Tyrocidine - Tyrocidine

Tyrocidine
Tyrocidine A.svg
Tyrocidine 3D.png
Des noms
Nom IUPAC
3-(( 3S , 6R , 9S , 12S , 15S ,

18 S ,21 S ,24 S ,27 R ,32a S ) -9-(2-amino-2-oxoéthyl)- 21-(3-aminopropyl)- 3,6,27-tribenzyl-15- (4-hydroxybenzyl )-24-isobutyl-18-isopropyl-1,4,7,10,13,16,19,22,25,28- décaoxodotriacontahydropyrrolo[1,2-a] [1,4,7,10,13,16 ,19,22,25,28] décaazacyclotriacontin-

12-yl)propanamide
Identifiants
CID PubChem
UNII
Propriétés
C 66 H 87 N 13 O 13
Masse molaire 1270.47628
Sauf indication contraire, les données sont données pour les matériaux dans leur état standard (à 25 °C [77 °F], 100 kPa).
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Références de l'infobox

La tyrocidine est un mélange de décapeptides cycliques produits par la bactérie Bacillus brevis présente dans le sol. Il peut être composé de 4 séquences d'acides aminés différentes, donnant la tyrocidine A–D (voir figure 1). La tyrocidine est le constituant majeur de la tyrothricine , qui contient également de la gramicidine . La tyrocidine a été le premier antibiotique disponible dans le commerce, mais s'est avérée toxique pour le sang humain et les cellules reproductrices. On pense que la fonction de la tyrocidine au sein de son hôte B. brevis est la régulation de la sporulation .

Figure 1 : a) Séquence d'acides aminés de la tyrocidine A. b) Changements de séquence pour les 4 types de tyrocidine.

Les tyrocidines A, B et C sont des décapeptides cycliques. La biosynthèse de la tyrocidine fait intervenir trois enzymes. Certaines parties de sa séquence sont identiques à la gramicidine S.

Histoire

En 1939, le microbiologiste américain René Dubos découvre le microbe du sol Bacillus brevis . Il a observé la capacité du microbe à décomposer la capsule de la bactérie pneumocoque , la rendant inoffensive. À partir du microbe du sol B. brevis , il a isolé la tyrothricine , qui présentait une toxicité élevée pour un large éventail de bactéries. La tyrothricine s'est avérée plus tard être un mélange des peptides gramicidine et tyrocidine. Ceux-ci ont été observés pour avoir des effets toxiques sur les globules rouges et les cellules reproductrices chez l'homme, cependant, si elle est appliquée à l'extérieur comme une pommade, la tyrocidine pourrait également être utilisée comme un agent antimicrobien puissant. La découverte de Dubos a contribué à raviver l'intérêt pour la recherche sur la pénicilline .

Mécanisme d'action

La tyrocidine a un mode d'action unique dans lequel elle perturbe la fonction de la membrane cellulaire, ce qui en fait une cible favorable pour l'ingénierie des dérivés. La tyrocidine semble perturber la bicouche lipidique de la membrane interne d'un microbe en imprégnant la phase lipidique de la membrane. L'affinité et la localisation exactes de la tyrocidine dans la bicouche phospholipidique ne sont pas encore connues.

Biosynthèse

La biosynthèse de la tyrocidine est similaire à celle de la gramicidine S et est réalisée grâce à l'utilisation de protéines synthétases non ribosomiques (NRPS). Sa biosynthèse se fait via un assemblage enzymatique constitué de 3 protéines peptide synthétase, TycA, TycB et TycC, qui contiennent 10 modules. Les différents analogues de la tyrocidine (A–D) ne sont pas produits par différentes enzymes, mais plutôt par un système enzymatique capable d'incorporer différents acides aminés de similarité structurelle à des sites spécifiés. La séquence d'acides aminés est déterminée par l'organisation de l'enzyme et non par une matrice d'ARN.

Figure 2 : L'opéron tyrocidine

Les tyrocidine synthétases TycA, TycB et TycC sont codées sur l'opéron tyrocidine. Il s'agit des trois gènes codant pour les trois synthétases ainsi que de trois cadres de lecture ouverts (ORF) supplémentaires . Ces ORF, étiquetés TycD, TycE et TycF sont en aval des trois gènes de synthétase (voir figure 2). TycD et TycE présentent la plus grande similitude avec les membres de la famille des transporteurs de cassettes de liaison à l' ATP (ABC) qui facilitent le transport des substrats à travers une membrane. Il a été suggéré que les transporteurs en tandem jouent un rôle en conférant une résistance à la cellule productrice par le biais de la sécrétion de tyrocidine. TycF a été identifié comme une thioestérase (TE) et est similaire à d'autres TE dans les opérons bactériens utilisés pour coder les peptides synthétases. Cependant, la fonction précise de ces ET reste inconnue. La taille des peptides synthétases correspond à la quantité d'activation qu'elles réalisent. TycA est le plus petit et active un seul acide aminé d'un module, TycB est de taille intermédiaire et active 3 acides aminés avec 3 modules, et TycC est le plus grand et active 6 acides aminés avec 6 modules (voir figure 3).

