2.10.1 Entdeckung der Actinomycine und Nomenklatur
Actinomycin A wurde 1940 von WAKSMAN aus Streptomyces antibioticus isoliert und war das erste aus Actinomyceten erhaltene Antibiotikum[54].
Die weiteren Untersuchungen zeigten, dass es sich um ein Gemisch aus mehreren Einzelkomponenten handelte. Diese als Komplexe bezeichneten Gemische wurden in unterschiedlicher Zusammensetzung auch in anderen Streptomyceten gefunden und mit lateinischen Buchstaben gekennzeichnet, die Benennung der Einzelkomponenten eines Komplexes erfolgte durch eine Zahl als Index[33]. Da die gefundenen Gemische oft dieselben Substanzen enthielten, jedoch in unterschiedlichen Verhältnissen, existiert für die meisten Actinomycine eine Reihe synonymer Bezeichnungen (siehe Tabelle 7). Versuche zur Einführung einer systematischen Nomenklatur durch Nummerierung der Actinomycine oder Beschreibung veränderter Aminosäuren im Vergleich zu Actinomycin D haben sich nicht durchgesetzt[33].
Tabelle 7: Wichtige Actinomycine und ihre Synonyme (die linke Spalte enthält die gebräuchlichste Bezeichnung)[55].
Actinomycin Synonyme
Actinomycin D Actinomycin IV / A4 / B4 / C1 / D4 / F0 / I1 / S2 / X1 / Au3 Auranthin C / A3, Cosmogen, Dactinomycin, Oncostatin K Actinomycin C2 Actinomycin VI / I2 / Au2, Auranthin B / A2
Actinomycin C3 Actinomycin VII / I3 / Au1, Auranthin A Actinomycin X2 Actinomycin V / A5 / B5 / D5 / S3
2.10.2 Struktureller Aufbau
Actinomycine sind Chromopeptide. Sie besitzen als gemeinsamen Actinoyl-Chromophor ein 2-Aminophenoxazin-3-on-System, das zweifach methyliert und über zwei Amidbindungen mit Pentapeptidlacton-Ringen verknüpft ist.
Als Grundstruktur kann Actinomycin D (19) angesehen werden (Abbildung 22), von dem sich durch Abwandlung oder Modifikation einzelner Aminosäuren die anderen Strukturen ableiten
lassen. Neben den proteinogenen Aminosäuren L-Threonin, L-Valin und L-Prolin sind in 19 auch die nicht-proteinogenen Aminosäuren Sarkosinh und D-Valin enthalten. Bei zwei gleichen Peptidlactonringen wie bei 19 spricht man von iso-Actinomycinen, bei unterschiedlichen Ringen von aniso-Actinomycinen.
N
O O
N
H O O NH
NH O NH O
N O N
N O N
N N
O
O O
O O
O O
O
H H
NH2
Chromophor
α-Peptidlactonring β-Peptidlactonring
Pro Sar
MeVal D-Val
Thr
Abbildung 22: Struktur von Actinomycin D (19).
Der erste Strukturbeweis eines Actinomycins gelang BROCKMANN und LACKNER 1960 durch die Totalsynthese von Actinomycin C3[56]. Heute sind insgesamt 19 Actinomycine natürlicher Herkunft bekannt (siehe Tabelle 8), hinzu kommen die fünf in dieser Arbeit beschriebenen neuen Strukturen vom G-Typ.
2.10.3 Vorläuferdirigierte Biosynthese
Durch vorläuferdirigierte Biosynthese konnten zahlreiche neue Actinomycine gewonnen werden, bis heute sind über 25 Strukturen veröffentlicht worden. Als besonders variabel hat sich die Position 3’ in den Peptidringen herausgestellt, neben modifizierten Prolinringen werden hier auch Sechsringe wie Pipecolinsäure oder Vierringe wie Azetidincarbonsäure
h Als Sarkosin bezeichnet man N-Methylglycin. Der Name geht zurück auf Justus von Liebig, der die Aminosäure erstmals aus dem Kreatin der Fleischbrühe gewann (griech.: sarx = Fleisch).
eingebaut. Eine weitere Modifikationsmöglichkeit bietet die Position 2’ der Pentapeptide.
Fütterungsexperimente ergaben, dass D-Valin durch D-Leucin und D-allo-Isoleucin austauschbar ist. Tabelle 9 listet alle bisher veröffentlichten Actinomycine auf, die aus vorläuferdirigierter Biosynthese erhalten wurden.
Tabelle 8: Systematische Ordnung der natürlich vorkommenden Actinomycine.
