«Конструктор» из бактериальных ферментов для синтеза противораковых препаратов

Поликетиды и нерибосомальные пептиды — это семейства вторичных метаболитов, которые нашли применение в медицине (в качестве антибиотиков, противораковых средств и иммуномодуляторов) и сельском хозяйстве (в качестве инсектицидов, гербицидов и фунгицидов). У бактерий эти соединения синтезируются модульными мультиферментами. Их можно было бы использовать для получения препаратов, однако развитие этого подхода ограничено недостаточным пониманием того, как взаимодействуют отдельные модули. Авторы статьи в Nature Communications проанализировали работу мультиферментов, синтезирующих противораковые соединения, в том числе ромидепсин — клинически одобренный препарат против лимфомы. 

Ромидепсин принадлежит к семейству депсипептидов (пептидов со сложной эфирной связью), которые синтезируются грамотрицательными бактериями и ингибируют гистондеацетилазы класса I (HDAC). Их синтез осуществляется модульными мультиферментами и включает слияние консервативного цинксвязывающего фармакофора с вариабельным концевым пептидом. Кластеры генов биосинтеза ромидепсина и некоторых родственных депсипептидов уже выявлены, для части других представителей семейства их только предстоит описать. 

Ученые проанализировали общие характеристики, свойственные кластерам генов биосинтеза ромидепсина и родственных ему депсипептидов. Они предположили, что еще не описанные кластеры будут содержать набор генов, кодирующих ферментный комплекс для сборки консервативного фармакофора, и ген, кодирующий пептидсинтетазу с β-шпилечным доменом докинга (βHD) на N-конце. Поиск генов с такими характеристиками по базе данных antiSMASH выявил 15 вариантов-кандидатов. Авторы выбрали среди них кластер генов биосинтеза у Pseudomonas chlororaphis subsp. piscium — взаимное расположение генов было иным, чем в кластерах синтеза других депсипептидных ингибиторов HDAC.

Более детальный анализ показал, что большинство белков, кодируемых этим кластером, обладают высокой степенью сходства с ферментами синтеза спирухостатина — другого ингибитора HDAC. К ферментам синтеза фармакофора авторы отнесли белки pcdA, B и C. Однако кластер содержал дополнительный ген pcdK, который, судя по сходству с известными субъединицами, участвует в сборке вариабельного пептидного «кэпа». 

Авторы проанализировали взаимодействие очищенных белковых модулей в растворе и смоделировали его с помощью AlphaFold. Они пришли к выводу, что, хотя ферменты содержат два консервативных домена, которые могли бы участвовать во взаимодействии —  βHD на N-конце и короткий линейный мотив на C-конце, — необходим только первый из них, βHD. Он связывается с C-концевым доменом ацилпереносящего белка, другого консервативного компонента комплекса, участвующего в сборке фармакофора. 

Ключевая находка состоит в том, что успешно взаимодействовать могут и неродственные модули — в теории это позволит, например, объединить синтез консервативного фармакофора и вариабельного пептидного кэпа для получения новой молекулы.

Полученные данные могут не только упростить идентификацию новых депсипептидных препаратов, но и лечь в основу рационального дизайна их синтетических аналогов. 

Антимикробные пептиды архей не похожи на аналоги у животных и бактерий