シクロタイド

シクロタイドファミリー
原型シクロチドカラタ B1 の構造と配列
識別子
シンボル	シクロタイド
パム	PF03784
インタープロ	著作権
プロサイト	PDOC51052
SCOP2	1kal / スコープ / SUPFAM
OPMスーパーファミリー	112
OPMタンパク質	1nb1
利用可能なタンパク質構造: パム   構造 / ECOD   ＰＤＢ RCSB PDB; PDBe; PDBj PDBサム 構造の概要

生化学において、シクロチドは植物から単離された小さなジスルフィドに富むペプチドである。 ^[1] 通常、28〜37個のアミノ酸を含み、頭尾の環状ペプチド骨格と3つのジスルフィド結合の連結配置によって特徴付けられる。これらの複合的な特徴は、環状シスチンノット（CCK）モチーフと呼ばれている。現在までに、アカネ科、スミレ科、ウリ科の種から100を超えるシクロチドが単離され、特徴付けられている。シクロチドは、マメ科やイネ科などの農業上重要な科でも同定されている。^{[2] [3] [4]}

シクロチドは、連結したジスルフィド結合と環状ペプチド骨格により、明確な3次元構造を持っています。骨格ループと選択された残基は、方向をわかりやすくするために構造上にラベル付けされています。このペプチドのアミノ酸配列（一文字アミノ酸表記）は、右の配列図に示されています。環状ペプチドの興味深い特徴の1つは、ペプチド配列を知っていても祖先の頭部と尾部が明らかにならないことです。これには遺伝子配列の知識が必要です。^[5] カラタB1の場合、示されているグリシン（G）とアスパラギン（N）アミノ酸は、ペプチドを環状化するためにペプチド結合で連結されている末端残基です。

シクロチドは、抗HIV、殺虫、抗腫瘍、防汚、抗菌、溶血、ニューロテンシン拮抗、トリプシン阻害、子宮収縮作用など、幅広い生物学的活性を持つことが報告されている。^{[7] [8] [9]}子宮収縮 を誘発する能力が、カラタB1の最初の発見を促した。^[10]

シクロチドのカラタB1とカラタB2の強力な殺虫活性は、シクロチドが植物の宿主防御剤として作用すると信じられるようになった。1つの植物に数十以上のシクロチドが存在する可能性があり、シクロチドの構造は一連の超可変ループが表される保存されたコアで構成されているという観察は、シクロチドが同時に多くの害虫/病原体を標的にできる可能性があることを示唆している。^[11]

既知のシクロチド群の分析により、それらの固有の物理化学的特性、生物活性、相同性を理解する上で重要な多くの配列類似性が明らかになりました。

シクロチドは、主に2つの構造サブファミリーに分類されます。2つのうちあまり一般的ではないメビウスシクロチドは、ループ5にシスプロリンを含み、局所的に180°バックボーンのねじれを引き起こします（そのため、メビウスの帯に似ています）が、ブレスレットシクロチドにはそれがありません。これらのサブファミリー内の配列の変異は、サブファミリー間よりも小さいです。シクロチドの3番目のサブファミリーはトリプシンインヒビターであり、他のシクロチドよりも、ノッチンまたはインヒビターシスチンノット^[12]として知られるカボチャ植物由来の非環状トリプシンインヒビターのファミリーとの相同性が高いです。

連続するシステイン残基間のバックボーンセグメント、またはループの観点から配列を議論すると便利です。6つのシステイン残基はシクロチドスイート全体で完全に保存されており、おそらくCCKモチーフの保存に寄与しています。システインは全体的なフォールドを維持するために不可欠であるように見えますが、シクロチドで高度に保存されている他のいくつかの残基が追加の安定性を提供すると考えられています。^[13]

既知のシクロチド全体を通じて、ループ 1 は最も保存されています。6 つのシステイン残基を除けば、ループ 1 のグルタミン酸とセリン/スレオニン残基は、ブレスレット サブファミリーとメビウス サブファミリー全体で 100% の同一性を持つ唯一の残基です。さらに、このループの残りの残基は、グリシン/アラニンという保存的変化のみを示しています。このループは、ループ 3 と 5 の残基との 水素結合を通じてシクロチド構造を安定化する上で重要な役割を果たしていると考えられています。

ループ2～6も高度に保存された特徴を持っており、ループ4には側鎖間の水素結合に関与していると思われるアミノ酸が1つだけ遍在している。その他の保存された残基には、ループ3のヒドロキシル含有残基、ループ3の最終位置のグリシン残基、ブレスレットサイクロチドとメビウスサイクロチドのループ5の最後から2番目の位置にある塩基残基とプロリン残基、ループ6の推定環化^{[5] [6] [14]点にある}アスパラギン（または時折アスパラギン酸）残基がある。特定の残基が高度に保存されているだけでなく、バ​​ックボーンと側鎖の角度も同様に保存されていることは興味深い。

