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7.7.2: 항바이러스 DNA 합성 억제제 - 생물학

7.7.2: 항바이러스 DNA 합성 억제제 - 생물학


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바이러스 복제 동안 DNA 합성을 억제하는 것은 바이러스 감염과 싸우는 또 다른 핵심 접근 방식입니다.

학습 목표

  • 항바이러스성 DNA 합성 억제제의 작용 기전을 검토하고 이러한 억제제의 유형을 인식합니다.

키 포인트

  • acyclovir와 같은 약물은 다음 뉴클레오타이드의 추가에 필요한 유리 3' 그룹이 없는 뉴클레오사이드 유사체입니다. 성장하는 DNA 사슬에 추가되면 합성이 중단됩니다.
  • 또 다른 약물인 foscarnet은 피로인산염을 모방하고 바이러스 DNA 중합효소의 활성을 비활성화합니다.
  • 이 두 약물 그룹에 대해 내성이 생길 수 있습니다.

핵심 용어

  • CMV 망막염: CMV에 의한 눈 망막의 염증. 실명으로 이어질 수 있습니다.

바이러스 복제 동안 DNA 합성을 억제하는 것은 바이러스 감염과 싸우는 또 다른 접근 방식입니다.

이 접근법에 사용되는 가장 일반적인 전략은 뉴클레오사이드의 구조를 모방하는 분자를 사용하는 것입니다. 유사성은 새로 합성된 DNA 사슬에 통합될 만큼 충분히 좋습니다. 그러나 뉴클레오사이드 유사체에는 다음 뉴클레오타이드의 추가에 필요한 자유 3' 말단이 없습니다. 이것은 다음 뉴클레오티드의 통합을 방지하고 DNA 사슬의 연장을 종료합니다.

설명된 메커니즘과 함께 작동하는 가장 자주 사용되는 항바이러스 약물 중 하나는 구아노신 유사체인 아시클로비르(아시클로비르)입니다. 단순 포진 바이러스 감염(1형 및 2형)과 수두 및 대상포진을 치료하는 데 사용됩니다. 캐리비안 스펀지에서 분리된 뉴클레오사이드를 기반으로 설계되었습니다. 투여 후, 분자는 바이러스 및 숙주 세포 키나제에 의한 인산화에 의해 활성화되고 생성된 뉴클레오티드는 새로 합성된 DNA에 통합되어 조기 사슬 종결을 초래합니다. 이 약물은 세포 독성이 매우 낮고 내성이 낮습니다.

뉴클레오시드 유사체이기도 하고 작용 방식이 동일한 다른 약물은 간시클로비르(2'-데옥시-구아노신의 합성 유사체) 및 비다라빈(아데노신 유사체)입니다. 그러나 두 약물 모두 acyclovir보다 독성이 더 강하고 부작용이 더 심각합니다.

DNA 합성 억제제인 ​​또 다른 유형의 약물은 foscarnet입니다. 이는 피로인산염을 모방하고 DNA 중합효소의 활성을 비활성화합니다. 이 억제제는 인간 중합효소를 억제하는 데 필요한 것보다 훨씬 낮은 용량으로 바이러스 DNA 중합효소에 대해 활성입니다. 이 약은 acyclovir 및 ganciclovir nucleoside analogue chemical에 내성이 있는 경우에 사용한다. 또한 거대세포바이러스 감염(CMV) 및 특히 CMV 망막염을 치료하는 데 사용됩니다.

DNA 합성을 표적으로 하는 또 다른 항바이러스 약물은 일반적으로 하이드록시우레아라고 하는 하이드록시카바마이드입니다. Hydroxycarbamide는 HIV/AIDS에 대한 항레트로바이러스 약물로 사용될 수 있습니다. 하이드록시카바마이드의 메커니즘은 데옥시리보뉴클레오타이드의 생산 감소를 기반으로 하는 것으로 생각됩니다. 따라서 DNA 합성을 억제합니다. Hydroxycarbamide는 효소 리보뉴클레오티드 환원효소를 억제하는 것으로 생각됩니다.


역전사효소 억제제

역전사효소 억제제는 레트로바이러스인 HIV에 대해 활성입니다. 약물은 바이러스 HIV 역전사효소의 가역적 억제에 의해 RNA 바이러스 복제를 억제합니다. 이 역전사효소는 바이러스 RNA를 DNA로 역전사하여 숙주 DNA 서열에 삽입합니다(그림 51.6 참조). nucleos(t)ide 역전사효소 억제제(NRTI)는 세포 키나제에 의해 5'-삼인산 형태로 2단계 인산화에 의해 활성화됩니다. 바이러스 복제의 억제는 천연의 5'-deoxynucleoside triphosphate 대신에 효소-주형-프라이머 복합체에 활성화된 약물의 경쟁적 결합에 의해 달성됩니다. 약물은 다음 뉴클레오티드와 포스포디에스테르 결합의 정상적인 형성에 필요한 데옥시리보스 부분에 3'-히드록실 그룹이 없기 때문에 추가 DNA 사슬 연장을 종료합니다.

