Brefeldin A

Brefeldin A ist ein Lacton -Antivirenmittel, das vom Pilz Penicillium brefeldianum produziert wird . ^{[ 1 ]} Brefeldin A hemmt den Proteintransport vom endoplasmatischen Retikulum zum Golgi-Apparat indirekt, indem es die Assoziation des COP-I-Hüllproteins ^{[ 2 ]} mit der Golgi - Membran verhindert . Brefeldin A wurde ursprünglich in der Hoffnung isoliert, ein antivirales Medikament zu werden ^{[ 3 ]} , wird heute aber hauptsächlich in der Forschung zur Untersuchung des Proteintransports eingesetzt.

Die Verbindung hat ihren Namen von einer Anamorph - Pilzart der Gattung Penicillium , bekannt als Eupenicillium brefeldianum , obwohl sie in einer Vielzahl von Arten verschiedener Gattungen vorkommt. ^{[ 4 ]} Sie wurde 1958 von V. L. Singleton erstmals aus Penicillium decumbens isoliert und zunächst Decumbin genannt. ^{[ 5 ]} Später wurde sie von H. P. Siggs als Metabolit identifiziert, der 1971 die chemische Struktur der Verbindung aufklärte. ^{[ 5 ]} Seitdem wurden mehrere erfolgreiche Totalsynthesemethoden beschrieben. ^{[ 5 ]} Das Interesse an der Erforschung von Brefeldin A war aufgrund seiner geringen antiviralen Aktivität zunächst gering. ^{[ 5 ]} Die Entdeckung des Wirkmechanismus durch Takatsuki und Tamura im Jahr 1985, der die Störung des Proteintransports beinhaltet, sowie die in bestimmten Krebszelllinien beobachteten zytotoxischen Effekte führten jedoch zu einem erneuten Forschungsschub. ^{[ 5 ]} Derzeit wird es ausschließlich in der Forschung eingesetzt, hauptsächlich als Testinstrument zur Untersuchung der Membrantransport- und Vesikeltransportdynamik zwischen dem endoplasmatischen Retikulum und dem Golgi-Apparat.

Brefeldin A kommt natürlich als weißer bis cremefarbener, kristalliner Feststoff vor. Es bildet beim Auflösen eine klare, farblose Lösung. Es ist ohne Erhitzen in Methanol (10 mg/ml), Ethanol (5 mg/ml), DMSO (20 mg/ml), Aceton und Ethylacetat (1 mg/ml) löslich. ^{[ 6 ]} In Wasser ist es schwerlöslich (schwach mischbar ). ^{[ 6 ]} Es wird im Handel mit einer Reinheit von mindestens 98 % angeboten. ^{[ 6 ]} Es wird empfohlen, es trocken und vor direkter Sonneneinstrahlung geschützt bei −20 °C zu lagern. Die empfohlene Haltbarkeit beträgt 6 Monate als Feststoff und 1 Monat als Lösung bei dicht verschlossener Lagerung bei −20 °C. Da die Verbindung brennbar ist, muss eine Kontamination mit Oxidationsmitteln vermieden werden, um Brandgefahr zu vermeiden. Direkter Kontakt ist ebenfalls zu vermeiden.

In Säugetier- und Hefezellen scheint das Hauptziel von Brefeldin A ein Guaninnukleotid-Austauschfaktor (GEF) namens GBF1 zu sein . ^{[ 7 ]} GBF1 gehört zur Arf-Familie der GEFs, die an die Membranen des Golgi-Apparats rekrutiert werden. ^{[ 8 ]} Er ist für die Regulation der Arf1p- GTPase verantwortlich . ^{[ 8 ]} Dies geschieht durch die Umwandlung der inaktiven, GDP-gebundenen Form von Arf1p in die aktive, GTP-gebundene Form. ^{[ 8 ]} Der Nukleotidaustausch findet an der katalytischen Sec7-Domäne von GBF1 statt. Aktiviertes Arf1p rekrutiert anschließend das Hüllprotein β-COP, eine Untereinheit des COP-I-Komplexes, an Fracht-gebundene Rezeptoren auf der Membran. ^{[ 8 ]} Die Rekrutierung des Hüllproteins ist für die korrekte Vesikelbildung und den Transport notwendig. Brefeldin A hemmt die Funktion von GBF1 reversibel und unkompetitiv, indem es an den Komplex mit GDP-gebundenem Arf1p bindet und dessen Umwandlung in die GTP-gebundene Form verhindert. ^{[ 8 ]} Der Mangel an aktivem Arf1p verhindert die Rekrutierung von Hüllproteinen, was letztendlich aufgrund fehlender Vesikelbildung zur Fusion benachbarter ER- und Golgi-Membranen führt. Dies liegt daran, dass die fehlende Vesikelbildung eine Anreicherung von SNARE-Proteinen im Golgi-Apparat zur Folge hat. Diese Proteine ​​würden normalerweise an Hüllprotein-beschichtete Vesikel binden und mit diesen nach der Abschnürung entfernt werden. ^{[ 9 ]} SNARE-Proteine ​​vermitteln die Membranfusion, und es wird angenommen, dass die beschriebene SNARE-Anreicherung im Golgi-Apparat die Wahrscheinlichkeit einer fehlerhaften Fusion der Golgi-Membran mit der ER-Membran erhöht. ^{[ 9 ]} Der Zusammenbruch des Golgi-Apparats in das ER löst die Aktivierung der Unfolded Protein Response (UPR) (oder ER-Stress ) aus ^{[ 10 ] [ 11 ]} , was zur Apoptose führen kann .

Die toxikologischen Wirkungen von Brefeldin A sind noch nicht umfassend untersucht worden. ^{[ 12 ]} Es wurden einige LD50- _{Werte für Tiere berichtet, darunter 250 mg/kg bei Mäusen (intraperitoneal) und 275 mg/kg bei Ratten (oral).} ^{[ 12 ]} Im Allgemeinen verursachen antibiotische Makrolide mit einem ähnlichen makrozyklischen Lactonring wie Brefeldin A gastrointestinale Beschwerden als häufigste Nebenwirkung. ^{[ 13 ]} Einige Makrolide können allergische Reaktionen hervorrufen , und obwohl diese Möglichkeit im Fall von Brefeldin A selten ist, kann sie derzeit nicht ausgeschlossen werden. ^{[ 13 ]} Die Substanz kann an Hämoglobin binden und die Sauerstoffaufnahme hemmen, was zu Methämoglobinämie , einer Form des Sauerstoffmangels, führen kann; dies ist jedoch nicht bestätigt. ^{[ 13 ]} Brefeldin A gilt bei direktem Haut- oder Augenkontakt außer vorübergehender Reizung als unbedenklich. ^{[ 13 ]} Bei Inhalation kann es zu Reizungen der Atemwege kommen . ^{[ 13 ]}

• Reaktion auf ungefaltete Proteine
• Endoplasmatische Retikulum-Stressreaktion (ER-Stress)

• Klausner RD, Donaldson JG, Lippincott-Schwartz J (März 1992). „Brefeldin A: Einblicke in die Kontrolle des Membrantransports und der Organellenstruktur“ . J. Cell Biol . 116 (5): 1071–80 . doi : 10.1083/jcb.116.5.1071 . PMC  2289364. PMID  1740466 .
• NCI Frederick, Struktur und Daten für Brefeldin A. (Bild)