Войти
 | |
| Имена | |
|---|---|
| Название ИЮПАК (3Z, 5E, 7R, 8S, 9S, 11E, 13E, 15S, 16R) -16- [(1S, 2R, 3S) -3 - [(2R, 4R, 5S, 6R) -2,4-дигидрокси-6-изопропил-5-метил-2-тетрагидропиранил ] -2-гидрокси-1-метилбутил] -8-гидрокси-3,15-диметокси-5,7,9,11-тетраметил-1-оксациклогексадека-3,5,11,13-тетраен-2-он | |
| Идентификаторы | |
| Номер CAS | |
| ChEMBL |
|
| ChemSpider | |
| DrugBank | |
| ECHA InfoCard | 100.150.187  |
| PubChem CID | |
| Свойства | |
| Химическая формула | C35H58O9 |
| Молярная масса | 622,83 г / моль |
| Внешний вид | Желтый порошок |
| Если не указано иное, данные приведены для материалов в их стандартном состоянии (при 25 ° C [77 ° F], 100 кПа). | |
 N (что такое ?) | |
| Ссылки в ink | |
бафиломицины представляют собой семейство макролидных антибиотиков, полученных из различных стрептомицетов. Их химическая структура определяется каркасом из 16-членного лактонового кольца. Бафиломицины проявляют биологическую активность в широком диапазоне, включая противоопухолевую, противопаразитарную, иммунодепрессивную и противогрибковую активность. Наиболее часто применяемым бафиломицином является бафиломицин A1, мощный ингибитор клеточной аутофагии. Также было обнаружено, что бафиломицины действуют как ионофоры, транспортируя калий K + через биологические мембраны и приводя к повреждению митохондрий и гибели клеток.
Бафиломицин A1 специфически нацелен на фермент H-АТФазы (V-АТФаза) вакуолярного типа, протонный насос, охватывающий мембрану, который подкисляет либо внеклеточную среду, либо внутриклеточные органеллы, такие как лизосома. При более высоких микромолярных концентрациях бафиломицин A1 также действует на АТФазы P-типа, которые имеют фосфорилированное переходное состояние.
Бафиломицин A1 служит важным инструментальным соединением во многих исследованиях in vitro; однако его клиническое применение ограничено значительным профилем токсичности.
Бафиломицин A1, B1 и C1 были впервые выделены из Streptomyces griseus в 1983 году. Во время скрининга, направленного на идентификацию микробных вторичных метаболитов, чей a Активность имитировала активность двух сердечных гликозидов, бафиломицин С1 был идентифицирован как ингибитор Р-АТФазы с k i 11 мкМ. Было обнаружено, что бафиломицин C1 проявляет активность против Caenorhabditis elegans, клещей и ленточных червей, в дополнение к стимуляции высвобождения γ-аминобутируковой кислоты (ГАМК ) из синаптосом крыс. Независимо, бафиломицин A1 и другие производные были выделены из S. griseus, и было показано, что они обладают антибиотической активностью против некоторых дрожжей, грамположительных бактерий и грибов. Также было показано, что бафиломицин A1 оказывает антипролиферативное действие на Т-клетки, стимулированные конканавалином-A. Однако его высокая токсичность не позволила использовать его в клинических испытаниях.
Два года спустя бафиломицины D и E были также выделены из S. griseus. В 2010 году 9-гидроксибафиломицин D, 29-гидроксибафиломицин D и ряд других бафиломицинов были идентифицированы из эндофитного микроорганизма Streptomyces sp. YIM56209. С 2004 по 2011 год бафиломицины FK были выделены из других Streptomyces sp.
Как один из первых идентифицированных и наиболее часто используемых, бафиломицин A1 имеет особое значение, особенно потому, что его структура является ядром всех других бафиломицинов.. Обладая большой структурой, бафиломицин имеет несколько хиральных центров и функциональных групп, что затрудняет изменение его структуры - задача, которая была предпринята для снижения токсичности, связанной с соединением.
