Как растение луносемянник производит противораковое соединение

Исследователи из Whitehead Institute в лаборатории Цзин-Кэ Вэна раскрыли, как растения семейства Menispermaceae (луносемянниковые) производят галогенированное соединение акутумин, обладающее противораковыми свойствами.

Значение акутумина

  • Акутумин — одно из немногих галогенированных соединений, производимых растениями (в данном случае с атомом хлора).
  • Галогенированные соединения важны в фармацевтике: 20% лекарственных препаратов содержат галогены.
  • Химический синтез акутумина сложен и дорог: 10 мг стоят около $2000.

Поиск ключевого фермента

Ученые исследовали три вида растений:

  1. Канадский луносемянник (Menispermum canadense) — производит акутумин.
  2. Китайский луносемянник (Sinomenium acutum) — производит акутумин.
  3. Стефания японская (Stephania japonica) — не производит акутумин (контрольный образец).

Используя масс-спектрометрию, они обнаружили, что в корнях канадского луносемянника содержание акутумина особенно высоко.

Открытие фермента

  • Проанализировав экспрессию РНК, исследователи обнаружили в корнях канадского луносемянника высокоактивный ген McDAH (M. canadense dechloroacutumine halogenase).
  • В китайском луносемяннике нашли аналогичный белок SaDAH (совпадение 99.1%). В стефании такой белок отсутствовал.
  • Лабораторные тесты подтвердили, что McDAH — это первый обнаруженный у растений фермент класса Fe(II)/2-оксоглутарат-зависимых галогеназ (2ODH).
  • Фермент высокоспецифичен: он присоединяет хлор только к своему природному субстрату — дехлороакутумину, игнорируя другие алкалоиды (кодеин, берберин).
  • Ключевая особенность фермента — замена аспарагиновой кислоты на глицин в активном центре.

Неожиданная способность

При тестировании с различными анионами фермент проявил уникальную активность:

  • Он не реагировал с бромом или диоксидом азота.
  • Он катализировал реакцию с азидом (N3), создавая азидированное соединение.
  • Это делает его первым известным природным азидирующим ферментом, что открывает возможности для использования в клик-химии.

Перспективы

Открытие ферментов McDAH и SaDAH расширяет «биокаталитический инструментарий» для:

  1. Создания новых ферментов для разработки лекарств.
  2. Модификации природных соединений растений путем присоединения атомов галогенов для получения веществ с новой или усиленной биологической активностью.