Los ciclótidos son pequeños péptidos ricos en disulfuro aislados de plantas. [1] Por lo general contienen 28-37 aminoácidos , se caracterizan por su estructura de péptidos ciclados de cabeza a cola y la disposición entrelazada de sus tres enlaces disulfuro . Estas características combinadas se han denominado motivo de nudo de cistina cíclica (CCK). Hasta la fecha, se han aislado y caracterizado más de 100 ciclótidos de especies de las familias Rubiaceae , Violaceae y Cucurbitaceae . También se han identificado ciclótidos en familias de importancia agrícola como las Fabaceae.y Poaceae. [2] [3] [4]
Familia de ciclotidos | ||||||||
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Identificadores | ||||||||
Símbolo | Ciclotida | |||||||
Pfam | PF03784 | |||||||
InterPro | IPR005535 | |||||||
PROSITE | PDOC51052 | |||||||
SCOP2 | 1kal / SCOPe / SUPFAM | |||||||
Superfamilia OPM | 112 | |||||||
Proteína OPM | 1nb1 | |||||||
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Estructura
Los ciclótidos tienen una estructura tridimensional bien definida debido a sus enlaces disulfuro entrelazados y su estructura cíclica de péptidos . Los bucles de la columna vertebral y los residuos seleccionados están etiquetados en la estructura para ayudar a la orientación. La secuencia de aminoácidos (representación de aminoácidos de una sola letra) para este péptido se indica en el diagrama de secuencia a la derecha. Una de las características interesantes de los péptidos cíclicos es que el conocimiento de la secuencia del péptido no revela la cabeza y la cola ancestrales; Para ello se requiere el conocimiento de la secuencia genética . [5] En el caso de kalata B1, los aminoácidos de glicina (G) y asparagina (N) indicados son los residuos terminales que están unidos en un enlace peptídico para ciclar el péptido.
Función biológica
Se ha informado que los ciclótidos tienen una amplia gama de actividades biológicas, que incluyen actividades anti- VIH , insecticidas , antitumorales , antiincrustantes, antimicrobianas , hemolíticas , antagonismo de neurotensina , inhibición de tripsina y uterotónicas . [7] [8] [9] La capacidad de inducir contracciones uterinas fue lo que motivó el descubrimiento inicial de kalata B1. [10]
La potente actividad insecticida de los ciclótidos kalata B1 y kalata B2 ha impulsado la creencia de que los ciclótidos actúan como agentes de defensa del huésped de la planta. Las observaciones de que pueden estar presentes docenas o más de ciclótidos en una sola planta y la arquitectura de ciclótidos comprende un núcleo conservado en el que se muestra una serie de bucles hipervariables sugieren que los ciclótidos pueden apuntar a muchas plagas / patógenos simultáneamente. [11]
Secuencias de aminoácidos
El análisis del conjunto de ciclótidos conocidos revela muchas similitudes de secuencia que son importantes para comprender sus propiedades físico-químicas , bioactividades y homología únicas .
Los ciclótidos se dividen en dos subfamilias estructurales principales. Las ciclótidas de Moebius, las menos comunes de las dos, contienen una cis-prolina en el bucle 5 que induce una torsión local de 180 ° en la columna vertebral (por lo tanto, comparándola con una tira de Möbius ), mientras que las ciclótidas de pulsera no lo hacen. Hay una variación menor en las secuencias dentro de estas subfamilias que entre ellas. Una tercera subfamilia de ciclótidos son los inhibidores de tripsina y son más homólogos a una familia de inhibidores de tripsina no cíclicos de plantas de calabaza conocidas como nudos o nudos inhibidores de cistina [12] que a los otros ciclótidos.
Es conveniente discutir las secuencias en términos de los segmentos del esqueleto, o bucles, entre sucesivos residuos de cisteína . Los seis residuos de cisteína se conservan absolutamente en todo el conjunto de ciclótidos y presumiblemente contribuyen a preservar el motivo CCK. Aunque las cisteínas parecen esenciales para mantener el pliegue general, se cree que varios otros residuos altamente conservados en los ciclótidos proporcionan estabilidad adicional. [13]
A lo largo de los ciclotidos conocidos, el bucle 1 es el más conservado. Aparte de los seis residuos de cisteína, los residuos de ácido glutámico y serina / treonina del bucle 1 son los únicos residuos que tienen una identidad del 100% en las subfamilias de brazalete y Möbius. Además, el residuo restante de este bucle exhibe solo un cambio conservador, es decir, glicina / alanina . Se cree que este bucle juega un papel importante en la estabilización de la estructura de los ciclótidos a través del enlace de hidrógeno con los residuos de los bucles 3 y 5.
Los bucles 2-6 también tienen características altamente conservadas, incluida la presencia ubicua de un solo aminoácido en el bucle 4 que probablemente esté involucrado en el enlace de hidrógeno de la cadena lateral a la cadena lateral. Otros residuos conservados incluyen un residuo que contiene hidroxilo en el bucle 3, un residuo de glicina en la posición final del bucle 3, un residuo básico y un residuo de prolina en la penúltima posición en el bucle 5 de la pulsera y los ciclótidos de Möbius respectivamente, y una asparagina (u ocasionalmente ácido aspártico ) residuo en el punto de ciclación putativo [5] [6] [14] en el bucle 6. Es interesante notar que no solo ciertos residuos están altamente conservados, sino que también lo están la columna vertebral y los ángulos de la cadena lateral.