Химические структуры некоторых соединений бафиломицина. 
Изображение молекулярных субъединиц, составляющих V-АТФазу, главную мишень бафиломицина A1. Атрибуция : NOchotny в англоязычной Википедии. Внутри клетки бафиломицин A1 специфически взаимодействует с V-АТФазой протонной помпы. Этот большой белок зависит от гидролиза аденозинтрифосфата (АТФ), чтобы перекачивать протоны через биологическую мембрану. Когда в 1980-х годах были впервые обнаружены бафиломицин и другие ингибиторы V-АТФазы, такие как конканамицин, они были использованы для установления присутствия V-АТФазы в специализированных типах клеток и тканях, характеризующих распределение протонной помпы. Структурно V-АТФаза состоит из 13 отдельных субъединиц, которые вместе составляют мембрану, охватывающую V o и цитозольный V 1 домены фермента. Домен V 1 в цитозоле состоит из субъединиц от A до H, тогда как домен V o состоит из субъединиц a, d, e, c и c ".
Чтобы переместить протоны через мембрану, протон сначала входит в субъединицу а в домене V o через цитоплазматический гемиканал. Это позволяет консервативные остатки глутаминовой кислоты в протеолипидном кольце V o субъединиц c и c ", чтобы стать протонированными. Аденозинтрифосфат (АТФ) затем гидролизуется доменом V 1 фермента, обеспечивая вращение центрального стержня насоса, состоящего из субъединиц D, F и d, и вращение протеолипидного кольца. Это вращение приводит протонированные остатки глутаминовой кислоты в контакт с просветным гемиканалом, расположенным в субъединице а. Внутри субъединицы а остатки аргинина служат для стабилизации депротонированной формы глутаминовой кислоты и обеспечения высвобождения их протонов. Это вращение и перенос протонов переносят протоны через насос и через мембрану.
Более чем через десять лет после того, как бафиломицин был открыт как ингибитор V-АТФазы, сайт его взаимодействия с V-АТФазой неясен. В начальных исследованиях использовалась V-АТФаза хромаффинных гранул, чтобы предположить, что бафиломицин взаимодействует с доменом V o. Два дополнительных исследования подтвердили эту гипотезу с использованием V-АТФазы из бычьих везикул, покрытых клатрином. Они показали, что нанесение бафиломицина ингибировало поток протонов через V o и что это ингибирование можно было преодолеть, добавив обратно домен V o к покрытым везикулам. Дальнейшее сужение сайта взаимодействия с бафиломицином, они обнаружили, что специфическое добавление только V o субъединицы a может восстановить функцию. Это предполагает, что бафиломицин специфически взаимодействует с субъединицей a V-АТФазы; однако другое исследование опровергло этот вывод. Группа обнаружила, что с помощью колонки для аффинной хроматографии с бафиломицином может быть очищена V-АТФаза, и что добавление DCCD, ингибитора субъединицы V o c, резко снижает сродство бафиломицина к V-АТФазе. Это свидетельствует о том, что бафиломицин более сильно взаимодействует с субъединицей c домена V o. Затем еще два исследования подтвердили это взаимодействие с использованием радиоактивной метки и кристаллизации белка. Однако далее было обнаружено, что аминокислотные изменения внутри субъединицы а также могут снижать взаимодействие V-АТФаза-бафиломицин, что указывает на незначительную роль субъединицы а в связывании бафиломицина в дополнение к субъединице c.
В целом бафиломицин связывается с наномолярной эффективностью по отношению к субъединице V 53 o 5 c комплекса V-ATPase. В частности, бафиломицин взаимодействует с протеолипидным кольцом V o, ингибируя транслокацию протонов. Хотя взаимодействие между бафиломицином и V-АТФазой не является ковалентным, его низкая константа диссоциации около 10 нМ описывает силу его взаимодействия и может затруднить обратное действие бафиломицина.
