Parteneriatul dintre bureți și limacșii de mare descoperă o moleculă anticancerigenă rară
Un limacș de mare și prada sa, un burete, au dezvăluit o moleculă rară cu proprietăți anticancerigene, având o structură hexaciclică neobișnuită, oferind indicii noi despre modul în care chimia marină ar putea inspira cadre mai stabile pentru medicamentele anticancer.
Într-un studiu recent publicat în jurnalul Communications Chemistry, un grup de cercetători a identificat, caracterizat și investigat biosinteza unei noi alcaloide marine, jorumycidine, și a evaluat potențialul său anticancerigen.
Multe medicamente anticancerigene sunt inspirate de compuși naturali, iar noii candidați pentru medicamente sunt identificați în medii marine, în special prin relații simbiotice între specii oceanice.
Varietatea de molecule chimice produse de moluște marine și microbii lor simbiotici le oferă apărare chimică împotriva prădătorilor și stresurilor de mediu. Printre moleculele identificate, alcaloizii bis-tetrahidroisoquinoline s-au dovedit a fi foarte activi împotriva celulelor canceroase; totuși, puține informații există cu privire la mecanismele care stau la baza biosintezei lor.
Înțelegerea acestor procese biosintetice și structurale ar putea conduce la identificarea unor candidați pentru medicamente mai stabile și eficiente. Astfel, este necesară o investigație suplimentară asupra căilor biosintetice ale acestor medicamente și utilizărilor lor terapeutice potențiale.
Studiul a fost realizat folosind specimene de moluscă marină Jorunna funebris și buretele asociat din specia Haliclona, colectate de pe insula Koh Tao din sudul Thailandei, în Golful Thailandei.
Compușii izolați din aceste mostre au fost procesați prin extracție cu solvent organic, urmată de purificare utilizând cromatografie cu gel de silice și cromatografie lichidă de înaltă performanță cu fază inversă.
Spectroscopia de rezonanță magnetică nucleară și spectrometria de masă de înaltă rezoluție au fost utilizate pentru a caracteriza compușii, iar compoziția și caracteristicile structurale ale acestora au fost determinate folosind datele obținute din ambele tehnici.
Pentru a investiga distribuția metabolitului, a fost utilizată cromatografia lichidă-spectrometria de masă combinată cu spectrometria de masă tandem, folosind filtrarea fragmentării diagnostice. Aceasta a permis identificarea și compararea compușilor înrudiți între cele două organisme.
Analizele bioinformatice au fost realizate pentru a examina clusterul de gene biosintetice renieramycin folosind instrumente de aliniere a secvențelor și metode filogenetice pentru a identifica domeniile enzimatice funcționale.
Structurile compușilor au fost determinate prin spectroscopia de efect Overhauser nuclear, dichrozism circular electronic și modelare computațională. Compușii au fost testați pentru citotoxicitate împotriva celulelor de melanom uman, cancer mamar și mielom multiplu.
Viabilitatea celulară pentru fiecare dintre compuși a fost determinată utilizând teste standard (de exemplu, sulforhodamina B și 3-(4,5-dimetil-tiazol-2-il)-5-(3-carboximetoxifenil)-2-(4-sulfofenil)-2H-tetrazolium (MTS)), din care au fost calculate valorile concentrației inhibitorii half-maximale (IC50) pentru fiecare compus. Toate experimentele au fost realizate în triplicat pentru a asigura reproducibilitatea și acuratețea.
Studiul a identificat un compus nou numit jorumycidine, un alcaloid bis-tetrahidroisoquinoline cu o structură hexaciclică fără precedent. Spre deosebire de compușii cunoscuți anterior în această clasă, jorumycidine conține un inel oxazolidin, ceea ce îl face unic din punct de vedere structural.
Analizele spectroscopice și de masă au confirmat compoziția sa moleculară și au dezvăluit caracteristici consistente cu două inele de chinonă și multiple grupuri funcționale esențiale pentru activitatea biologică.
Printr-o analiză metabolomică comparativă, s-a constatat că molusca și buretele împărtășesc metaboliți care sunt distribuiți diferit. Buretele a produs în principal derivate de renieramycin și a conținut, de asemenea, jorumycidine, în timp ce molusca conținea derivate atât de renieramycin, cât și de jorumycin.
Acest model este consistent cu posibilitatea că a avut loc un relay metabolic între cele două organisme și că compușii ingerați de moluscă din burete au fost ulterior modificați chimic sau enzimatic în țesuturile sale. Totuși, studiul nu a demonstrat direct această transformare enzimatică, iar explicații alternative nu pot fi excluse. Jorumycidine a fost confirmat a fi prezent în ambele organisme.
Clusterul de gene a fost reanalizat și identificat ca un sistem hibrid de sintază peptidică nonribozomală-sintază de poliketide implicat în biosinteza acestor compuși. Au fost identificate domenii enzimatice specifice care facilitează pași cheie, cum ar fi ciclizarea și incorporarea blocurilor de construcție.
Formarea inelului oxazolidin a fost propusă a implica reacții intramoleculare după modificarea moleculelor precursor, reprezentând un mecanism biosintetic anterior nerecunoscut, deși autorii au menționat că scenarii mecanistice alternative rămân posibile.
Studiile stereochimice au confirmat stereochimia relativă și absolută a jorumycidinei, esențială pentru activitatea biologică. Modelarea computațională a susținut aceste rezultate, arătând o concordanță puternică cu datele experimentale.
Prin testarea biologică, s-a determinat că jorumycidine are un efect anticancerigen puternic, în special împotriva celulelor de mielom multiplu, cu o concentrație inhibitorie half-maximală de 13,8 nanomolari. Activitatea jorumycidinei este mai mare decât cea a jorumycin sau renieramycin E, iar compușii analogi au arătat o activitate mai mică din cauza absenței anumitor grupuri funcționale, sprijinind astfel rolul caracteristicilor structurale specifice în această activitate.
Această cercetare evidențiază descoperirea jorumycidinei, un alcaloid derivat din mediu marin cu un potențial anticancerigen puternic. Cadrele sale hexaciclice și grupurile funcționale stabilizate oferă avantaje în comparație cu compușii anterior cunoscuți, abordând limitările legate de instabilitatea chimică.
De asemenea, studiul a adus dovezi noi despre modul în care interacțiunile chimice dintre organismele marine contribuie la crearea de molecule bioactive noi prin utilizarea unor căi biosintetice similare sau modificate.
