Vítejte na webu Toxicology - Prof. RNDr. Jiří Patočka, DrSc
Přihlásit se nebo Registrovat Domů  ·  Prof. Patočka  ·  Student ART  ·  Student RA  ·  Student KRT  ·  Doktorand  ·  Fórum  

  Moduly
· Domů
· Archív článků
· Doporučit nás
· Články na internetu
· Fotogalerie
· Poslat článek
· Průzkumy
· Připomínky
· Soubory
· Soukromé zprávy
· Statistiky
· Témata
· Top 10
· Váš účet
· Verze pro PDA
· Vyhledávání

  Skupiny uživatelů
· Prof. Patočka
· Student ART
· Student RA
· Student KRT
· Doktorand

  Kdo je online
V tuto chvíli je 4025 návštěvník(ů) a 0 uživatel(ů) online.

Jste anonymní uživatel. Můžete se zdarma zaregistrovat zde


  Články vlastní: Scytonemin: fotoprotektivní pigment cyanobakterií alias nejrozšířenější opalova
Publikováno: Úterý, 17.10. 2017 - 09:24:27 Od: Prof. Patocka
prof Patočka

Scytonemin: fotoprotektivní pigment cyanobakterií alias

nejrozšířenější opalovací krém sinic

Jiří Patočka

     Scytonemin  je extracelulární pigment, který byl nalezen v cyanobakterii (sinici)  Chlorogloeopsis sp. kmen O-89-Cgs. Scytonemin je fotoprotektivní látka, která chrání sinici před ultrafialovým zářením UV-A (Garcia-Pichel et al., 1992, 1993a). Naměřený faktor ochrany proti slunečnímu záření v jednotlivých buňkách byl 0,3. Fotoprotektivní látka zabránila 3 z 10 fotonů zasáhnout potenciální cytoplazmatické cíle (Garcia-Pichel et al., 1993b). Při posuzování toho, jak je radiační poškození spojeno s buněčným dělením, bylo prokázáno, že scytonemin funguje jako radiační štít i na zastíněných místech (Pentecost, 1993; Ferroni et al., 2010), ale syntéza scytoneminu je iniciována působením světla, stejně jako extrémními podmínkami, v kterých sinice roste (Vítek et al., 2016).



