РОЗУМІННЯ ОКРЕМИХ ПИТАНЬ БІОХІМІЇ ГОРМОНІВ - РОЗШИРЕННЯ КРУГОЗОРУ ЗНАНЬ ГУРТКІВЦІВ
Згідно плану роботи студентського наукового гуртка «Вивчення молекулярно-біологічних механізмів регуляції обміну речовин із поглибленим студіюванням англійської біохімічної термінології» у кінці лютого було проведено його засідання з метою розширення кругозору студентів з окремих питань біохімії гормонів.
Молекули, які ми сьогодні називаємо гормонами, як правило, мають довге еволюційне минуле, а також тривалу історію їхнього наукового відкриття. Існування протягом мільярдів років, здається, є гарною схильністю до того, щоб речовина стала гормоном. Розгляд деяких гормонів з еволюційної точки зору на основі 2 опублікованих статей, перша з яких: «Understanding the biochemistry of hormones - message in a bottle / Розуміння біохімії гормонів - послання у пляшці» by Dominic C Y Lai, Jonathan Wolf Mueller Review, Essays Biochem 2025 Feb 6;69(1):1-18. doi: 10.1042/EBC20240039.
Гормони відіграють ключову роль у нашому самопочутті, і тим більше в періоди стресу чи хвороби. Вони визначають склад тіла та керують репродуктивними процесами. Гормональні сполуки, як правило, є еволюційно дуже старими сполуками, але лише коеволюціоновані рецепторні системи створюють потужні біологічні сигнали. Ми обговоримо, що робить деякі метаболіти хорошими будівельними матеріалами для гормонів і як інформація може бути закодована за допомогою цих каркасів.
Починаючи з біосинтезу гормонів та регульованого вивільнення з секретуючих клітин, ми розглянемо різні етапи всього процесу передачі гормональної сигналізації: розподіл гормонального «повідомлення у пляшці» по всьому тілу, проходження деяких гормонів через мембрани та метаболізм до рецепторів. Зв'язування з різними класами рецепторів – це не кінець гормональної сигналізації, але початок другої фази сигналізації через вторинні месенджери, перш ніж гормональні повідомлення знову будуть вимкнені. Вивчення біохімії гормонів призведе до захопливих нових відкриттів у майбутньому.
Багато біомолекул можуть бути сигнальними сполуками, тим більше, якщо ми також розглянемо рослинні гормони та бактеріальні сигнальні молекули. Лише деякі з них можуть бути пов'язані з сигналізацією гормонів в організмі людини. Гормони не завжди перебувають у своєму природному стані; їх потрібно хімічно синтезувати, модифікувати, секретувати, транспортувати, знову поглинати і, можливо, знову модифікувати, перш ніж вони зможуть зв'язатися зі своїм спорідненим рецептором і викликати біологічну реакцію. Все це відбувається відповідно до законів розподілу ненаправленим чином. Один із ключових висловів публікації: «Ніколи гормон не мігрує саме туди, де він «потрібен»; НІКОЛИ. Потім ми застосовуємо багато з цих аспектів до родини стероїдних гормонів. Розділи, присвячені аналітиці та дослідженням гормонів, розладів, пов'язаних з надлишком та дефіцитом гормонів, а також еволюції гормональних сигнальних систем, можуть бути корисними для зацікавленого читача».
Рисунок 1. – «Озвучена хронологія еволюції сигнальної системи вітаміну D3».
Ця стаття завершується розширенням концепції того, що таке гормон; насправді це все, що організм здатний виробляти та виявляти знову, щоб викликати певну біологічну відповідь. Гормональна біохімія може принести як обіцянки, так і сюрпризи в майбутньому.
Підтвердженням вище сказаного є матеріали іншої статті - «Biochemical basis for the regulation of biosynthesis of antiparasitics by bacterial hormones / Біохімічна основа регуляції біосинтезу антипаразитарних препаратів бактеріальними гормонами» авторів Iti Kapoor, Philip Olivares і Satish K Nair (Elife. 2020 Jun 8:9:e57824. doi: 10.7554/eLife.57824), торкалася таких питань, як дифузійні низькомолекулярні мікробні гормони різко змінюють профілі експресії антибіотиків та інших препаратів у актинобактерій. Наприклад, авенолід (бутенолід) регулює виробництво авермектину, похідні якого використовуються для лікування річкової сліпоти та інших паразитарних захворювань.
Бутеноліди та g-бутиролактони контролюють вироблення фармацевтично важливих вторинних метаболітів шляхом зв'язування з транскрипційними репресорами родини TetR. Тут ми описуємо стислу 22-етапну синтетичну стратегію для виробництва авеноліду. Аторами представлено кристалічні структури рецептора бутеноліду AvaR1 окремо та в комплексі з авенолідом, а також структури AvaR1, зв'язаного з олігонуклеотидом, отриманим від його оператора. Біохімічні дослідження, проведені за допомогою кокристалічних структур, дозволяють ідентифікувати 90 нових актинобактерій, які можуть регулюватися бутенолідами, дві з яких експериментально підтверджені. Ці дослідження забезпечують основу для розуміння регуляції виробництва вторинних метаболітів мікробами, що може бути використано для відкриття та виробництва нових ліків.
Рисунок 2. - Хімічні структури та ретросинтетична схема авеноліду. (A) Зображення механізму гормон-індукованої транскрипційної активації у бактерій. (B) Структури репрезентативних сполук з чотирьох відомих класів бактеріальних гормонів. A-фактор – це g-бутиролактон, авенолід – це алкілбутенолід, SRB1 – це 2-алкіл-3-метил-4-гідроксибутенолід, а MMF1 – це 2-алкіл-4-гідроксиметилфуран-3-карбонова кислота. (C) Ретросинтетична схема синтезу авеноліду, що включає п'ять ключових реакцій. (D) Загальна узагальнена та синтетична схема повного синтезу (4S,10R)-авеноліду із загальною кількістю етапів та виходами реакцій.
Побажаймо успіхів студентам у здобутті нових знань та розширення кругозору!
Керівник студентського наукового гуртка «Вивчення молекулярно-біологічних механізмів регуляції обміну речовин із поглибленим студіюванням англійської біохімічної термінології», професор Лілія КАЛАЧНЮК