Ciclotido

En bioquímica , los ciclotidos son péptidos pequeños, ricos en enlaces disulfuro, aislados de plantas. ^{[ 1 ]} Típicamente contienen entre 28 y 37 aminoácidos y se caracterizan por su esqueleto peptídico ciclado de cabeza a cola y la disposición entrelazada de sus tres enlaces disulfuro . Estas características combinadas se han denominado motivo de nudo de cistina cíclico (CCK). Hasta la fecha, se han aislado y caracterizado más de 100 ciclotidos de especies de las familias Rubiaceae , Violaceae y Cucurbitaceae . También se han identificado ciclotidos en familias de importancia agrícola como Fabaceae y Poaceae . ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]}

Los ciclotidos tienen una estructura tridimensional bien definida debido a sus enlaces disulfuro entrelazados y su esqueleto peptídico cíclico . Los bucles del esqueleto y los residuos seleccionados están etiquetados en la estructura para facilitar la orientación. La secuencia de aminoácidos (representación de aminoácidos de una sola letra) para este péptido se indica en el diagrama de secuencia a la derecha. Una de las características interesantes de los péptidos cíclicos es que el conocimiento de la secuencia peptídica no revela la cabeza y la cola ancestrales; para ello se requiere el conocimiento de la secuencia genética . ^{[ 5 ]} En el caso de kalata B1, los aminoácidos glicina (G) y asparagina (N) indicados son los residuos terminales que se unen mediante un enlace peptídico para ciclar el péptido.

Se ha informado que los ciclotidos tienen una amplia gama de actividades biológicas, incluyendo actividades anti- VIH , insecticidas , antitumorales , antiincrustantes, antimicrobianas , hemolíticas , antagonismo de la neurotensina , inhibición de la tripsina y uterotónicas . ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]} La capacidad de inducir contracciones uterinas fue lo que impulsó el descubrimiento inicial de kalata B1. ^{[ 10 ]}

La potente actividad insecticida de los ciclotidos kalata B1 y kalata B2 ha llevado a creer que actúan como agentes de defensa de las plantas hospedantes. Las observaciones de que docenas o más ciclotidos pueden estar presentes en una sola planta y que la arquitectura de los ciclotidos comprende un núcleo conservado sobre el cual se despliega una serie de bucles hipervariables sugieren que los ciclotidos pueden atacar a múltiples plagas/patógenos simultáneamente. ^{[ 11 ]}

El análisis del conjunto de ciclotidos conocidos revela muchas similitudes de secuencia que son importantes para comprender sus propiedades fisicoquímicas únicas, sus bioactividades y su homología .

Los ciclotidos se dividen en dos subfamilias estructurales principales. Los ciclotidos de Moebius, los menos comunes de los dos, contienen una cis -prolina en el bucle 5 que induce una torsión local de 180° en la cadena principal (de ahí su similitud con una cinta de Möbius ), mientras que los ciclotidos de brazalete no la contienen. Existe menor variación en las secuencias dentro de estas subfamilias que entre ellas. Una tercera subfamilia de ciclotidos son los inhibidores de la tripsina y son más homólogos a una familia de inhibidores de la tripsina no cíclicos de plantas de calabaza conocidos como knottins o nudos de cistina inhibidores ^{[ 12 ]} que a los otros ciclotidos.

Resulta conveniente analizar las secuencias en términos de los segmentos de la cadena principal, o bucles, entre residuos de cisteína sucesivos . Los seis residuos de cisteína están absolutamente conservados en toda la familia de ciclotidos y presumiblemente contribuyen a preservar el motivo CCK. Si bien las cisteínas parecen esenciales para mantener el plegamiento general, se cree que otros residuos altamente conservados en los ciclotidos proporcionan estabilidad adicional. ^{[ 13 ]}

En todos los ciclotidos conocidos, el bucle 1 es el más conservado. Aparte de los seis residuos de cisteína, los residuos de ácido glutámico y serina / treonina del bucle 1 son los únicos que presentan una identidad del 100 % en las subfamilias Bracelet y Möbius. Además, el residuo restante de este bucle muestra únicamente un cambio conservativo, concretamente glicina / alanina . Se cree que este bucle desempeña un papel importante en la estabilización de la estructura del ciclotido mediante enlaces de hidrógeno con residuos de los bucles 3 y 5.

Los bucles 2-6 también tienen características altamente conservadas, incluida la presencia ubicua de un solo aminoácido en el bucle 4 que probablemente está involucrado en el enlace de hidrógeno cadena lateral-cadena lateral. Otros residuos conservados incluyen un residuo que contiene hidroxilo en el bucle 3, un residuo de glicina en la posición final del bucle 3, un residuo básico y un residuo de prolina en la penúltima posición en el bucle 5 de los ciclotidos de brazalete y Möbius respectivamente, y un residuo de asparagina (o ocasionalmente ácido aspártico ) en el punto de ciclación putativo ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 14 ]} en el bucle 6. Es interesante notar que no solo ciertos residuos están altamente conservados, sino que también lo están los ángulos de la cadena principal y de la cadena lateral.