V-АТФаза повсеместно присутствует в клетках млекопитающих и играет важную роль во многих клеточных процессах. Он локализован в сети транс-Гольджи и клеточных органеллах, происходящих из нее, включая лизосомы, секреторные везикулы и эндосомы. V-АТФаза также может быть обнаружена в плазматической мембране. У млекопитающих расположение V-АТФазы может быть связано с конкретной изоформой субъединицы а, имеющейся в комплексе. Изоформы а1 и а2 нацелены на V-АТФазу внутриклеточно, к синаптическим пузырькам и эндосомам соответственно. Однако субъединицы а3 и а4 опосредуют локализацию V-АТФазы на плазматической мембране в остеокластах (а3) и интеркалированных почечных клетках (а4). Если он расположен на лизосомной мембране, это приводит к подкислению лизосомы, поскольку pH просвета снижается, что способствует активности лизосомальных гидролаз. Когда V-АТФаза расположена на плазматической мембране, экструзия протонов через насос вызывает закисление внеклеточного пространства, которое используется специализированными клетками, такими как остеокласты, эпидидимальные светлые клетки и интеркалированные клетки почечного эпителия.
Поскольку V-АТФаза способствует закислению лизосом, эндосом и секреторных пузырьков, она участвует в таких процессах, как:
Благодаря своей роли в закислении лизосом, V-АТФаза также играет решающую роль в управлении транспортом ионов и малых молекул в цитоплазму, особенно кальция и аминокислот. Кроме того, его подкисление эндосом имеет решающее значение для эндоцитоза рецептора, поскольку низкий pH имеет тенденцию управлять высвобождением лиганда, а также расщеплением рецептора, которое способствует сигнальным событиям, например, посредством высвобождения внутриклеточного домена Notch.
Находясь на плазматической мембране, функция V-АТФазы имеет решающее значение для закисления внеклеточной среды, что наблюдается в остеокластах и прозрачных клетках эпидемии. Находясь на плазматической мембране интеркалированных клеток почечного эпителия, V-АТФаза важна для секреции кислоты, которая способствует подкислению мочи. В ответ на снижение pH плазмы повышенные уровни V-АТФазы обычно переносятся к плазматической мембране в этих клетках за счет фосфорилирования насоса протеинкиназой A (PKA).
Клинически дисфункция V-АТФазы коррелирует с несколькими заболеваниями человека. Некоторые из этих заболеваний включают мужское бесплодие, остеопетроз и почечный ацидоз. Кроме того, V-АТФаза может быть обнаружена на плазматической мембране некоторых инвазивных раковых клеток, в том числе рака груди, простаты и печени. В образцах рака легких человека экспрессия V-АТФазы коррелировала с лекарственной устойчивостью. Большое количество мутаций субъединицы V-АТФазы также было идентифицировано при ряде раковых заболеваний, включая фолликулярные лимфомы.
Поскольку мишень V-АТФазы бафиломицина участвует в Многие аспекты клеточной функции, лечение бафиломицином значительно изменяет клеточные процессы.
Бафиломицин A1 наиболее известен своим использованием в качестве ингибитора аутофагии. Аутофагия - это процесс, при котором клетка разрушает собственные органеллы и некоторые белки посредством образование аутофагосом. Затем аутофагосомы сливаются с лизосомами, облегчая деградацию поглощенного груза лизосомными протеазами. Этот процесс имеет решающее значение для поддержания запасов аминокислот и других питательных веществ в клетке во время недостатка питательных веществ или других метаболических стрессов. Бафиломицин вмешивается в этот процесс, подавляя закисление лизосом за счет взаимодействия с V-АТФазой. Отсутствие закисления лизосом предотвращает активность лизосомных протеаз, таких как катепсины, так что поглощенный груз больше не может разлагаться.
