Лиганд-связывающие характеристики CYP51 Mycobacterium tuberculosis в отношении стероидных соединений из морских организмов

Карпуть Е. Ю.; Капустина И. И.; Табакмахер К. М.; Макарьева Т. Н.; Кича А. А.; Иванчина Н. В.; Дмитренок П. С.; Калужский Л. А.; Гилеп А. Н.

Лиганд-связывающие характеристики CYP51 Mycobacterium tuberculosis в отношении стероидных соединений из морских организмов

Карпуть Е. Ю., Капустина И. И., Табакмахер К. М., Макарьева Т. Н., Кича А. А., Иванчина Н. В., Дмитренок П. С., Калужский Л. А., Гилеп А. Н.

2024

https://doi.org/10.29235/1561-8331-2024-60-3-235-245

Стероид-14α-деметилазы CYP51 – представители крупного суперсемейства ферментов цитохромов Р450, обнаруженные во всех царствах живых организмов и катализирующие реакцию 14α-деметилирования ряда природных стероидов, включая ланостерин, обтузифолиол и 24,25-дигидроланостерин. CYP51 являются важными компонентами цепи биосинтеза стероидов у эукариот и по этой причине представляют одну из основных мишеней противогрибковой терапии. Ген, гомологичный стероид-14α-деметилазе CYP51, также обнаружен в геноме Mycobacterium tuberculosis. При этом у M. tuberculosis отсутствует путь de novo биосинтеза стероидов. Консервативность CYP51 среди представителей рода Mycobacterium и колокализация в геноме с 3Fe-4S ферредоксином Rv0763c, который поддерживает его каталитическую активность in vitro, могут косвенно указывать на участие CYP51 в важном для микобактерий биохимическом процессе. С целью установления специфичности активного центра MTCYP51 в отношении различных соединений изопреноидной природы нами получен высокоочищенный белковый препарат MTCYP51 и с помощью методов спектрофотометрического титрования и поверхностного плазмонного резонанса проведены исследования взаимодействия MTCYP51 со стероидами из морских организмов, полученными в Тихоокеанском институте биоорганической химии Дальневосточного отделения Российской академии наук. Исследованные соединения представляют собой широкий набор эволюционно древних изопреноидов. Результаты показали, что MTCYP51 способен связывать в активном центре разнообразные по структуре производные стероидов. Проведенные исследования позволяют предположить биологическую роль MTCYP51 для патогенных микобактерий, заключающуюся в связывании и возможном метаболизме экзогенных биорегуляторных изопреноидов в условиях in vivo.

Карпуть Е. Ю., Капустина И. И., Табакмахер К. М., Макарьева Т. Н., Кича А. А., Иванчина Н. В., Дмитренок П. С., Калужский Л. А., Гилеп А. Н. Лиганд-связывающие характеристики CYP51 Mycobacterium tuberculosis в отношении стероидных соединений из морских организмов. Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наук. 2024;60(3):235-245. https://doi.org/10.29235/1561-8331-2024-60-3-235-245

Цитирование

Список литературы

1. Global Tuberculosis Report, 2022 / World Health Organization. – Geneva: World Health organization, 2022. – 68 p.

2. Deciphering the biology of Mycobacterium tuberculosis from the complete genome sequence / S. T. Cole [et al.] // Nature. – 1998. – Vol. 393, № 6685. – P. 537–544. https://doi.org/10.1038/31159

3. CYP51-like gene of Mycobacterium tuberculosis actually encodes a P450 similar to eukaryotic CYP51 / Y. Aoyama [et al.] // J. Biochem. – 1998. – Vol. 124, № 4. – P. 694–696. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.jbchem.a022167

4. Characterization and catalytic properties of the sterol 14alpha-demethylase from Mycobacterium tuberculosis / A. Bellamine [et al.] // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 1999. – Vol. 96, № 16. – P. 8937–8942. https://doi.org/10.1073/pnas.96.16.8937

5. Strushkevich, N. Structural basis of human CYP51 inhibition by antifungal azoles / N. Strushkevich, S.A. Usanov, H.-W. Park // J. Mol. Biol. – 2010. – Vol. 397, № 4. – P. 1067–1078. https://doi.org/10.1016/j.jmb.2010.01.075