뉴클레오사이드 역전사효소 억제제는 바이러스에 의해 시작된 DNA 전사에 관여하는 천연 퓨린 및 피리미딘 전구체의 유사체입니다. 지도부딘은 티미딘의 유사체, 엠트리시타빈과 라미부딘은 시티딘의 유사체, 아바카비르는 데옥시구아노신의 유사체입니다. 테노포비르 디소프록실은 활성화를 위해 이인산화만 필요한 아데노신의 뉴클레오티드 유사체인 테노포비어로 전환된 전구약물이지만 그렇지 않으면 뉴클레오시드 유사체의 작용 메커니즘을 공유합니다.


민족 의학 지혜

아나냐 다스 마하파트라, . Debprasad Chattopadhyay, 식물 의학에 대한 새로운 시각, 2019년

3.7 식물 유래 항바이러스제의 작용 기전

자가포식에 의한 바이러스 억제

많은 전통 약초에서 발견되는 펜타갈로일글루코스는 항염증, 항암, 항산화 및 항바이러스 효과를 포함한 여러 생체 활성을 나타냅니다. HSV-1 비리온을 삼키는 자가포식소체의 유도에 의해 HSV-1에 대해 효과적인 것으로 나타났습니다(Pei et al., 2011). 트리테르펜 글리시리진산(triterpene glycyrrhizic acid), Glycyrrhiza glabra, 또한 자가포식을 촉진하여 HSV에 효과적이었습니다(Laconi et al., 2014).

바이러스 복제 억제

Oximacro로 알려진 크랜베리 ​​추출물과 그 정제된 성분인 프로안토시아니딘이 HSV-1 및 HSV-2 복제를 억제할 수 있다고 보고되었습니다. 시험관 내 바이러스 외피 당단백질 gD 및 gB를 표적으로 하여 바이러스 흡착을 방지합니다(Terlizzi et al., 2016). 디클로로메탄 추출물 안젤리카 대천사 L. 과일은 바이러스 복제를 억제하여 HSV-1에 대한 잠재적인 항바이러스제입니다(Rajtar et al., 2017). 그림 3.1은 천연 화합물이 다양한 바이러스에 대해 효과적인 것으로 보고된 다양한 작용 기전을 보여줍니다. 포도와 같은 특정 식품의 천연 성분인 레스베라트롤은 바이러스 복제를 억제하여 HSV-1 병변 형성을 제한하는 것으로 나타났습니다(Docherty et al., 2005). 자작나무 껍질에서 분리된 5환형 트리테르펜(베툴라 종) 유라시아 및 북미의 추출물은 HSV-1, 특히 HSV의 아시클로비르 민감성 및 아시클로비르 내성 임상 분리주를 억제할 수 있습니다(Heidary Navid et al., 2014). 황산화 다당류 카이살피니아 페레아 바이러스 흡착, 침투 후 단계 및 바이러스 단백질 합성과 함께 폴리오바이러스 복제를 억제할 수 있습니다(Lopes et al., 2013). 태국 전통 약용 식물에서 정제한 옥시레스베라트롤 아르토카푸스 라쿠차, HSV-1에 감염된 마우스에서 바이러스 DNA 복제의 초기 및 후기 단계를 억제함으로써 치료 효과를 갖는 것으로 나타났습니다. 대두 유래 이소플라보노이드의 항HSV 효과는 바이러스 DNA 복제 억제로 인한 것으로 보고되었습니다(Argenta et al., 2018).

ROS 생성에 의한 바이러스 억제

올리고머 스틸베노이드, 다음을 포함한 일부 식물의 폴리페놀 파이토알렉신 대마초 사티바 ROS를 생성하여 바이러스 성장을 억제합니다(Chen et al., 2012).

바이러스 유전자 발현의 변화

다양한 식물에서 추출한 베헤닐 알코올(탄소 22개 포화 지방 알코올)인 n-도코사놀은 전통적으로 화장품 및 영양 보조제에서 피부 연화제, 유화제 및 증점제로 사용되어 구순포진과 HSV의 즉각적인 초기 유전자 발현을 억제합니다( Treister 및 우, 2010).

바이러스 진입 억제

붉은 해조류의 황산화 갈락탄 김노공루스 그리피스시아에 그리고 크립토네미아 크레눌라타 HSV-1 및 HIV-2의 유입을 억제하는 것으로 보고되었습니다(Talarico et al., 2004). 박하수아베올렌스 에센셜 오일과 그 주성분인 산화피페리테논은 바이러스 흡착을 억제하여 항HSV 활성을 나타냅니다( Civitelli et al., 2014). 또한, 피페리테논 옥사이드로부터 박하 롱기폴리아 바이러스 복제에 이용되는 숙주 세포의 산화환원 민감성 세포 경로를 방해하여 바이러스 성장과 증식을 억제할 수 있습니다. 페퍼민트 오일의 살균 효과가 있는 반면, 박하 피페리타 HSV에 대한 바이러스 흡착은 페퍼민트 오일과 숙주 세포 표면의 바이러스 흡착의 상호 작용으로 인해 바이러스가 감염을 설정하기 위해 숙주 세포로 들어가는 것을 방지할 수 있습니다(Schuhmacher et al., 2003).

바이러스 방출 방해

태국 약용 식물 던바리아벨라 평원 HSV 방출을 방해합니다(Akanitapichat et al., 2006).


