Studie zeigt, dass die Biosynthese von Arzneimittelvorläufern von der trägervermittelten Ringbildung abhängt

Der gesamte Biosyntheseweg von Actinopyridazon wurde enthüllt und zeigt, dass ein beispielloser, durch Trägerproteine ​​vermittelter Ringbildungsschritt der Schlüssel zu seiner Synthese ist.

Stickstoff-Stickstoff-Bindungen enthaltende zyklische Verbindungen wie Pyrazol, Triazol, Pyridazin und viele andere sind wichtige Bausteine ​​für eine Vielzahl natürlicher und synthetischer medizinischer Verbindungen. Die Biosynthese einiger dieser Verbindungen hängt von der Bildung von Stickstoff-Stickstoff-Einfachbindungen (NN) zwischen Aminosäuren ab. Allerdings sind die Mechanismen, durch die eine Vielfalt an Verbindungen möglich ist, kaum verstanden.

Kenichi Matsuda und Professor Toshiyuki Wakimoto von der Universität Hokkaido leiteten ein Team, das den Biosyntheseweg von Actinopyridazinon untersuchte, einer zyklischen Verbindung mit N-N-Bindungen, die ein wichtiges Gerüst für synthetische Arzneimittel darstellt. Ihre Ergebnisse wurden in der Zeitschrift veröffentlicht Angewandte Chemie Internationale Ausgabe.

„Actinopyridazinon wird von Streptomyces produziert, einer Bakteriengattung, aus der die meisten Antibiotika natürlichen Ursprungs stammen“, erklärt Wakimoto. „Es ist die erste natürliche Verbindung, von der bekannt ist, dass sie einen Dihydropyridazinon-Ring besitzt. Dieser Ring wird auch als ‚Wunderkern‘ bezeichnet, da er als Vorstufe für eine Vielzahl von Arzneimitteln ausführlich untersucht wurde.“

In früheren Arbeiten identifizierte das Team mithilfe der Bioinformatik eine Gruppe von Gensequenzen, die möglicherweise an der Biosynthese von Naturstoffen mit N-N-Bindungen beteiligt sind, und entdeckte anhand dieser Genomsequenzen die neuartige Verbindungsklasse namens Actinopyradizone. Mit einer Reihe genetischer und biochemischer Experimente konnten sie auch die ersten Schritte auf dem Weg aufdecken; In dieser Studie konzentrierten sie sich darauf, zu verstehen, wie der Dihydropyridazonring gebildet wird.

Der Gencluster apy ist der biosynthetische Gencluster, der mit der Actinopyradizon-Synthese verbunden ist. Es enthält 17 potenzielle Gene; Knockout-Studien zeigten, dass zehn davon – apy1, apy2, apy3, apy4, apy6, apy8, apy9, apy10, apy11 und apy13 – für die Actinopyradizon-Synthese notwendig waren. Biochemische Analysen der Knockouts ermöglichten dem Team den Schluss, dass Apy3, eine AMP-abhängige Synthetase/Ligase, Apy4, eine Serinhydrolase, und Apy6, eine Trägerprotein-Rhodanese-Fusion, die Schlüsselproteine ​​waren, die für die Bildung des Dihydropyridazonrings verantwortlich waren.

„Apy6 fungiert als Trägermolekül; und Apy3 lädt die Zwischenverbindung auf Apy6“, sagt Matsuda. „Apy4 katalysiert dann die Entfernung einer Acetylgruppe (–COCH3); das resultierende Molekül ist instabil und reagiert spontan unter Bildung eines Dihydropyridazon-Rings. Das bemerkenswerteste Merkmal der Actinopyridazon-Biosynthese ist die beispiellose Trägerprotein-vermittelte Maschinerie für die Dihydropyridazinon-Bildung.“

Matsuda sagte, dass diese Studie die erste Beschreibung des Biosynthesewegs für Actinopyradizon sei und erst die zweite Studie, die über die enzymabhängige Biosynthese einer Ringstruktur mit N-N-Bindung berichtet. Die erste Verbindung dieser Art ist Piperazinsäure, deren Biosynthesewege völlig unabhängig voneinander sind; Daher hat diese Studie auch hervorgehoben, dass die Biosynthesewege von N-N-Bindungen enthaltenden zyklischen Verbindungen sehr vielfältig sind.