1.22. Tổng quan về kháng sinh Doxorubicin
1.22.3. Con đường sinh tổng hợp Doxorubicin
Doxorubicin là sản phẩm trao đổi chất bậc hai của chủng xạ khuẩn được phân lập trong tự nhiên là Strepyomyces peucetius. Chủng xạ khuẩn này tạo ra sản phẩm đầu tiên là DNR. Khi có một nhóm OH được gắn vào vị trí C-14 của DNR thì hình thành sản phẩm bậc hai, đó chính là Doxorubicin.
Hình 1.1.42. Cấu trúc không gian của Daunorubicin và Doxorubicin Theo nhiều chứng minh cho thấy rằng, DXR có hoạt tính mạnh hơn và ưu việt hơn so với DNR nhưng nếu tuân theo con đường sinh tổng hợp tự nhiên của chủng xạ khuẩn trên thì hàm lượng DNR được tạo ra với hàm lượng lớn hơn rất nhiều so với DXR.
Năm 1990, Hutchinson và các cộng sự là nhóm nghiên cứu đầu tiên về con đường sinh tổng hợp DXR bằng phương pháp sinh học phân tử tạo ra bộ thư viện
Formatted: Centered
Formatted: Font: 13 pt Formatted: Font: 13 pt, (none) Formatted: Font: 13 pt Formatted: Font: 13 pt, (none) Formatted: Font: 13 pt Formatted: Font: 13 pt, Not Italic Formatted: Font: 13 pt Formatted: Font: Italic
Formatted: Font: Italic Formatted: Font: Italic
gene thuộc hệ gene trong đó gồm nhóm gene sinh tổng hợp DXR. Từ đó các nhóm đã có các công bố về giải trình tự gene và dự đoán cấu trúc của nhóm gene này trên ngân hàng gene thế giới. Tiếp theo sau đó là rất nhiều nhóm nghiên cứu trên thế giới đã tìm ra vai trò, chức năng, cấu trúc, hoạt tính sinh học của từng gene trong nhóm gene để chứng minh và tìm ra con đường sinh tổng hợp kháng sinh này với hàm lượng cao hơn và ứng dụng trong quy trình sản xuất với quy mô công nghiệp [.
deoxysugar (dnm) regulatory resistance (drr)
glycosyltransferase oxidation
unspecified function cyclase
O-methylation esterase
dxr modifying reduction dps(PKS)
dnmL dnmM N O dnrF drrA drrB drrD X dpsY dnmZ dnmU dnmVdnmJ I doxA V U G H dnmT dnrH dnrE F E dnrG A B C D C D dnrK dnrP Q S drrC
SN Gene Proposed function
1 dnmL glucose-1-phosphate thymidylyltransferase 2 dnmM TDP-glucose-4,6-dehydratase 3 dnrN pseudo response regulator gene 4 dnrO repressor gene
5 dnrF aklavinone C-11 hydroxylase 6 drrA resistance gene
7 drrB resistance gene 8 drrD resistance gene
9 dnrX putative doxorubicin modifying enzyme 10 dpsY polyketide cyclase (3rd cyclase) 11 dnmZ putative flavoprotein 12 dnmU 3,5-epimerase 13 dnmV 4-ketoreductase 14 dnmJ C-3 aminotransferase 15 dnrI regulatory gene
16 doxA daunorubicin C-14 hydroxylase 17 dnrV putative ketoreductase 18 dnrU daunorubicin C-13 ketoreductae
SN Gene Proposed function 19 dpsG ACP for minPKS
20 dpsH daunorubicin biosynthesis enzyme 21 dnmT putative 2,3-dehydratase
22 dnrH putative baumycin biosynthesis enzyme 23 dnrE aklaviketone reductase
24 dpsF polyketide cyclase (1st cyclase) 25 dpsE C-9 ketoreductase
26 dnrG oxygenase 27 dpsA 3-oxoacyl: ACP synthase 28 dpsB ketosynthase
29 dpsC ketosynthase (propionate starter unit) 30 dpsD acyltransferase, PKS
31 dnrC methyltransferase 32 dnrD methylaklanonic acid cyclase 33 dnrK carminomycin-O-methyltransferase 34 dnrP esterase
35 dnrQ glycosyltransferase helping gene 36 dnrS glycosyltransferase 37 drrC resistance gene
Hình 1.1.53. Các gen tham gia vào quá trình sinh tổng hợp kháng sinh DXR [32].
Theo như các nghiên cứu thì có ba nhóm gene chính mã hóa cho các enzyme tham gia vào quá trình sinh tổng hợp kháng sinh DXR:
• Nhóm 1: Là nhóm gene mã hóa cho các enzyme Polyketide synthase loại II, với dẫn xuất khởi đầu Propionyl - CoA để tham gia vào quá trình sinh tổng hợp chuỗi gồm có 21 nguyên tử Cacbon và sau đó với tác dụng của enzyme đóng vòng
Formatted: Centered
Formatted: Font: Not Bold, Italic Formatted: Font: Not Bold, Italic Formatted: Centered
Formatted: Indent: First line: 0.39"
của chất trung gian để tạo thành 12-deoxyalkalonic acid. Đi kèm trong nhóm này là các gene thay đổi cấu trúc gốc anthracycline ban đầu để tạo thành hợp chất trung gian ε-rhodomycinone. Bản thân ε-rhodomycinone là chất không có hoạt tính sinh học nhưng đây là hợp chất trung gian khởi đầu cho quá trình tạo thành các hợp chất có hoạt tính kháng sinh khác.
Hình 1.1.64. Các gen tham gia vào quá trình mã hóa cho các enzyme Polyketide synthase loại II và tổng hợp hợp chất trung gian ε-rhodomycinone
• Nhóm 2: Là nhóm gene mã hóa cho các enzyme tham gia vào quá trình sinh tổng hợp gốc đường khử, đường amin (Daunosamine), enzyme vận chuyển gốc đường gắn daunosamine vào chất trung gian, kết hợp với các enzyme biến đổi cấu trúc. Với hoạt tính của các enzyme này kết quả là tạo thành DNR và DXR, hai chất có hoạt tính sinh học trong tế bào xạ khuẩn.
Formatted: Font: Not Bold, Italic Formatted: Centered Formatted: Font: Not Bold, Italic Formatted: Font: 6 pt Formatted: Normal
Hình 1.1.75. Cơ chế và con đường tổng hợp DNR và DXR từε-rhodomycinone
• Nhóm 3: Được gọi là nhóm gene điều hòa hay gene tự bảo vệ với chức năng làm giảm độc tố trong quá trình tạo kháng sinh. DXR và DNR là các chất gây độc rất mạnh cho tế bào tạo kháng sinh, cho nên các gene này mã hóa cho các enzyme tham gia vào quá trình vận chuyển DXR và DNR ra khỏi tế bào ngay lập tức khi các kháng sinh này vừa mới được tổng hợp trong tế bào. Đồng thời với quá trình này sẽ làm tăng khả năng sinh tổng hợp kháng sinh của chủng xạ khuẩn đó.