最近のスクリーニングプログラムでは、シクロチド配列の数がまもなく数千に達する可能性があることが示唆されており、^[15]シクロチドの配列と活性データの比較の機会を提供するデータベース、CyBaseが開発されました。細菌、植物、動物には他のいくつかの環状タンパク質ファミリーが知られており、それらもCyBaseに含まれています。^[16]

植物は、リボソームで合成され、翻訳後に修飾された環状ペプチドの豊富な供給源です。これらのうち、シクロチドは、より大きな前駆体タンパク質の処理によって生成される遺伝子コードされた産物です。^[5] 最初のそのような前駆体の遺伝子はOak1（Oldenlandia affinis kalataクローン番号1）であり、kalata B1の合成に関与することが示されました。^[6] 前駆体タンパク質の一般的な構成は、小胞体シグナル配列、非保存的プロ領域、N末端リピート（NTR）として知られる高度に保存された領域、成熟したシクロチドドメイン、最後に短い疎水性C末端テールで構成されています。シクロチドドメインには、 Oak1の場合のように1つのシクロチド配列が含まれる場合もあれば、 Oak2やOak4に見られるように追加のNTR配列で区切られた複数のコピーが含まれる場合もあります。複数のシクロチドドメインを含む前駆体タンパク質では、これらはすべてOak4の場合のように同一の配列である場合もあれば、カラタB3およびB6に対応する配列を含むOak2のように異なるシクロチドである場合もあります。^[17]

最近、シクロチドの骨格環化を担う酵素が薬用植物のClitoria ternateaから単離された。この酵素は、植物の現地名（Bunga Telang Ligase）にちなんでブテラーゼ1と名付けられた。ブテラーゼ1は、カラタB1の線状前駆体を、5.42×10 ⁵ M ⁻¹ s ⁻¹という驚異的な速度で、95%を超える収率で環化することが示されている。このリガーゼは、ヒト抗菌ペプチドヒスタチン、イモガイ由来のコノトキシン、昆虫抗菌ペプチドタナチンなど、動物由来のさまざまな生理活性ペプチドも環化する。^[18]

シクロチドの驚くべき安定性は、その固有の生物学的活性、または生物学的に活性なエピトープを安定化するための足場としてCCKモチーフを使用する可能性を中心に、刺激的な潜在的用途の範囲があることを意味します。^[19] シクロチドを高収率で合成できる化学的方法論の発表、^{[20] [21]}およびCCKフレームワークのアミノ酸置換に対する適合性により、これらへの関心が最近高まっています。^{[22]しかし、分子が治療の場で有用であるためには、}タンパク質分解 に対する耐性や膜透過性などの有用なバイオ医薬品特性が必要です。シクロチドの膜相互作用表面積とモーメントは、その生物学的活性を予測する決定要因です。^[23]薬剤候補としての関連シスチンノットタンパク質に関する最近の研究では、シスチンノットはインスリンやバシトラシンなどの非シスチンノットペプチド薬剤に比べてラットの小腸粘膜をよく透過することが示された。^[24]さらに、シスチンノットペプチド薬剤の酵素消化は少数のプロテアーゼとのみ関連付けられており、この制限は特定の切断部位を変異させることで克服できる可能性があることが示唆された。このように、特定のシスチンノットタンパク質は薬剤送達の基本基準を満たし、ペプチド薬剤送達の足場として刺激的な新しい候補となっている。^{[24]シクロチドの多様な固有活性は、特に}Clitoria ternatea 由来の昆虫や線虫に対する農業分野での幅広い用途にも期待が寄せられている。^{[25] [26]}

1960年代にコンゴ民主共和国で赤十字の救援活動を行っていた際、ノルウェー人医師のロレンツ・グランは、アフリカの女性たちが陣痛時にオルデンランディア・アフィニスという植物の葉から作った薬用茶を陣痛を誘発し出産を容易にするために飲んでいたことに気づきました。^[28] 有効成分は後に環状ペプチドであることが判明し、このお茶の伝統的な名前であるカラタカラタにちなんでカラタB1と名付けられました。ラットを使った生体内研究では精製ペプチドの子宮収縮作用が確認されましたが、環状シスチンノットモチーフと精製ペプチドの構造が解明されるまでにはさらに20年かかりました。^[29]

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