     Když byly zahájeny experimenty s touto látkou, o existenci pigmentu nazývaného scytonemin se vědělo již 100 let, ale jeho struktura byla neznámá, stejně jako jeho úloha u prokaryotů. Když pak byly zahájeny práce na objasnění struktury scytoneminu, zjistilo se, že se jedná o unikátní molekulu, tzv."scytonemanový skelet", který je tvořen kondenzací podjednotek odvozených od tryptofanu a fenylpropanoidu (Sorrels et al., 2009). Spojení mezi těmito jednotkami je jedinečné mezi přírodními produkty. Scytonemin absorbuje světlo ve spektrální oblasti 325-425 nm (UV-A-fialová-modrá, s in vivo maximem při 370 nm). V UV-C (lambda max = 250 nm) a UV-B (280-320 nm) byla také pozorována velká absorpce (Ehling-Schulz et al., 1997). Díky tomu tento pigment poskytuje významnou ochranu sinic proti poškození ultrafialovým zářením (Soule et al., 2007). Pigment se vyskytuje ve všech fylogenetických liniích opláštěných sinic a pravděpodobně představuje UV ochrannou strategii mnohem starší než u rostlinných flavonoidů a živočišných melaninů. Jak se různorodé organismy chrání před UV zářením, je považováno za životně důležité pro globální ekologii (Proteau et al., 1993; Büdel et al., 1997; Garcia-Pichel et al., 1998). Terénní výzkumy prokázaly, že za rozdíly přirozeně se vyskytujících odchylek v obsahu scytoneminů a jejich fotosyntetické schopnosti jsou odpovědné jak genetické, tak i environmentální vlivy (Dillon et al., 2003). Scytonemin hraje významnou ochrannou úlohu v době kdy sinice vyschne a při jejich přežívání v nepříznivých podmínkách (Edwards  et al., 2007; Fleming a Castenholz, 2007; Singh et al., 2011; Mushir a Fatma, 2012). Scytonemin je také důležitá biomolekula, která je syntetizovaná extrémofilními cyanobakteriemi žijícími v extrémních podmínkách suchozemského prostředí a mohla by to být klíčová molekula, kterou budou výzkumníci hledat v budoucích astrobiologických misích při průzkumu a hledání vyhynulého i existujícího života (Varnali et al., 2014a,b). Výzkumy prováděné na Zemi v místech, kde jsou vysoké koncentrace železa v půdě a kde žijí extremofilní mikroorganismy, jsou přípravou pro hledání života na Marsu při budoucích misích na tuto planetu (Varnali a Edwards, 2013).
     Studium látek chránících živé organismy před UV zářením vede k závěrům, že mnohé z těchto látek pravděpodobně mělo jinou fyziologickou funkci a teprve později byly vybrány pro svou účinnost proti UV záření. Rozmanitost ve fyziologických funkcích je jednou z komplikací při studiu těchto sloučenin a při určení skutečného ekologického významu fotoprotektivních pigmentů (Cockell a Knowland, 1999; Hunsucker et al., 2001). Scytonemin není pochopitelně jedinou látkou s fotoprotektivním účinkem (Rezanka et al., 2004), patří sem také např. mycosporinu-podobné aminokyseliny (Singh et al., 2008), ale je látkou snad nejčastěji studovanou a získané informace mají velký teoretický i praktický význam (Dillon et al., 2000, 2003; Gröniger et al., 2000; Sinha et al., 2002; Stevenson et al., 2002b; Keshari a Adhikary, 2013).
    Kolonie cyanobakterií produkující scytonemin se objevují také  pouštích, kde využívají pískovcové kameny jako hostitelské matrice pro podpovrchovou kolonizaci, která je doprovázena zónou vyčerpání železa a transportem sloučenin železa na minerální povrch. Předpokládá se, že v této strategii přežití  může mí význam komplex železo-scytonemin, který by usnadnil pohyb železa v hornině (Varnali a Edwards, 2010).