Схема, представляющая образование автолизосомы, и точки вмешательства бафиломицин A1. Поскольку V-АТФаза широко распространена в клетке, бафиломицин является специфичным ингибитором аутофагии только в течение короткого периода времени. За пределами этого короткого окна видны и другие эффекты, включая вмешательство в перемещение эндосом и протеасомное ингибирование.
Сообщалось, что помимо блокирования закисления лизосом, бафиломицин блокирует слияние аутофагосом с лизосомами. Первоначально это было обнаружено в статье Ямамото и др. в котором авторы использовали бафиломицин A1 для лечения клеток гепатомы крысы H-4-II-E. С помощью электронной микроскопии они увидели блокировку слияния аутофагосома-лизосома после использования бафиломицина в концентрации 100 нМ в течение 1 часа. Это было подтверждено другими исследованиями, в частности двумя исследованиями, в которых с помощью флуоресцентной микроскопии было обнаружено снижение колокализации митохондрий и лизосом после 12-24-часовой обработки 100 или 400 нМ бафиломицина. Однако дальнейшие исследования не показали этого ингибирования слияния с аналогичными препаратами бафиломицина. Эти противоречивые результаты объясняются разницей во времени между обработками, а также использованием разных клеточных линий. Эффект бафиломицина на слияние аутофагосом и лизосом является сложным и зависит от времени в каждой клеточной линии.
В нейронах при лечении бафиломицином наблюдалось увеличение маркера аутофагосомы LC3-II. Это происходит из-за того, что аутофагосомы не могут сливаться с лизосомами, что обычно стимулирует деградацию LC3-II.
В клетках PC12 было обнаружено, что бафиломицин индуцирует апоптоз или запрограммированная гибель клеток. Кроме того, в некоторых линиях клеток было обнаружено, что он нарушает электрохимический градиент митохондрий и вызывает высвобождение цитохрома с, который является инициатором апоптоза. Также было показано, что бафиломицин индуцирует как подавление аутофагии, так и последующую индукцию апоптоза в клетках остеосаркомы, а также в других линиях раковых клеток.
Бафиломицин действует как ионофор, что означает, что он может переносить ионы K через биологические мембраны. Обычно внутренняя мембрана митохондрий не проницаема для калия и поддерживает заданный электрохимический градиент. В возбудимых клетках митохондрии могут содержать К-канал, который при открытии может вызывать митохондриальный стресс, вызывая набухание митохондрий, изменяя электрохимический градиент и стимулируя дыхание. Лечение бафиломицином A1 может вызывать набухание митохондрий в присутствии ионов K, стимулировать окисление пиримидиновых нуклеотидов и разъединять окислительное фосфорилирование. Было обнаружено, что возрастающие концентрации бафиломицина линейно увеличивают количество K, который проходит через митохондриальную мембрану, подтверждая, что он действует как ионофор. Однако по сравнению с другими ионофорами бафиломицин имеет низкое сродство к K.
При многих раковых заболеваниях было обнаружено, что различные субъединицы V-АТФаза активирована. Повышенная регуляция этих субъединиц, по-видимому, коррелирует с увеличением метастазов опухолевых клеток и снижением клинического исхода. Было показано, что применение бафиломицина снижает рост клеток в различных линиях раковых клеток при различных типах рака за счет индукции апоптоза. Кроме того, антипролиферативный эффект бафиломицина in vitro, по-видимому, специфичен для раковых клеток по сравнению с нормальными клетками, что проявляется в избирательном ингибировании роста клеток гепатобластомы по сравнению со здоровыми гепатоцитами.
Механизм, с помощью которого бафиломицин вызывает этот специфический рак. Антипролиферативный эффект многофакторен. Помимо индукции каспазозависимого апоптоза через митохондриальный путь, бафиломицин также вызывает повышенные уровни активных форм кислорода и повышенную экспрессию HIF1alpha. Эти эффекты предполагают, что ингибирование V-АТФазы бафиломицином может вызывать клеточную стрессовую реакцию, включая аутофагию и возможный апоптоз. Эти несколько противоречивые эффекты ингибирования V-АТФазы с точки зрения ингибирования или индукции апоптоза демонстрируют, что функция бафиломицина критически зависит от клеточного контекста и может опосредовать фенотип, способствующий выживанию или смерти.