B형 간염 바이러스 감염의 분자생물학

인간 B형 간염 바이러스(HBV)는 간의 주요 세포인 간세포를 생산적으로 감염시키고 말단 중복 바이러스 RNA인 프리게놈의 역전사에 의해 복제하는 작은 DNA 바이러스 패밀리의 원형입니다. 감염 시 원형의 부분적으로 이중 가닥의 비리온 DNA는 핵에서 공유적으로 닫힌 원형 DNA(cccDNA)로 변환되어 바이러스 mRNA 합성의 주형인 미니염색체로 조립됩니다. 간세포의 감염은 비세포변성입니다. 간의 감염은 감염을 제거하는 숙주 면역 반응의 능력에 따라 일시적(<6개월) 또는 만성 및 평생일 수 있습니다. 만성 감염은 간경변 및 간세포 암종(HCC)으로 진행되는 면역 매개 간 손상을 유발할 수 있습니다. 발암 기전은 불분명하다. 바이러스 DNA 합성의 뉴클레오시드 유사체 억제제를 사용한 항바이러스 요법은 후유증을 지연시키지만 간세포에서 cccDNA가 지속되기 때문에 HBV 감염을 치료할 수 없습니다.

키워드: B형 간염 바이러스 병인 복제.

Copyright © 2015 Elsevier Inc. 판권 소유.

피규어

그림 1. 게놈 구조, 유전자 및 mRNA…

그림 1. B형 간염 바이러스의 게놈 구조, 유전자 및 mRNA

이완된 원형 DNA 게놈…

바이러스 DNA 합성에 중요한 역할을 하는 11개의 염기 직접 반복. 마이너스 가닥 합성은 pregenomic RNA의 역전사 동안 생성된 짧은 말단 중복성을 나타냅니다(그림 2).


핵산 가닥은 5′ → 3′ 방향으로 성장합니다.

세포 및 바이러스의 모든 RNA 및 DNA 합성은 5′(인산염) 말단에서 3′(하이드록실) 말단까지 동일한 화학적 방향으로 진행됩니다(그림 4-13 참조). 핵산 사슬은 리보뉴클레오사이드 또는 데옥시리보뉴클레오사이드의 5′ 트리포스페이트에서 조립됩니다. 가닥 성장은 에너지적으로 불리하지만 삼인산에서 이용 가능한 에너지에 의해 주도됩니다. 들어오는 뉴클레오티드의 α 인산염은 이전 잔기의 리보스(또는 디옥시리보스)의 3′ 수산기에 부착하여 포스포디에스테르 결합을 형성하여 피로인산(PP)을 방출합니다.NS). 반응의 평형은 PP의 절단을 촉매하는 피로포스파타제에 의해 사슬 연장을 향해 더욱 추진됩니다.NS 두 분자의 무기 인산염으로 전환됩니다(표 2-7 참조).


결과 및 논의

화학

원하는 생성물을 얻기 위해 구성된 합성 경로는 반응식 1과 반응식 2에 예시되어 있고, 반응식 3은 벤질 중간체를 합성하는 데 사용되는 합성 경로를 보여줍니다. 4-(5,6-디클로로-1(2)시간-벤조[NS][1,2,3]트리아졸-1-일)아닐린 중간체(13 그리고 15) 이전에 설명된 절차에 따라 합성되었습니다(Carta et al., 2007). 디아실디클로라이드(14a-NS) 및 1-(클로로메틸)-4-니트로벤젠 시약은 상업적으로 구입했습니다(Sigma-Aldrich). 설계된 모든 비스-벤조트리아졸-디카르복사미드 유도체는 상응하는 벤조트리아졸-아닐린(13,15 그리고 16�) 적절한 디아실 디클로라이드(14a-g) 에 엔,엔-트리에틸아민(TEA) 존재 하에 디메틸포름아미드(DMF). 이러한 합성 경로는 원하는 화합물인 비스-벤조트리아졸-디카르복사미드를 제공했습니다(3a-g, 5e-g, 7a-g, 8a-g, 9a-g) 및 상응하는 일치환된 산성 유도체(4a-d,NS, 6f, 10a-g, 11a-g, 12a-d,f) 이차 생성물로서 분리, 정제 및 생물학적 평가를 받았습니다. 비스-벤조트리아졸-디카르복사미드 및 일치환된 산성 유도체는 일반적으로 다양한 비율로 수득되었다. 중간체 1618 적절하게 치환된 벤조트리아졸(1921) 트리에틸아민(TEA)에 대한 염기성 조건에서 1-(클로로메틸)-4-니트로벤젠. 두 이성질체는 5,6-(NS)-1(2)-(4-니트로벤질)-1시간 (2시간)-벤조[NS][1,2,3]트리아졸 혼합물 및 5,6-(NS)-1-(4-니트로벤질)-1시간-벤조[NS][1,2,3]트리아졸(2224) 두 가지 다른 합성 경로에 의해 환원되었습니다. 중간체 16 그리고 17 의 감소에 의해 얻어졌다. 22 그리고 23 각각 히드라진과 탄소에 팔라듐이 에탄올에 존재하는 반면, 18 의 감소로 얻었다. 24 48 h 동안 오토클레이브에서 메틸히드라진과 함께 에탄올에 용해.

반응식 1. 합성 N,N′-비스 [4-(1)시간(2시간)-벤조[NS][1,2,3]트리아졸-1(2)일)페닐]알킬(아릴)디카르복사미드(3a-g 5e-g) 및 4-((4-(5,6-디클로로-1)시간(2시간)-벤조[NS][1,2,3]트리아졸-1(2)-일)페닐)아미노)-4-옥소알킬(아릴)오산(4a-d,f 6f). 1) DMF, TEA, r.t., 3� h.