    V souvislosti se studiem scytoneminu jako UV-fotoprotektivního pigmentu vyvstávají otázky, zda nemá i další biologické aktivity a nemůže hrát i jinou biologickou úlohu v organismech, které chrání před UV-zářením. Má např. antioxidační vlastnosti (Matsui et al., 2012; Wada et al., 2013). Dnes je již dostatečně známo, že mořské přírodní produkty poskytují bohatý zdroj chemické rozmanitosti, který lze použít k navrhování a vývoji nových, potenciálně užitečných terapeutických látek. Studium scytoneminu vedlo k poznatku, že tento pigment izolovaný z cyanobakterií, je prvním popsaným inhibitorem malé molekuly lidské polo-kinázy (PLK), specifické serin/threoninové kinázy, která hraje integrální roli při regulaci přechodu G(2)/M v buněčném cyklu. Scytonemin inhibuje její aktivitu v závislosti na koncentraci s IC50 2 mikroM proti rekombinantnímu enzymu. Biochemická analýza ukázala, že scytonemin snižuje také aktivitu kinázy 1 typu GST. Ačkoli je scytonemin méně účinný proti proteinové kináze A a tyrosin kináze Tie2, inhibuje i další kinázy regulující buněčný cyklus, jako je Myt1, kontrolní kináza 1, cyklin-dependentní kináza 1/cyklin B či protein kináza Cbeta2 s IC50 podobnou hodnotám, které byly pozorovány u PLK1. V souladu s těmito účinky scytonemin účinně zeslabuje účinek růstového faktoru nebo mitogenem indukovanou proliferaci, které se podílejí na zánětlivé hyperproliferaci (Stevenson et al., 2002a). Scytoneminová dimerní struktura, jedinečná mezi přírodními produkty, mohla by být cennou šablonou pro vývoj silnějších a selektivnějších inhibitorů kináz používaných pro léčbu hyperproliferativních poruch. PLK jsou klíčové enzymy, které řídí mitotický vstup proliferujících buněk a regulují mnoho aspektů mitózy nezbytných pro úspěšnou cytokinézu. Ze čtyř známých lidských PLK je PLK1 nejlépe charakterizována a je nadměrně exprimována u mnoha typů nádorů, což často představuje prognostický indikátor špatného výsledku léčby onemocnění. Navzdory skutečnosti, že PLK1 se již řadu let považuje za validovaný cíl pro mitotickou rakovinu, máme dosud velmi málo zpráv o malých molekulách inhibitorech PLK, které by mohly být účinnými léčivy této nemoci (McInnes et al., 2005). PLK1 byla popsána jako multifunkční kináza, která mimo jiné hraje klíčovou regulační roli při sestavování mikrotubulů během počáteční embryonální mitózy u savců (Zhang et al., 2007).
     Cyanobakterie jsou nejslibnější skupinou fotosyntetických mikroorganismů schopných produkovat řadu přírodních průmyslově důležitých produktů. Scytonemin je malá molekula ze skupiny hydrofobních alkaloidních pigmentů, která je přítomná v extracelulárním plášti některých sinic jako ochranný mechanismus proti ultrafialovému ultrafialovému záření s krátkou vlnovou délkou. Má velkou účinnost pro minimalizaci tvorby reaktivních druhů kyslíku a vzniku poškození DNA. Biosyntéza scytoneminu je regulována různými fyzikálně-chemickými stresory. Scytonemin zastává několik rolí. Funguje jako silné protizánětlivá a antioxidační molekula a může být využita v kosmetických a jiných průmyslových odvětvích pro vývoj nových kosmetických prostředků (Rastogi et al., 2015).
Literatura
Büdel B, Karsten U, Garcia-Pichel F. Ultraviolet-absorbing scytonemin and mycosporine-like amino acid derivatives in exposed, rock-inhabiting cyanobacterial lichens. Oecologia. 1997; 112(2): 165-172.
Cockell CS, Knowland J. Ultraviolet radiation screening compounds. Biol Rev Camb Philos Soc. 1999; 74(3): 311-345.
Dillon JG, Castenholz RW. The synthesis of the UV-screening pigment, scytonemin, and photosynthetic performance in isolates from closely related natural populations of cyanobacteria (Calothrix sp.). Environ Microbiol. 2003; 5(6): 484-491. 
Dillon JG, Miller SR, Castenholz RW. UV-acclimation responses in natural populations of cyanobacteria (Calothrix sp.). Environ Microbiol. 2003; 5(6): 473-483.