Con programas de cribado recientes que sugieren que el número de secuencias de ciclotidos pronto podría alcanzar los miles, ^{[ 15 ]} se ha desarrollado una base de datos, CyBase , que ofrece la oportunidad de comparar secuencias y datos de actividad de ciclotidos. Se conocen varias otras familias de proteínas circulares en bacterias, plantas y animales, y también están incluidas en CyBase. ^{[ 16 ]}

Las plantas son una rica fuente de péptidos cíclicos sintetizados ribosomalmente y modificados postraduccionalmente. Entre estos, los ciclotidos son productos codificados genéticamente generados mediante el procesamiento de una proteína precursora más grande . ^{[ 5 ]} El gen para el primer precursor de este tipo es Oak1 (Oldenlandia affinis kalata clon número 1), que se demostró que es responsable de la síntesis de kalata B1. ^{[ 6 ]} La configuración genérica de la proteína precursora consiste en una secuencia señal del retículo endoplasmático , una región pro no conservada, una región altamente conservada conocida como repetición N-terminal (NTR), el dominio ciclotido maduro y finalmente una cola C-terminal hidrofóbica corta . El dominio ciclotido puede contener una secuencia ciclotida, como en el caso de Oak1 , o múltiples copias separadas por secuencias NTR adicionales, como se observa para Oak2 y Oak4 . En las proteínas precursoras que contienen múltiples dominios de ciclotido, estos pueden ser secuencias idénticas, como es el caso de Oak4 , o pueden ser ciclotidos diferentes, como en Oak2 , que contiene secuencias correspondientes a kalata B3 y B6. ^{[ 17 ]}

Recientemente, se ha aislado de la planta medicinal Clitoria ternatea la enzima responsable de la ciclación de la cadena principal de los ciclotidos . Esta enzima se denominó butelasa 1, en concordancia con el nombre local de la planta (Bunga Telang Ligase). Se ha demostrado que la butelasa 1 cicla el precursor lineal de kalata B1 con un rendimiento superior al 95 % a una velocidad notable de 5,42 × 10⁵ ^{M⁻¹ s⁻¹} . ^{La ligasa también cicla diversos péptidos bioactivos de origen animal, como el péptido antimicrobiano humano histatina, la conotoxina del caracol cono} y el péptido antimicrobiano de insectos tanatina . ^{[ 18 ]}

La notable estabilidad de los ciclotidos significa que tienen una emocionante gama de aplicaciones potenciales centradas ya sea en sus actividades biológicas intrínsecas o en la posibilidad de usar el motivo CCK como andamio para estabilizar epítopos biológicamente activos . ^{[ 19 ]} El interés en estos se ha intensificado recientemente con las publicaciones de una metodología química capaz de producir sintéticamente ciclotidos con altos rendimientos, ^{[ 20 ] [ 21 ]} y la adaptabilidad del marco CCK a sustituciones de aminoácidos. ^{[ 22 ]} Pero para que las moléculas sean útiles en un contexto terapéutico requieren características biofarmacéuticas útiles como resistencia a la proteólisis y permeabilidad de membrana. El área de superficie interactiva de membrana y el momento de los ciclotidos son determinantes en la predicción de sus actividades biológicas. ^{[ 23 ]} Un estudio reciente sobre proteínas de nudo de cistina relacionadas como candidatos a fármacos mostró que los nudos de cistina permean bien a través de la mucosa del intestino delgado de rata en comparación con fármacos peptídicos sin nudo de cistina como la insulina y la bacitracina . ^{[ 24 ]} Además, la digestión enzimática de fármacos peptídicos con nudo de cistina se asoció con solo unas pocas proteasas y se sugirió que esta limitación podría superarse mediante la mutación de sitios de escisión específicos. Por lo tanto, ciertas proteínas con nudo de cistina satisfacen los criterios básicos para la administración de fármacos y representan candidatos novedosos e interesantes como andamios para la administración de fármacos peptídicos. ^{[ 24 ]} La diversa gama de actividades intrínsecas de los ciclotidos también sigue siendo prometedora para una amplia gama de aplicaciones en los campos agrícolas contra insectos y nematodos, especialmente los de Clitoria ternatea . ^{[ 25 ] [ 26 ]}

Durante una misión de ayuda de la Cruz Roja en la República Democrática del Congo en la década de 1960, el médico noruego Lorents Gran observó que algunas mujeres africanas utilizaban una infusión medicinal elaborada con las hojas de la planta Oldenlandia affinis para inducir el parto y facilitarlo. ^{[ 28 ]} Posteriormente se determinó que el ingrediente activo era un péptido cíclico, denominado kalata B1, en honor al nombre tradicional de la infusión, kalata-kalata . Si bien los estudios in vivo en ratas confirmaron la actividad uterotónica del péptido purificado, transcurrieron otros 20 años antes de que se dilucidara su estructura inusual. ^{[ 29 ]}

• péptidos antimicrobianos
• Péptidos cíclicos

• Cybase