Con programas de cribado recientes que sugieren que el número de secuencias de ciclótidos puede llegar pronto a miles, [15] se ha desarrollado una base de datos, CyBase , que ofrece la oportunidad de comparar secuencias y datos de actividad de ciclótidos. Varias otras familias de proteínas circulares se conocen en bacterias, plantas y animales y también se incluyen en CyBase. [dieciséis]
Biosíntesis
Las plantas son una rica fuente de péptidos cíclicos sintetizados ribosómicamente y modificados postraduccionalmente. Entre estos, los ciclótidos son productos codificados por genes generados mediante el procesamiento de una proteína precursora más grande . [5] El gen para el primer precursor de este tipo es Oak1 (Oldenlandia affinis kalata clon número 1), que se demostró que es responsable de la síntesis de kalata B1. [6] La configuración genérica de la proteína precursora consiste en una secuencia señal del retículo endoplásmico , una prorregión no conservada, una región altamente conservada conocida como repetición N-terminal (NTR), el dominio ciclotídico maduro y, finalmente, un hidrofóbico corto. Cola C-terminal . El dominio ciclotídico puede contener una secuencia ciclotídica, como en el caso de Oak1 , o múltiples copias separadas por secuencias NTR adicionales como se ve para Oak2 y Oak4 . En las proteínas precursoras que contienen múltiples dominios ciclotídicos, estas pueden ser todas secuencias idénticas, como es el caso de Oak4 , o pueden ser ciclótidos diferentes como en Oak2, que contiene secuencias correspondientes a kalata B3 y B6. [17]
Recientemente, se ha aislado de la planta medicinal Clitoria ternatea la enzima responsable de la ciclación del esqueleto de los ciclótidos . Esta enzima se denominó butelasa 1 de acuerdo con el nombre local de la planta (Bunga Telang Ligase). Se ha demostrado que la butelasa 1 cicla el precursor lineal de kalata B1 con un rendimiento> 95% a una tasa notable de 5,42 × 10 5 M −1 s −1 . La ligasa también cicla varios péptidos bioactivos de origen animal, tales como el péptido antimicrobiano humano histatina, la conotoxina de caracol cono y el péptido antimicrobiano de insectos tanatina. [18]
Aplicaciones
La notable estabilidad de los ciclótidos significa que tienen una interesante gama de aplicaciones potenciales centradas en sus actividades biológicas intrínsecas o en la posibilidad de usar el motivo CCK como un andamio para estabilizar epítopos biológicamente activos . [19] El interés en estos se ha intensificado recientemente con las publicaciones de una metodología química capaz de producir ciclótidos sintéticamente con altos rendimientos, [20] [21] y la aptitud del marco CCK para sustituciones de aminoácidos. [22] Pero para que las moléculas sean útiles en un entorno terapéutico, requieren características biofarmacéuticas útiles como la resistencia a la proteólisis y la permeabilidad de la membrana. El área de superficie interactiva con la membrana y el momento de los ciclótidos son determinantes en la predicción de sus actividades biológicas. [23] Un estudio reciente sobre proteínas relacionadas del nudo de cistina como candidatos a fármacos mostró que los nudos de cistina penetran bien a través de la mucosa del intestino delgado de rata en comparación con los fármacos peptídicos que no son de cistina, como la insulina y la bacitracina . [24] Además, la digestión enzimática de los fármacos peptídicos del nudo de cistina se asoció con sólo unas pocas proteasas y se sugirió que esta limitación puede superarse mediante la mutación de sitios de escisión particulares. Por tanto, ciertas proteínas de nudo de cistina satisfacen los criterios básicos para la administración de fármacos y representan nuevos candidatos interesantes como andamios para la administración de fármacos peptídicos. [24] La diversa gama de actividades intrínsecas de los ciclótidos también sigue siendo prometedora para una amplia gama de aplicaciones en los campos agrícolas contra insectos y nematodos, especialmente los de Clitoria ternatea . [25] [26]
Historia
Durante una misión de socorro de la Cruz Roja en la República Democrática del Congo durante la década de 1960, un médico noruego, Lorents Gran, señaló que durante el trabajo de parto las mujeres africanas usaban un té medicinal elaborado con las hojas de la planta Oldenlandia affinis para inducir el parto y facilitar el parto. [28] Más tarde se determinó que el ingrediente activo era un péptido, llamado kalata B1, después del nombre tradicional de la medicina nativa, kalata-kalata . Aunque los estudios in vivo en ratas confirmaron la actividad uterotónica del péptido purificado, pasaron otros 20 años antes de que se aclararan el motivo del nudo de cistina cíclica y la estructura del péptido purificado. [29]
Ver también
- Péptidos antimicrobianos
- Péptidos cíclicos
Referencias
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enlaces externos
- Cybase