반응식 2. 합성 N,N′-비스[4-((5,6-NS-1시간-벤조[NS][1,2,3]트리아졸-1-일)메틸)페닐]알킬(아릴)디카르복사미드(7a-NS 8a-NS 9a-NS) 및 4-((4-((5,6-NS-1시간-벤조[NS][1,2,3]트리아졸-1-일)메틸)페닐)아미노)-4-옥소알킬(아릴)오산(10a-NS, 11a-NS 12a-NS,NS). 1) DMF, TEA, r.t., 3� h.

반응식 3. 4-((5,6-의 합성NS-1시간-벤조[NS][1,2,3]트리아졸-1-일)메틸)아닐린(16�). 1) CS2CO3, DMF, 60ଌ for 48 h 2) NH2NH2 (1:20), Pd/C(10% w/w), EtOH, 2 h 동안 80ଌ(화합물을 제공하기 위해 16 그리고 17) 3) 채널3NHNH2 (1:10), EtOH, 오토클레이브에서 48 h 동안 100ଌ(화합물을 제공하기 위해 18).

항바이러스 활성

그림 3에 표시된 모든 56개의 합성 화합물은 항바이러스 활성에 대한 플라크 감소 분석 및 세포 독성에 대한 세포 기반 분석에서 테스트되었습니다. 분석을 위해 선택된 바이러스는 잘 알려진 인간 병원체인 Coxsackievirus B5(CV-B5)와 폴리오바이러스 균주 Sb-1이며, 둘 다 의 과에 속합니다. 피코르나바이러스과. 화합물 세포독성을 3개의 세포주(Vero-76, MDBK, BHK-21)에 대해 평가하였다. 표 1은 항바이러스 활성 결과 및 바이러스 복제를 지원하는 세포주 Vero-76에 대한 해당 세포독성을 나타낸다. 활성 화합물에 대한 결과만 보고됨: 유도체 9a, 9b 비스-벤조트리아졸-디카르복사미드와 4a-NS 일치환된 산성 유도체 중에서. 나머지 파생 상품 결과는 상당히 활성화되지 않았기 때문에 표에 보고되지 않았습니다(EC50 값이 100 µM을 초과함). 9a 테스트된 Picornavirus(EC50 각각 23 및 43 µM 값). 놀랍게도, 2차 생성물로서 수득된 일치환된 유도체는 상응하는 디카르복사미드보다 더 활성인 것으로 밝혀졌다. 화합물 4c CV-B5에 대해 가장 적극적이었습니다. 4a 그리고 4d EC와 함께50 9에서 13 µM 사이의 값. 후자의 2개는 또한 Vero-76 세포주에 대한 세포독성이 불량하거나 전혀 부여되지 않습니다(CC50 90 µM 및 𾄀 µM).

그림 3. 합성 유도체, N,N′-비스 [4-1시간 (2시간)-벤조[NS][1,2,3]트리아졸-1(2)-일)페닐]알킬(아릴)디카르복사미드(계열 3 그리고 5) 그리고 N,N′-비스 [4-1시간-벤조[NS][1,2,3]트리아졸-1-일)(메틸)페닐]알킬(아릴)디카르복사미드(계열 7𠄹). 4-(4-(5,6-디클로로-1시간-벤조[NS][1,2,3]트리아졸-1(2)-일)페닐)아미노)-4-옥소알킬(아릴)오산(계열 4 그리고 6), 4-(4-((5,6-R-1)시간-벤조[NS][1,2,3]트리아졸-1-일)메틸)페닐)아미노)-4-옥소알킬(아릴)오산(계열 10�).

1 번 테이블. 화합물에 대한 항바이러스 활성 및 세포독성 결과 9a, 9b 비스-벤조트리아졸-디카르복사미드와 4a-NS 일치환된 산성 유도체 중에서.

항종양 활성

합성된 모든 화합물은 또한 7개 암 세포주에 대한 항종양 활성에 대해 테스트되었습니다. 이를 위해 인간 백혈병 림프종 유래 세포주 CCRF-CEM, WIL-2NS, CCRF-SB 및 고형 종양 유래 세포주 SK-MEL28, SK-MES 1, DU145, HeLa를 선택하였다. 섬유아세포 CRL 7065 세포주를 대조군으로 사용하였다. 표 2는 가장 유망한 화합물, 유도체의 결과를 보여줍니다 3b, 3d 비스-벤조트리아졸-디카르복사미드 중에서 4d, 9b 일치환된 산성 유도체 중에서. 일반적으로 복합 3b CC를 가진 7개 세포주 중 6개 세포주에서 세포 증식을 감소시키는 활성의 가장 넓은 범위를 보였다50 낮은 마이크로몰 값 범위. 유도체 3d CC가 가장 낮았다50 CCRF-CEM 세포주(70 nM)에 대한 값인 반면, 대부분의 다른 테스트된 세포주에 대해서는 비활성화되었습니다. 일치환된 산성 유도체 중에서, 4d 인간 백혈병 림프종 유래 세포주에 대해 테스트했을 때 활성이 입증되었지만 고형 종양에 대해서는 완전히 불활성화되어 흥미로운 작용 선택성을 입증했습니다. 화합물 9b 테스트한 모든 암세포주에 대해 활성이 밝혀진 것은 광범위한 작용을 입증하지만 매우 낮은 CC를 보여주는 것입니다.50 가치. Dicarboxamides는 CRL 7065 대조 세포주에서 테스트한 일치환 유도체보다 세포 독성이 약간 더 강한 것으로 나타났습니다. 시험된 화합물의 세포독성 선택성을 결정하기 위해 선택성 지수(SI)를 CC의 비율로 계산했습니다.50 비종양 세포 및 CC50 종양 세포의. 고안된 화합물의 비특이적 작용기전 때문에 SI 값은 화합물을 제외하고는 매우 낮았다. 3d. 후자는 CC를 소유50 종양 CCRF-CEM 세포주에 대한 70 nM 및 비-종양 CRL 7065 세포주에 대한 370 nM의 값으로, 결과 SI는 5.3입니다.