6. Lamb, D. C. The first virally encoded cytochrome p450 / D.C. Lamb [et al.] // J. Virol. – 2009. – Vol. 83, № 16. – P. 8266–8269. https://doi.org/10.1128/JVI.00289-09

7. Comprehensive essentiality analysis of the Mycobacterium tuberculosis genome via saturating transposon mutagenesis / M. A. DeJesus [et al.] // mBio. – 2017. – Vol. 8, № 1. – P. 1–17. https://doi.org/10.1128/mBio.02133-16

8. Transcriptional adaptation of drug-tolerant Mycobacterium tuberculosis in mice [Electronic Resource] / E. A. Wynn [et al.] // bioRxiv [Preprint]. – 2023, March 08. – Mode of access: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2023.03.06.531356v2. https://doi.org/10.1101/2023.03.06.531356

9. Structural insights into 3Fe–4S ferredoxins diversity in M. tuberculosis highlighted by a first redox complex with P450 / A. Gilep [et al.] // Front. Mol. Biosci. – 2023. – Vol. 9. – P. 1–15. https://doi.org/10.3389/fmolb.2022.1100032

10. X-ray structure of 4, 4′-dihydroxybenzophenone mimicking sterol substrate in the active site of sterol 14α-demethylase (CYP51) / A. N. Eddine [et al.] // J. Biol. Chem. – 2008. – Vol. 283, № 22. – P. 15152–15159. https://doi.org/10.1074/jbc.M801145200

11. Estriol bound and ligand-free structures of sterol 14alpha-demethylase / L. M. Podust [et al.] // Structure. – 2004. – Vol. 12, № 11. – P. 1937–1945. https://doi.org/10.1016/j.str.2004.08.009

12. Human lanosterol 14-alpha demethylase (CYP51A1) Is a putative target for natural flavonoid luteolin 7, 3′-disulfate / L. Kaluzhskiy [et al.] // Molecules. – 2021. – Vol. 26, № 8. – P. 2237. https://doi.org/10.3390/molecules26082237

13. CYP51 from Trypanosoma brucei is obtusifoliol-specific / G. I. Lepesheva [et al.] // Biochemistry. – 2004. – Vol. 43, № 33. – P. 10789–10799. https://doi.org/10.1021/bi048967t

14. Schenkman, J. B. Spectral analyses of cytochromes P450 / J. B. Schenkman, I. Jansson // Methods Mol. Biol. – 2006. – Vol. 320. – P. 11–18. https://doi.org/10.1385/1-59259-998-2:11

15. The structure of Mycobacterium tuberculosis CYP125: molecular basis for cholesterol binding in a P450 needed for host infection / K. J. McLean [et al.] // J. Biol. Chem. – 2009. – Vol. 284, № 51. – P. 35524–35533. https://doi.org/10.1074/jbc.M109.032706

16. Biosynthetic studies of marine lipids. 42. Biosynthesis of steroid and triterpenoid metabolites in the sea cucumber Eupentacta fraudatrix / T. N. Makarieva [et al.] // Steroids. – 1993. – Vol. 58, N 11. – P. 508–517. https://doi.org/10.1016/0039-128x(93)90026-j

17. Cyclic steroid glycosides from the starfish Echinaster luzonicus: Structures and immunomodulatory activities / A. A. Kicha [et al.] // J. Nat. Prod. – 2015. – Vol. 78, N 6. – P. 1397–1405. https://doi.org/10.1021/acs.jnatprod.5b00332

18. Six new polyhydroxysteroidal glycosides, anthenosides S1–S6, from the starfish Anthenea sibogae / A. A. Kicha [et al.] // Chem. Biodiver. – 2018. – Vol. 15, № 3. – P. 1–12. https://doi.org/10.1002/cbdv.201700553

19. Unusual polyhydroxylated steroids from the starfish Anthenoides laevigatus, collected of the coastal waters of Vietnam / A. A. Kicha [et al.] // Molecules. – 2020. – Vol. 25, № 6. – P. 1–12. https://doi.org/10.3390/molecules25061440