Figure 3 : Modules et domaines pour la biosynthèse de la tyrocidine

Chaque module effectue toutes les réactions catalytiques nécessaires pour incorporer un seul acide aminé sur la chaîne peptidique. Ceci est accompli à travers les sous-domaines pour l'adénylation (A), la protéine porteuse peptityle (PCP), la condensation (C) et, selon la position des acides aminés, une épimérisation (E). Le sous-domaine d'adénylation est utilisé pour activer l'acide aminé spécifique. Chaque module utilise une molécule de l'acide aminé substrat sélectionné avec une molécule d' ATP pour donner un complexe enzymatique d'adénylate d'aminoacyl et de pyrophosphate. L'acide aminé activé peut ensuite être transféré à l'enzyme liée à la 4'- phosphopantéthéine de la protéine porteuse avec l'expulsion de l' AMP du système. La protéine porteuse utilise le groupe prothétique 4'-phosphopantéthéine pour le chargement du peptide en croissance et de leurs précurseurs monomères. L'allongement de la chaîne peptidique est obtenu par condensation du PCP en amont sur un monomère adjacent lié au PCP en aval. Dans certains domaines, vous trouverez des sous-domaines de modification, tels que le sous-domaine E vu dans les domaines 1 et 4 dans la tyrocidine, qui généreront l'acide aminé D-configuré. Sur le dernier module se trouve le domaine TE utilisé comme catalyseur pour la cyclisation ou la libération du produit. La libération du produit de la protéine porteuse est réalisée par acylation de la sérine du site actif de TE dans laquelle le décapeptide est transféré de l'éther thiolé au résidu sérine. La désacylation peut alors se produire par cyclisation intramoléculaire ou par hydrolyse pour donner respectivement le produit cyclique ou linéaire (voir figure 4).

Figure 4 : Réaction de cyclisation proposée catalysée par la thioestérase

Dans le cas de la tyrocidine, la fermeture du cycle s'est avérée très favorable en raison des liaisons 4 H aidant le squelette décapeptide à adopter une conformation stable (voir figure 5). Cette cyclisation intramoléculaire se produit de manière tête-bêche impliquant l'extrémité N-terminale du D- Phe1 et l'extrémité C-terminale du L- Leu10 (voir figure 4).

Figure 5 : Liaison hydrogène illustrant les effets stabilisants de la cyclisation

Stratégies chimioenzymatiques

Il n'existe pas de solution biochimique générale pour la macrocyclisation d'une chaîne peptidique. Les domaines TE isolés de la tyrocidine (Tyc) peuvent être utilisés pour cycliser des substrats peptidyl-thioester dérivés chimiquement, offrant une voie puissante vers de nouveaux composés cycliques. Pour que cette macrocyclisation se produise, la chaîne peptidique doit être activée à son extrémité C-terminale avec un groupe partant N- acétylcystéamine (SNAC) . Un balayage à l' alanine à travers les 10 positions de la tyrocidine montre que seuls les D- Phe et L- Orn sont nécessaires pour une cyclisation suffisante.

Tyc TE peut également être utilisé de manière biomimétique dans laquelle il imite l'environnement créé par le domaine TE avec le PCP du substrat grâce à l'utilisation d'une attache synthétique liée à une résine amide de polyéthylène glycol (PEG). L'utilisation de cette résine liée à un substrat souhaité avec du TE isolé peut permettre une libération catalytique de la résine ainsi qu'une macrocyclisation du substrat (voir figure 6). L'utilisation de la synthèse peptidique en phase solide (SPPS) a permis l'incorporation d'un large éventail de monomères dans la chaîne peptidique. Des études ultérieures ont utilisé la haute tolérance de Tyc TE afin de modifier le squelette peptidique de manière post-synthétique. Cela a également permis d'incorporer la glycosylation des résidus de tyrosine ou de sérine. L'utilisation de ces méthodes a conduit à de nombreux nouveaux agents thérapeutiques prometteurs.

Figure 6 : Synthèse de macrocycles biomimétique.

Les références

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Liens externes