표 2. 화합물에 대한 항증식 활성 3b, 3d, 4d, 그리고 9b 인간 백혈병 림프종 유래 세포주 및 고형 종양 유래 세포주에 대해

위에서 언급한 4가지 유망한 화합물(3b, 3d, 4d, 그리고 9b)을 NCI60 인간 종양 세포주 스크리닝(보충 자료의 전체 결과 표)에 적용했습니다. 이번 심사는 국립국어원에서 Institute(NCI, Bethesda, United States)와 60개 인간 종양 세포주 패널에 대한 10 μM 농도의 항암 분석에서 우리 화합물을 평가했습니다. 이 패널은 혈액(백혈병) 종양 및 고형 종양(비소세포성 폐 - NSCL, 결장, 중추신경계 - CNS, 신장, 난소, 유방암 및 전립선암 및 흑색종)을 포함하는 일련의 다양한 암 라인으로 구성됩니다. 시험된 화합물 중에서, 3b 가장 활동 범위가 넓은 것으로 밝혀졌습니다. 분석 결과는 성장 억제 백분율(PGI)로 보고되며 그림 4에 표시된 막대 차트에 그래프로 표시됩니다. 세포주는 암 유형별로 그룹화됩니다. 우리의 납 화합물 3b 60개 세포주 중 29개 세포주에서 50% 이상의 PGI 값을 보여 광범위한 항증식 활성을 입증했습니다. 대부분의 PGI 값이 48에서 81%의 범위에 있기 때문에 유방암에 대해 가장 좋은 점수가 기록되었고 전립선암에 대해(두 세포주에 대한 PGI의 80 및 66% 값) 기록되었습니다. 화합물 3b 난소(OVCAR-8, SK-OV-3), CNS(SF-295, SNB19, SNB75, U251) 및 NSCL(A549/ATCC, HOP-62, NCI-H226, NCI)에 대한 흥미로운 항증식제로 간주될 수 있습니다. -H23, NCI-H460, NCI-H522) 암, 백혈병, 흑색종, 신장 및 결장암 세포의 성장은 유도체 투여에 의해 영향을 덜 받았다. 3b. 후자는 또한 105.56%의 PGI를 나타내는 한 난소암 세포주(OVCAR-4)에 대해 항증식성보다 더 세포독성이 있는 것으로 입증되었습니다.

그림 4. 항증식성 스크리닝 검정: 화합물로 처리된 60개 세포주의 패널에 기록된 성장 억제 백분율(%) 3b 10 μM 농도에서.

아폽토시스 분석

납 화합물 투여 후 세포가 죽는 기전을 조사하기 위해 세포자멸사 분석을 수행했습니다. 데이터 플롯은 Annexin V 및 PI의 정규화된 형광 발현을 사용하여 생성되었습니다(그림 5A𠄼). 강도 분포에 기초하여 미처리 및 처리 조건에서 생존, 조기 세포자멸사, 후기 세포사멸 및 괴사 세포의 백분율을 분석했습니다. 처리되지 않은 세포(대조군)에서 대다수(91.4%)의 세포가 생존할 수 있었고 나머지 세포는 세포사멸 및 괴사 방식으로 사망했습니다(각각 4.4% 및 4.2%)(그림 5A). 화합물 3b 96 h 후에 20 µm 처리된 세포에서 40%의 세포사멸 세포와 7 µm 처리된 세포에서 32%로 용량 의존적 방식으로 세포사멸을 유도했습니다(각각 그림 5B, C). 특히, 도 5D,E는 대부분의 죽은 세포가 초기 세포자멸사 특징을 특징으로 한다는 것을 명확하게 보여주었다.

그림 5. N 1 ,N 5 -비스(4-(5,6-디클로로-1)시간-벤조[NS][1,2,3]트리아졸-1-일)페닐)글루타라마이드(3b) 인간 폐 암종 SK-MES 1 세포에서 세포 사멸을 유도했습니다. PI-아넥신 V 분석을 사용하여 유세포 분석에 의해 살아있는 세포, 세포 사멸 및 괴사 세포의 백분율을 측정했습니다. 점 플롯은 SK-MES1 세포에서 세포 사멸을 보여줍니다: 대조군 (NS), 20 µM 처리된 세포 (NS), 7 µM 처리된 세포 (씨). 살아있는 세포, 사멸 세포 및 괴사 세포의 비율 (D,E). 각 값은 독립적인 실험의 평균 ± SD를 나타냅니다(N = 3).