Dillon JG, Tatsumi CM, Tandingan PG, Castenholz RW. Effect of environmental factors on the synthesis of scytonemin, a UV-screening pigment, in a cyanobacterium (Chroococcidiopsis sp.). Arch Microbiol. 2002; 177(4): 322-331.
Edwards HG, Vandenabeele P, Jorge-Villar SE, Carter EA, Perez FR, Hargreaves MD. The Rio Tinto Mars analogue site: an extremophilic Raman spectroscopic study. Spectrochim Acta A Mol Biomol Spectrosc. 2007; 68(4): 1133-1137.
Ehling-Schulz M, Bilger W, Scherer S. UV-B-induced synthesis of photoprotective pigments and extracellular polysaccharides in the terrestrial cyanobacterium Nostoc commune. J Bacteriol. 1997; 179(6): 1940-1945.
Ferroni L, Klisch M, Pancaldi S, Häder DP. Complementary UV-absorption of mycosporine-like amino acids and scytonemin is responsible for the UV-insensitivity of photosynthesis in Nostoc flagelliforme. Mar Drugs. 2010; 8(1): 106-121.
Fleming ED, Castenholz RW. Effects of periodic desiccation on the synthesis of the UV-screening compound, scytonemin, in cyanobacteria. Environ Microbiol. 2007; 9(6): 1448-1455.
Garcia-Pichel F, Castenholz RW. Occurrence of UV-Absorbing, Mycosporine-Like Compounds among Cyanobacterial Isolates and an Estimate of Their Screening Capacity. Appl Environ Microbiol. 1993a; 59(1): 163-169.
Garcia-Pichel F, Sherry ND, Castenholz RW. Evidence for an ultraviolet sunscreen role of the extracellular pigment scytonemin in the terrestrial cyanobacterium Chlorogloeopsis sp. Photochem Photobiol. 1992; 56(1): 17-23.
Garcia-Pichel F. Solar ultraviolet and the evolutionary history of cyanobacteria. Orig Life Evol Biosph. 1998; 28(3): 321-347.
Garcia-Pichel F, Wingard CE, Castenholz RW. Evidence Regarding the UV Sunscreen Role of a Mycosporine-Like Compound in the Cyanobacterium Gloeocapsa sp. Appl Environ Microbiol. 1993b; 59(1): 170-176.
Gröniger A, Sinha RP, Klisch M, Häder DP. Photoprotective compounds in cyanobacteria, phytoplankton and macroalgae - a database. J Photochem Photobiol B. 2000; 58(2-3): 115-122.
Hunsucker SW, Tissue BM, Potts M, Helm RF. Screening protocol for the ultraviolet-photoprotective pigment scytonemin. Anal Biochem. 2001; 288(2): 227-230.
Keshari N, Adhikary SP. Characterization of cyanobacteria isolated from biofilms on stone monuments at Santiniketan, India. Biofouling. 2013; 29(5): 525-536.
Matsui K, Nazifi E, Hirai Y, Wada N, Matsugo S, Sakamoto T. The cyanobacterial UV-absorbing pigment scytonemin displays radical-scavenging activity. J Gen Appl Microbiol. 2012; 58(2): 137-44.
McInnes C, Mezna M, Fischer PM. Progress in the discovery of polo-like kinase  inhibitors. Curr Top Med Chem. 2005; 5(2): 181-197.
Mushir S, Fatma T. Monitoring stress responses in cyanobacterial scytonemin--screening and characterization. Environ Technol. 2012; 33(1-3): 153-157.
Pentecost A. Field relationships between scytonemin density, growth, and irradiance in cyanobacteria occurring in low illumination regimes. Microb Ecol. 1993; 26(2): 101-110.
Proteau PJ, Gerwick WH, Garcia-Pichel F, Castenholz R. The structure of scytonemin, an ultraviolet sunscreen pigment from the sheaths of cyanobacteria. Experientia. 1993; 49(9): 825-829.
Rastogi RP, Sonani RR, Madamwar D. Cyanobacterial Sunscreen Scytonemin: Role in Photoprotection and Biomedical Research. Appl Biochem Biotechnol. 2015; 176(6): 1551-1563.
Rezanka T, Temina M, Tolstikov AG, Dembitsky VM. Natural microbial UV radiation filters--mycosporine-like amino acids. Folia Microbiol (Praha). 2004; 49(4): 339-352.
Singh OV, Gabani P. Extremophiles: radiation resistance microbial reserves and therapeutic implications. J Appl Microbiol. 2011; 110(4): 851-861. Erratum in: J Appl Microbiol. 2017; 122(4): 1121.
