I bersagli cellulari di alcuni antinfettivi sono stati in gran parte dedotti dalle proteine ​​bersaglio note nei patogeni e i corrispondenti meccanismi di resistenza sono stati caratterizzati nei ceppi produttori7. Poiché il bersaglio dell'antitubercolosi rifamicina è la subunità β della RNA polimerasi batterica8, la cui controparte con mutazioni di N447, D438 e Q432 è stata identificata nel ceppo produttore di rifamicina Amycolatopsis mediterranei S699; e questi mutanti conferiscono autoprotezione all'ospite9. Allo stesso modo, è stato scoperto che un gene designato 23S rRNA N-metiltransferasi lmrB è presente nel cluster di geni biosintetici della lincomicina di Streptomyces lincolnensis per fornire resistenza alla lincomicina integrata10.