4가지 중요한 단백질 합성 억제제

많은 물질이 단백질 합성의 다양한 단계의 억제제로 작용하는 것으로 알려져 있습니다. 이들 중에는 한 종류의 미생물에 의해 생산되고 동일하거나 다른 종의 다른 균주에 치명적인 많은 항생제가 포함됩니다.

단백질 합성의 가장 잘 알려진 억제제 중 일부는 표 22-10에 나열되어 있습니다. 이들 억제제의 많은 작용은 매우 특이적이기 때문에 단백질 합성 기전을 단계별로 설명하는 데 매우 유용한 도구임이 입증되었습니다.

1. 원핵 및 진핵 단백질 합성의 억제제:

Aurintricarboocylic acid는 mRNA와 작은 ribosomal subunit의 결합을 방지하여 개시 복합체의 형성을 억제합니다. 개시 억제제는 투여에 따른 지연 효과, 즉 억제제 투여 후 짧은 시간 동안 단백질 합성이 계속되기 때문에 단백질 합성의 다른 단계를 차단하는 억제제와 쉽게 구별됩니다. 영향을 받지 않고 완료될 때까지 성장합니다.

Bacillus brevis에서 분리된 폴리펩티드인 Edeine은 aminoacyl-tRNA와 N-formylmet-tRNA M의 결합을 억제합니다. NS et (원핵 생물에서) 작은 소단위. Fusidic acid는 원핵생물에서 스테로이드계 항생제로 aminoacyl-tRNA가 리보솜에 결합하는 것을 억제하는 반면, 진핵생물에서는 elongation factor와 반응하여 전위를 억제한다.

퓨로마이신은 특정 효과가 결정된 최초의 단백질 합성 억제제 중 하나였습니다. 이 항생제는 aminoacyl-tRNA를 모방하여 단백질 합성에 관여하는 리보솜의 유리 A 부위에 결합합니다. 초기 폴리펩타이드와 퓨로마이신 사이의 결합이 촉매적으로 형성되면 리보솜에서 펩티딜-퓨로마이신이 방출되는데, 이는 더 이상 연장이 불가능하기 때문입니다.

puromycin의 특정 효과는 초기 사슬 길이, 사슬 연장의 동역학 및 다른 항생제의 효과 식별에 대한 연구에 유리하게 사용되었습니다. 테트라사이클린은 아미노아실-tRNA가 작은 소단위체에 결합하는 것을 차단하여 단백질 합성을 억제합니다.

2. 원핵생물에 특정한 억제제:

Chloramphenicol(Chloromycetin)은 원핵생물 리보솜의 큰 소단위체에 결합하여 펩타이드 합성효소의 기능을 방해하여 사슬 연장을 억제합니다. Colicin E3는 작은 소단위체의 기능을 어떤 방식으로 방해함으로써 원핵생물에서 단백질 합성을 억제합니다. Erythromycin은 단백질 합성에 관여하지 않는 리보솜에 결합하여 잠재적인 참여를 방지하지만 초기 사슬을 포함하는 리보솜(즉, 기능하는 폴리솜의 일부인 리보솜)에는 결합하지 않습니다. 스트렙토마이신은 가장 먼저 발견된 항생제 중 하나였으며 특정 화학적 작용이 알려지기 전에 수년 동안 세균 감염에 대한 약제로 사용되었습니다.

스트렙토마이신은 작은 리보솜 소단위의 단백질 S12에 결합하여 N-포르밀메트-tRNA M의 방출을 유발합니다. NS et initiation complexes (따라서 사슬 성장의 시작을 방지) 및 이미 사슬 연장에 관여하는 리보솜에 의한 mRNA 코돈의 오독을 유발합니다.

3. 진핵생물에 특정한 억제제:

아니소마이신은 작은 리보솜 소단위체에 결합할 때 펩티드 결합 형성을 억제하는 스트렙토마이세스에 의해 생성되는 항생제입니다. Cycloheximide는 큰 소단위체에 결합하여 A 부위의 tRNA가 P 부위로 전위되는 것을 방지합니다. 디프테리아 독소(Corynebacterium diphtherial 균주에 의해 생성됨)는 EF-2(트랜스로카제)에 대한 작용을 통해 단백질 합성을 억제합니다. EF-2는 리보솜 결합형과 유리형의 두 가지 형태로 세포에 존재합니다. 디프테리아 독소는 효소적으로 작용하여 유리 EF-2를 변형시켜 인자를 비활성화시킵니다. 리보솜 결합 EF-2는 독소에 의한 비활성화에 민감하지 않습니다.

Pactamydn(Streptomyces 균주에 의해 생산됨)은 유리된 작은 소단위(이미 폴리솜의 일부인 작은 소단위가 아님)에 결합하며, 여기서 met-tRNA j의 결합 및 개시 복합체의 형성을 억제하여 개시를 방지합니다. 리신(피마자유에 존재하는 단백질)의 독성 효과는 거의 한 세기 동안 알려져 왔습니다.

리신은 두 개의 폴리펩타이드 사슬(이황화 다리로 연결됨)으로 구성되며, 그 중 하나는 일단 세포에 통합되면 억제제로 작용합니다. 리신은 큰 소단위체에 작용하여 80 S 개시 복합체의 형성을 방지합니다. 리신과 마찬가지로 불화나트륨은 억제제로 작용하거나 개시 NaF가 mRNA에 대한 큰 소단위의 추가를 차단합니다.