Singh SP, Kumari S, Rastogi RP, Singh KL, Sinha RP. Mycosporine-like amino acids (MAAs): chemical structure, biosynthesis and significance as UV-absorbing/screening compounds. Indian J Exp Biol. 2008; 46(1): 7-17.
Sinha RP, Hader DP. Life under solar UV radiation in aquatic organisms. Adv Space Res. 2002; 30(6): 1547-1556.
Sorrels CM, Proteau PJ, Gerwick WH. Organization, evolution, and expression analysis of the biosynthetic gene cluster for scytonemin, a cyanobacterial UV-absorbing pigment. Appl Environ Microbiol. 2009; 75(14): 4861-4869.
Soule T, Stout V, Swingley WD, Meeks JC, Garcia-Pichel F. Molecular genetics and genomic analysis of scytonemin biosynthesis in Nostoc punctiforme ATCC 29133. J Bacteriol. 2007;1 89(12): 4465-4472.
Stevenson CS, Capper EA, Roshak AK, Marquez B, Eichman C, Jackson JR, Mattern M, Gerwick WH, Jacobs RS, Marshall LA. The identification and characterization of the marine natural product scytonemin as a novel antiproliferative pharmacophore. J Pharmacol Exp Ther. 2002a; 303(2): 858-866.
Stevenson CS, Capper EA, Roshak AK, Marquez B, Grace K, Gerwick WH, Jacobs RS, Marshall LA. Scytonemin--a marine natural product inhibitor of kinases key in hyperproliferative inflammatory diseases. Inflamm Res. 2002b; 51(2): 112-114.
Varnali T, Edwards HG. Iron-scytonemin complexes: DFT calculations on new UV protectants for terrestrial cyanobacteria and astrobiological implications. Astrobiology. 2010; 10(7): 711-716.
Varnali T, Edwards HG. Raman spectroscopic identification of scytonemin and its derivatives as key biomarkers in stressed environments. Philos Trans A Math Phys Eng Sci. 2014a; 372(2030). pii: 20140197
Varnali T, Edwards HG. Reduced and oxidised scytonemin: theoretical protocol for Raman spectroscopic identification of potential key biomolecules forastrobiology. Spectrochim Acta A Mol Biomol Spectrosc. 2014b; 117: 72-77.
Varnali T, Edwards HG. Theoretical study of novel complexed structures for methoxy derivatives of scytonemin: potential biomarkers in iron-rich stressed environments. Astrobiology. 2013; 13(9): 861-869.
Vítek P, Ascaso C, Artieda O, Wierzchos J. Raman imaging in geomicrobiology: endolithic phototrophic microorganisms in gypsum from the extreme sun irradiation area in the Atacama Desert. Anal Bioanal Chem. 2016; 408(15): 4083-4092.
Wada N, Sakamoto T, Matsugo S. Multiple roles of photosynthetic and sunscreen  pigments in cyanobacteria focusing on the oxidative stress. Metabolites. 2013; 3(2): 463-483.
Zhang Z, Su WH, Feng C, Yu DH, Cui C, Xu XY, Yu BZ. Polo-like kinase 1 may regulate G2/M transition of mouse fertilized eggs by means of inhibiting the phosphorylation of Tyr 15 of Cdc2. Mol Reprod Dev. 2007; 74(10): 1247-1254.
 
 
  Přihlásit se
Přezdívka

Heslo

Ještě nemáte svůj účet? Můžete si jej vytvořit zde. Jako registrovaný uživatel získáte řadu výhod. Budete moct upravit vzhled tohoto webu, nastavit zobrazení komentářů, posílat komentáře, posílat zprávy ostatním uživatelům a řadu dalších.

  Související odkazy
· Více o tématu prof Patočka
· Další články od autora Prof. Patocka


Nejčtenější článek na téma prof Patočka:
Kyselina fytová a naše zdraví


  Hodnocení článku
Průměrné hodnocení: 5
Účastníků: 16

Výborný

Zvolte počet hvězdiček:

Výborný
Velmi dobré
Dobré
Povedený
Špatné


  Možnosti

 Vytisknout článek Vytisknout článek

 Poslat článek Poslat článek

Související témata

prof Patočka





Odebírat naše zprávy můžete pomocí souboru backend.php nebo ultramode.txt.
Powered by Copyright © UNITED-NUKE, modified by Prof. Patočka. Všechna práva vyhrazena.
Čas potřebný ke zpracování stránky: 0.05 sekund

Hosting: SpeedWeb.cz

Administrace