In vivo бафиломицин уменьшал средний объем опухоли в моделях мышей MCF-7 и MDA-MB-231 ксенотрансплантат на 50% и не проявлял токсических эффектов при дозировке 1 мг / кг. Кроме того, в сочетании с сорафенибом бафиломицин также вызывал регрессию опухоли у мышей с ксенотрансплантатом MDA-MB-231. В модели ортотропного ксенотрансплантата ГЦК HepG2 у голых мышей бафиломицин предотвращал рост опухоли.
Считается, что нарушение регуляции V-АТФазы играет роль в устойчивости к терапии рака, поскольку аберрантное подкисление внеклеточной среды может протонировать химиотерапевтические средства, предотвращая их вход в камеру. Неясно, является ли нарушение регуляции V-АТФазы прямой причиной связанного с этим неблагоприятного клинического исхода или же его нарушение в первую очередь влияет на реакцию на лечение. Хотя лечение бафиломицином и цисплатином имело синергетический эффект на цитотоксичность раковых клеток.
Бафиломицины ингибируют плазму мембранная АТФаза (Р-АТФаза), а также транспортеры АТФ-связывающей кассеты (ABC). Эти переносчики считаются хорошими противогрибковыми мишенями, поскольку они делают организмы неспособными справиться с катионным стрессом. Когда Cryptococcus neoformans лечили бафиломицином, наблюдали ингибирование роста. Бафиломицин также использовался у C. neoformans в сочетании с ингибитором кальциневрина FK506, проявляя синергетическую противогрибковую активность.
Было показано, что бафиломицин оказывает активен против Plasmodium falciparum, возбудителя малярии. При заражении эритроцитов P. falciparum экспортирует мембранную сеть в цитоплазму эритроцитов, а также вставляет несколько собственных белков в мембрану хозяина, включая свою собственную V-АТФазу. Этот протонный насос играет роль в поддержании внутриклеточного pH инфицированных красных кровяных телец и облегчении поглощения малых метаболитов в равновесии. Обработка паразитированных эритроцитов бафиломицином предотвращает внеклеточное закисление, вызывая падение внутриклеточного pH вокруг малярийного паразита.
Воспалительная миопатия Миозит с включенными тельцами (IBM) относительно часто встречается у пациентов старше 50 лет и включает чрезмерную активацию аутофагического потока. В этом состоянии усиление аутофагии приводит к усилению деградации белка и, следовательно, к увеличению презентации антигенных пептидов в мышцах. Это может вызвать чрезмерную активацию иммунных клеток. Лечение бафиломицином может предотвратить закисление лизосом и, следовательно, аутофагию, уменьшая количество антигенных пептидов, перевариваемых и отображаемых в иммунной системе.
У пациентов с волчанкой было обнаружено, что путь аутофагии способствует изменяться как в B, так и в T-клетках. В частности, в Т-клетках было обнаружено больше аутофагических вакуолей, а также усиление окрашивания LC3-11 на аутофагосомы, что указывает на усиление аутофагии. Повышенная аутофагия также наблюдается у наивных субпопуляций В-клеток пациентов. Обработка бафиломицином A1 снижает дифференцировку плазмобластов и снижает их выживаемость.
Нейродегенеративные заболевания обычно проявляются повышенными уровнями белковых агрегатов в клетке. которые способствуют дисфункции нейронов и возможной гибели нейронов. В качестве метода расщепления белка внутри клетки аутофагия может передавать эти белковые агрегаты для разложения в лизосоме. Хотя неясно, какая именно роль непрерывной аутофагии или аутофагического потока играет в нейрональном гомеостазе и болезненных состояниях, было показано, что аутофагическая дисфункция может наблюдаться при нейродегенеративных заболеваниях.