Streptomyces에 의해 생산되는 또 다른 항생제인 Sparsomycin은 aminoacyl-tRNA의 아미노산 부분이 큰 sub-unit에 결합하는 것을 억제하여 펩타이드 합성효소를 차단합니다. THchodermin은 지금까지 폴리펩티드 합성의 종결 단계의 특정 억제제로 확인된 유일한 화합물입니다.

4. 유기 단백질 합성의 억제제:

미토콘드리아 및 엽록체 리보솜에 의한 단백질 합성은 또한 특정 항생제 및 기타 화학 물질에 의해 억제될 수 있습니다. 소기관 단백질 합성의 초기 입증 직후, 원핵생물 단백질 합성의 강력한 억제제인 ​​클로람페니콜은 미토콘드리아와 엽록체 합성을 차단하는 반면, 진핵생물 세포질 리보솜 단백질 합성을 차단하는 시클로헥시미드는 미토콘드리아 및 엽록체 합성에 영향을 미치지 않는 것으로 밝혀졌습니다. .

이러한 관찰은 원핵 세포, 미토콘드리아 및 엽록체가 공통의 진화적 기원을 가지고 있다는 개념에 대한 추가 신빙성을 제공했습니다. 그러나 이제 그림이 훨씬 더 복잡하다는 것이 분명합니다. 예를 들어, 원핵생물 단백질 합성을 억제하는 스트렙토마이신은 효모 세포에서 미토콘드리아 단백질 합성을 억제하지 못합니다.

다른 항생제는 미토콘드리아 단백질 합성을 억제하지만 원핵생물에는 영향을 미치지 않습니다. Erythromycin은 원핵생물, 효모 미토콘드리아 및 엽록체에서 단백질 합성을 억제하지만 포유류 미토콘드리아에서는 단백질 합성을 차단하지 못합니다.

후자의 관찰은 미토콘드리아 단백질 합성의 성질이 진핵생물의 다른 그룹에 따라 다르다는 것을 시사한다. 일반적으로 고등 진핵 생물의 미토콘드리아는 하등 진핵 생물의 미토콘드리아보다 원핵 생물의 단백질 합성 억제제에 더 내성이 있습니다. 엽록체에서 단백질 합성은 원핵 세포에서 이 과정을 차단하는 동일한 약제에 의해 억제됩니다.

특정 억제제에 대한 진핵 세포질 및 미토콘드리아 리보솜의 차등 민감성은 특정 미토콘드리아 단백질의 출처를 조사하는 수단을 제공합니다. Cycloheximide(세포질 억제제) 존재하에서 미토콘드리아 단백질 합성은 미토콘드리아가 단백질의 공급원임을 나타내는 반면, 클로람페니콜 존재하에서 단백질 합성은 미토콘드리아 단백질이 세포질에서 생성된 다음 이동한다는 것을 나타냅니다. 미토콘드리아로.

실험적으로, 이러한 종류의 결정은 방사성 표지된 아미노산과 억제제를 모두 포함하는 배지에서 세포를 배양함으로써 수행됩니다. 미토콘드리아 단백질의 합성은 나중에 미토콘드리아에서 분리된 단백질에 방사능이 나타나는 것으로 나타납니다.

이 접근법을 사용하여 모든 미토콘드리아 리보솜 단백질의 아마도 85~90%가 세포질에서 합성된 다음 미토콘드리아로 유입되어 미토콘드리아 rRNA와 함께 리보솜으로 조립된다는 것을 보여주는 것이 가능했습니다. 효소 시토크롬 산화효소를 구성하는 7개의 폴리펩타이드 중 4개는 세포질에서 합성되고 3개는 미토콘드리아에서 합성됩니다.


COVID-19: 단백질 합성의 바이러스 차단

뮌헨과 울름의 연구원들은 대유행 코로나바이러스 SARS-CoV-2가 감염된 세포에서 단백질 합성을 억제하는 방법을 결정하고 그것이 신체의 선천적 면역 체계를 효과적으로 무력화시키는 것을 보여주었습니다.

그 이름이 비교적 불특정하고 실제로 불투명하지만, 현재 유행성 전염병의 원인이 되는 코로나바이러스 SARS-Cov-2에 의해 암호화된 비구조 단백질 1(Nsp1)은 이제 숙주 세포에 치명적인 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. Nsp1은 실제로 바이러스가 인간 숙주에서 자신의 복제 및 전파를 보장하기 위해 사용하는 중심 무기 중 하나입니다. Nsp1은 거의 20년 전 관련 SARS 코로나바이러스가 발병한 후 감염 세포에서 단백질 합성을 억제하는 것으로 나타났을 때 독성 인자로 확인되었습니다. 이제 뮌헨의 Ludwig-Maximilians-Universitaet(LMU)와 Ulm University Hospital에 기반을 둔 연구원들이 Nsp1을 그렇게 강력하게 만드는 요인을 발견했습니다. 저널에 실린 논문에서 과학, 그들은 단백질의 작용 방식을 자세히 설명합니다.