20. Granulatosides D, E and other polar steroid compounds from the starfish Choriaster granulatus. Their immunomodulatory activity and cytotoxicity / N. V. Ivanchina [et al.] // Nat. Prod. Res. – 2019. – Vol. 33, № 18. – P. 2623–2630. https://doi.org/10.1080/14786419.2018.1463223

21. Highly hydroxylated steroids of the starfish Archaster typicus from the Vietnamese waters / N. V. Ivanchina [et al.] // Steroids. – 2010. – Vol. 75, № 12. – P. 897–904. https://doi.org/10.1016/j.steroids.2010.05.012

22. Tabakmakher, K. M. New trisulfated steroids from the Vietnamese marine sponge Halichondria vansoesti and their PSA expression and glucose uptake inhibitory activities / K. M. Tabakmakher [et al.] // Mar. Drugs. – 2019. – Vol. 17, № 8. – P. 445. https://doi.org/10.3390/md17080445

23. Biosensor‐surface plasmon resonance methods for quantitative analysis of biomolecular interactions / F. A. Tanious [et al.] // Methods Cell Biol. – 2008. – Vol. 84. – P. 53–77. https://doi.org/10.1016/S0091-679X(07)84003-9

24. Lipschultz, C. A. Experimental design for analysis of complex kinetics using surface plasmon resonance / C. A. Lipschultz, Y. Li, S. Smith-Gill // Methods. – 2000. – Vol. 20, № 3. – P. 310–318. https://doi.org/10.1006/meth.1999.0924

25. Schenkman, J. B. Substrate interaction with cytochrome P-450 / J. B. Schenkman, S. G. Sligar, D. L. Cinti // Pharmacol. Ther. – 1981. – Vol. 12, № 1. – P. 43–71. https://doi.org/10.1016/0163-7258(81)90075-9

26. Podust, L. M. Crystal structure of cytochrome P450 14α-sterol demethylase (CYP51) from Mycobacterium tuberculosis in complex with azole inhibitors / L. M. Podust, T. L. Poulos, M. R. Waterman // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. – 2001. – Vol. 98, № 6. – P. 3068–3073. https://doi.org/10.1073/pnas.061562898

27. Metabolic fate of human immunoactive sterols in Mycobacterium tuberculosis / T. Varaksa [et al.] // J. Mol. Biol. – 2021. – Vol. 433, № 4. – P. 1–16. https://doi.org/10.1016/j.jmb.2020.166763

28. Identification of Mycobacterium tuberculosis enzyme involved in vitamin D and 7-dehydrocholesterol metabolism / A. V. Vasilevskaya [et al.] // J. Steroid Biochem. Mol. Biol. – 2017. – Vol. 169. – P. 202–209. https://doi.org/10.1016/j.jsbmb.2016.05.021

Источник

Информация

Автор

Карпуть Е. Ю. Институт биоорганической химии Национальной академии наук Беларуси
Капустина И. И. Тихоокеанский институт биоорганической химии имени Г. Б. Елякова Дальневосточного отделения Российской академии наук
Табакмахер К. М. Тихоокеанский институт биоорганической химии имени Г. Б. Елякова Дальневосточного отделения Российской академии наук
Макарьева Т. Н. Тихоокеанский институт биоорганической химии имени Г. Б. Елякова Дальневосточного отделения Российской академии наук
Кича А. А. Тихоокеанский институт биоорганической химии имени Г. Б. Елякова Дальневосточного отделения Российской академии наук
Иванчина Н. В. Тихоокеанский институт биоорганической химии имени Г. Б. Елякова Дальневосточного отделения Российской академии наук
Дмитренок П. С. Тихоокеанский институт биоорганической химии имени Г. Б. Елякова Дальневосточного отделения Российской академии наук
Калужский Л. А. Научно-исследовательский институт биомедицинской химии имени В. Н. Ореховича
Гилеп А. Н.

Страницы

235-245

Год издания

2024

Ключевые слова

Коллекции

Известия Национальной академии наук Беларуси. Серия химических наук