Бафиломицин обычно используется для изучения этого аутофагического действия. поток в нейронах, среди других типов клеток. Для этого нейроны сначала помещаются в условия, богатые питательными веществами, а затем в условия нехватки питательных веществ, чтобы стимулировать аутофагию. Бафиломицин вводят совместно в условиях стресса, связанного с питанием, так что при стимуляции аутофагии бафиломицин блокирует свою последнюю стадию слияния аутофагосом и лизосом, что приводит к накоплению аутофагосом. Затем можно отслеживать уровни связанных с аутофагией белков, связанных с аутофагосомами, таких как LC3, для определения уровня образования аутофагосом, вызванного депривацией питательных веществ.
Некоторые катионные препараты, такие как хлорохин и сертралин, известны как лизосомотропные препараты. Эти препараты представляют собой слабые основания, которые протонируются в кислой среде лизосомы. Это улавливает непротонированное соединение внутри лизосомы, поскольку протонирование предотвращает его прохождение обратно через липидную мембрану органеллы. Это явление известно как захват ионов. Улавливание катионного соединения также втягивает воду в лизосомы за счет осмотического эффекта, который иногда может приводить к вакуолизации, наблюдаемой в культивируемых in vitro клетках.
Диаграмма, показывающая, как протонирование слабых оснований, таких как хлорохин, в кислой среде окружение лизосомы приводит к захвату ионов или накоплению слабого основания в лизосоме. Бафиломицин подавляет это улавливание за счет своего действия на V-АТФазу, которая обычно подкисляет лизосомы. Когда одно из этих лекарств применяется совместно с бафиломицином A1, действие бафиломицина A1 предотвращает закисление лизосомы, предотвращая явление захвата ионов в этом отсеке. Поскольку лизосома не может подкисляться, лизосомотропные препараты не протонируются и впоследствии не захватываются лизосомами в присутствии бафиломицина. Кроме того, когда клетки предварительно загружают лизосомотропными препаратами in vitro, а затем обрабатывают бафиломицином, бафиломицин действует, высвобождая катионное соединение из его накопления в лизосоме.
Предварительная обработка клеток бафиломицином перед введением катионного препарата может изменить кинетика катионного соединения. В анализе сократимости кролика бафиломицин использовали для предварительной обработки изолированной аорты кролика. Липофильный агент ксилометазолин, агонист альфа-адренорецепторов, проявлял повышенный эффект при введении после лечения бафиломицином. При использовании бафиломицина наблюдалось более быстрое сокращение и расслабление аорты, поскольку бафиломицин предотвращал захват ионов ксилометазолина в лизосомах. Без предварительной обработки бафиломицином функциональная V-АТФаза превращает лизосомы в резервуар для ксилометазолина, замедляя его влияние на сократимость.
Как лизосомотропный препарат, хлорохин обычно накапливается в лизосомы нарушают их функцию деградации, ингибируют аутофагию и вызывают апоптоз через Bax-зависимые механизмы. Однако в культивируемых зернистых нейронах мозжечка (CGN) низкая обработка бафилломицином в концентрации 1 нМ снижала индуцированный хлорохином апоптоз, не влияя на ингибирование хлорохином аутофагии. Точный механизм этой защиты неизвестен, хотя предполагается, что он находится ниже слияния аутофагосомы и лизосомы, но выше индукции апоптоза Bax.
Было показано, что бафиломицин усиливает эффект таксола в снижении уровней матриксной металлопротеиназы (ММП) за счет снижения митохондриальной защитной роли Bcl-xL. Кроме того, было обнаружено, что в устойчивых к цисплатину клетках экспрессия V-АТФазы увеличивалась, и совместная обработка бафиломицина с цисплатином повышала чувствительность этих клеток к цитотоксичности, индуцированной цисплатином. Также было показано, что бафиломицин увеличивает эффективность ингибиторов EGFR в противораковых применениях.