모든 생물학적 세포에서 단백질 합성 작업은 리보솜으로 알려진 복잡한 분자 기계에 의해 수행됩니다. 리보솜은 단백질 합성의 청사진 역할을 하는 메신저 RNA(mRNA)와 상호작용하며, 각 mRNA의 염기서열을 해당 단백질의 아미노산 서열로 번역한다. 아미노산 서열은 차례로 각 개별 단백질의 모양과 생물학적 기능을 결정합니다. 리보솜은 두 개의 별개의 소단위로 구성되며 Nsp1은 더 작은 소단위인 40S 소단위에 결합합니다. mRNA는 초기에 작은 소단위체에 결합하고, 후자가 60S 소단위체와 상호작용하기 전에 공동을 형성하여 mRNA가 통과하게 됩니다. 새로운 연구는 Nsp1 단백질의 한쪽 끝이 mRNA의 결합을 방지하는 방식으로 40S 서브유닛과 상호작용한다는 것을 보여줍니다. LMU 유전자 센터의 Roland Beckmann 교수와 그의 동료들은 고해상도 저온 전자 현미경의 도움으로 Nsp1이 작은 리보솜 소단위의 특정 주머니에 단단히 결합하고 기능적 리보솜 형성을 억제하는 방법을 3차원적으로 자세히 보여주었습니다. . 추가 실험은 Nsp1이 완전히 조립된 리보솜의 특정 구성 상태와도 상호 작용할 수 있음을 보여주었습니다.

또한, 울름 대학 병원의 Konstantin Sparrer가 이끄는 팀은 단백질 합성의 중단이 바이러스에 대한 신체의 주요 방어선 중 하나의 거의 완전한 붕괴로 이어진다는 것을 보여줄 수 있었습니다. Nsp1은 필수 신호 캐스케이드를 억제하여 선천성 면역 반응을 비활성화합니다. 연구의 저자들은 얻은 통찰력이 새로운 코로나바이러스를 무력화하는 방법을 찾는 것을 가능하게 하고, 따라서 그것이 유발하는 호흡기 질환의 심각성을 완화할 수 있기를 희망합니다. One potential approach, they say, would be to develop a molecule that masks the viral protein's binding site. This should be feasible, since the Nsp1-binding pocket itself appears not to have an essential role in ribosomal function.


COVID-19: Viral shutdown of protein synthesis method found

크레딧: Pixabay/CC0 공개 도메인

Researchers from Munich and Ulm have determined how the pandemic coronavirus SARS-CoV-2 inhibits the synthesis of proteins in infected cells and shown that it effectively disarms the body's innate immune system.

Although its name is relatively unspecific and indeed opaque, the Nonstructural Protein 1 (Nsp1) encoded by the coronavirus SARS-Cov-2, which is responsible for the current pandemic, has now been shown to have a devastating effect on host cells. Nsp1 is in fact one of the central weapons used by the virus to ensure its own replication and propagation in human hosts. Nsp1 was identified as a virulence factor following the outbreak of the related SARS coronavirus nearly 20 years ago, when it was shown to inhibit protein synthesis in infected cells. Now, researchers based at Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) in Munich and Ulm University Hospital have discovered what makes Nsp1 so potent. In a paper which appears in the journal 과학, they describe the protein's mode of action in detail.

In all biological cells, the task of synthesizing proteins is performed by complex molecular machines known as ribosomes. Ribosomes interact with messenger RNAs (mRNAs), which serve as blueprints for protein synthesis, and translate the nucleotide sequence of each mRNA into the amino-acid sequence of the corresponding protein. The amino-acid sequence in turn determines the shape and biological function of each individual protein. Ribosomes consist of two distinct subunits, and Nsp1 binds to the smaller one—the 40S subunit. The mRNA initially binds to the small subunit prior to the latter's interaction with the 60S subunit to form the cavity through which the mRNA is then threaded.

The new study shows that one end of the Nsp1 protein interacts with the 40S subunit in such a way that it prevents binding of the mRNA. With the aid of high-resolution cryo-electron microscopy, Professor Roland Beckmann and his colleagues at the LMU Gene Center have shown in three-dimensional detail how Nsp1 binds tightly to a specific pocket in the small ribosomal subunit and inhibits the formation of functional ribosomes. Further experiments revealed that Nsp1 can also interact with specific configurational states of the fully assembled ribosome.

In addition, the team led by Konstantin Sparrer at Ulm University Hospital was able to show that the shutdown of protein synthesis leads to an almost complete collapse of one of the body's major lines of defense against the virus. Nsp1 inactivates the innate immune response by inhibiting a vital signaling cascade. The authors of the study hope that the insights gained will make it possible to find ways to neutralize the novel coronavirus, and thus mitigate the severity of the respiratory disease that it causes. One potential approach, they say, would be to develop a molecule that masks the viral protein's binding site. This should be feasible, since the Nsp1-binding pocket itself appears not to have an essential role in ribosomal function.


그림 5

Figure 5. Hypothetical binding mode of compound 20 in a ternary complex with DNA and Top1. All distances are measured from heavy atom to heavy atom. The diagram is programmed for wall-eyed (relaxed) viewing. 화합물 20 is shown in pink sticks, and the base pairs are displayed in lines.



코멘트:

  1. Estcott

    작가님 다 쓰는데 시간은 얼마나 걸리나요?

  2. Parkins

    동의합니다, 아주 좋은 메시지

  3. Mochni

    어떤 문구 ... 슈퍼, 훌륭한 아이디어

  4. Jamahl

    What good luck!



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