Elucidating the mode of action of gephyronic acid and related compounds inhibiting eukaryotic protein synthesis

Muthukumar, Yazh

Proteinbiosynthese ist ein zentraler, streng regulierter und komplexer Prozess, der eine Reihe von Faktoren und Enzymen einschließt. Während der bakterielle Proteinsynthese-Mechanismus gut verstanden ist, da verschiedene kleine Moleküle als Translationsinhibitoren zur Verfügung stehen, ist das für das eukaryontische Translationssystem nicht der Fall. Es ist deshalb von großem Interesse, niedermolekulare Translationsinhibitoren zu erforschen und ihre Wirkweise aufzuklären. Diese Studie befasst sich mit vier kleinen Molekülen, die mit dem eukaryontischen Translationssystem interagieren, Gephyronsäure A, Des-epoxy-Tedanolid, Myriaporon 3/4 und Aetheramid B. Alle diese Verbindungen hemmen das Wachstum von humanen Krebszelllinien wie KB-3-1 und A 431 im nanomolaren Bereich. Ihre Zytotoxizität ist auf die Translations-hemmenden Eigenschaften zurückzuführen. Hemmtests in vitro und in vivo zeigten, dass die vier Substanzen die Translation mit IC50-Werten hemmen, die im nanomolaren Bereich liegen. Die Phase der Translationshemmung konnte mit Hilfe bicistronischer Vektoren bestimmt werden. Danach hemmen Gephyronsäure A und Aetheramid B die Initiation, Myriaporon 3/4 die Elongation. Des-epoxy-Tedanolid hat Zielproteine in beiden Phasen. Mit Hilfe eines Drug Affinity Responsive Target Stability (DARTS) Ansatzes konnten die Zielproteine von Gephyronsäure und Myriaporon 3/4 identifiziert werden. Die Ergebnisse zeigten, dass Gephyronsäure und Myriaporon direkt am eukaryontischen Initiationsfaktor 2 alpha (eIF2α) bzw. an der eEF2(eukaryontischer Elongationsfaktor 2)-Kinase binden. In beiden Fällen sind es die ersten identifizierten Naturstoffe, die mit diesen Faktoren interagieren. Modellierungsstudien in silico legen nahe, dass die Bindungspartner der für die Wirkung wichtigen Epoxidgruppe der Gephyronsäure Tyr 39 and Glu 14 sind. Die Bindung von Gephyronsäure an eIF2α hemmt wahrscheinlich die Interaktion mit dem Guanidin-Austauschfaktor eIF2B, die für die Umwandlung von eIF2α-GDP zu eIF2α-GTP nötig ist. Mit Immunfluoreszenztechniken konnte an behandelten Zellen gezeigt werden, dass Des-epoxy-Tedanolid die Translation dadurch hemmt, dass es eine Phosphorylierung von eIF2α und eEF2 induziert. Aetheramid B wirkt über eine Dephosphorylierung von 4E-BP, d.h. über den mTOR-Signalweg.

Protein biosynthesis is a vital, tightly regulated and a complex process involving a number of factors and enzymes. While the bacterial protein synthesis machinery is well understood due to the availability of various small molecule inhibitors, this is not true for the eukaryotic translation system. It is therefore of great interest to study small molecule translation inhibitors and elucidate their mode of action. This study involves four small molecules which target the eukaryotic translation system, i) gephyronic acid A, ii) des-epoxy tedanolide, iii) myriaporone 3/4, and iv) aetheramide B. All these compounds inhibit growth of human cancer cell lines like KB-3-1 and A-431 in nanomolar ranges. Their cytotoxicity is attributed to the translation inhibition properties. In vitro and in vivo inhibition assays showed that the four substances inhibited translation with IC50 values in the nanomolar range. Using bicistronic vectors the phase of translation inhibition was assessed. Gephyronic acid A and aetheramide B inhibited the initiation, myriaporone 3/4 the elongation. Des-epoxy tedanolide had targets in both phases. A Drug Affinity Responsive Target Stability (DARTS) approach was used to identify the targets of gephyronic acid and myriaporone 3/4. The results showed that gephyronic acid and myriaporone bind directly to the eukaryotic initiation factor 2 alpha (eIF2α) and the eEF2 (eukaryotic elongation factor 2) kinase, respectively. In both cases they are the first natural compounds identified to target these factors. In silico modelling studies suggested that the important epoxide group of gephyronic acid binds to Tyr 39 and Glu 15. The binding of gephyronic acid to eIF2α probably inhibits eIF2α interaction with the guanidine exchange factor eIF2B required for conversion of eIF2α-GDP to eIF2α-GTP. Using immunofluorescence techniques on treated cells it was shown that des-epoxy tedanolide inhibited translation by inducing the phosphorylation of eIF2α and eEF2. Aetheramide B inhibited translation via dephosphorylation of 4E-BP, i.e. by inhibiting the mTOR pathway.

Vorschau

Zitieren

Zitierform:

Muthukumar, Yazh: Elucidating the mode of action of gephyronic acid and related compounds inhibiting eukaryotic protein synthesis. 2013.

Zugriffsstatistik

Gesamt:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:
12 Monate:
Volltextzugriffe:
Metadatenansicht:

Details anzeigen

Rechte

Nutzung und Vervielfältigung:
Alle Rechte vorbehalten

Export