Unterschiede zu Actinomycin D (MID) sind fett gedruckt. Abkürzungen: MeVal = N-Methylvalin, aIle = allo-Isoleucin, MeAla = N-Methylalanin, HMPro = trans-3-Hydroxy-cis-5-methylprolin, OPro = 3-Oxoprolin, MOPro = cis-5-Methyl-3-oxoprolin, Hyp = trans-4-Hydroxyprolin, aHyp = cis-4-Hydroxyprolin, HThr = 4-Hydroxythreonin, ClThr = 4-Chlorthreonin.
(1) Actinomycin D
α-Ring β-Ring
Actinomycin D Thr-D-Val-Pro-Sar-MeVal Thr-D-Val-Pro-Sar-MeVal (2) Actinomycine der C-Reihe (Variationen in Position 2’ durch D-aIle) [57-59]
Actinomycin C2 Thr-D-Val-Pro-Sar-MeVal Thr-D-aIle-Pro-Sar-MeVal Actinomycin C2a Thr-D-aIle-Pro-Sar-MeVal Thr-D-Val-Pro-Sar-MeVal Actinomycin C3 Thr-D-aIle-Pro-Sar-MeVal Thr-D-aIle-Pro-Sar-MeVal (3) Actinomycine der F-Reihe (Variation in Position 3’ durch Sarkosin) [60-62]
Actinomycin F8 Thr-D-Val-Sar-Sar-MeVal Thr-D-Val-Sar-Sar-MeVal Actinomycin F9 Thr-D-Val-Sar-Sar-MeVal Thr-D-Val-Pro-Sar-MeVal
Thr-D-Val-Pro-Sar-MeVal Thr-D-Val-Sar-Sar-MeVal
Anmerkung: Actinomycin F9 besteht aus zwei Isomeren, die auch als Actinomycin III und IIIA bezeichnet werden (Sarkosin in β- bzw. α-Kette)[63]. F0 bis F7 wurden mittels vorläuferdirigierter Biosynthese erhalten, hier tritt zusätzlich eine Variation in Position 2’ durch aIle auf.
(4) Actinomycine der X-Reihe (Var. in Pos. 3’ durch oxidiertes Prolin oder Sarkosin) [52,64-66]
Actinomycin X0α Thr-D-Val-Sar-Sar-MeVal Thr-D-Val-Hyp-Sar-MeVal Actinomycin X0β Thr-D-Val-Pro-Sar-MeVal Thr-D-Val-Hyp-Sar-MeVal Actinomycin X0δ Thr-D-Val-Pro-Sar-MeVal Thr-D-Val-aHyp-Sar-MeVal Actinomycin X1a Thr-D-Val-Sar-Sar-MeVal Thr-D-Val-OPro-Sar-MeVal Actinomycin X2 Thr-D-Val-Pro-Sar-MeVal Thr-D-Val-OPro-Sar-MeVal (5) Actinomycine der G-[38] und Z-Reihe[36] (Var. in Pos. 1’ durch hydroxyliertes/chloriertes Threonin, in Pos. 3’ durch methyliertes und oxidiertes Prolin und in Pos. 5’ durch MeAla) Actinomycin G1 Thr-D-Val-Pro-Sar-MeVal HThr-D-Val-HMPro-Sar-MeAla Actinomycin Z1 Thr-D-Val-HMPro-Sar-MeVal Thr-D-Val-MOPro-Sar-MeAla Actinomycin Z2 Thr-D-Val-HMPro-Sar-MeVal HThr-D-Val-MOPro-Sar-MeAla Actinomycin Z3 Thr-D-Val-HMPro-Sar-MeVal ClThr-D-Val-MOPro-Sar-MeAla Actinomycin Z4 Thr-D-Val-MOPro-Sar-MeVal Thr-D-Val-MOPro-Sar-MeAla Actinomycin Z5 Thr-D-Val-MOPro-Sar-MeVal ClThr-D-Val-MOPro-Sar-MeAla (6) N-desmethylierte Actinomycine (Variation in Position 4’ durch Glycin)[55,67]
Actinomycin D0 Thr-D-Val-Pro-Sar-MeVal Thr-D-Val-Pro-Gly-MeVal N,N'-Didemethyl-
actinomycin D Thr-D-Val-Pro-Gly-MeVal Thr-D-Val-Pro-Gly-MeVal
Tabelle 9: Actinomycine, die aus vorläuferdirigierter Biosynthese erhalten wurden.
Fütterung von L-Isoleucin:[68,69]
NH2 O
OH
(S)
α-Kette β-Kette
Actinomycin E1 Thr-D-aIle-Pro-Sar-MeVal Thr-D-aIle-Pro-Sar-MeIle Actinomycin E2 Thr-D-aIle-Pro-Sar-MeIle Thr-D-aIle-Pro-Sar-MeIle
(MeIle = N-Methyl-L-isoleucin, aIle = allo-L-Isoleucin)
Fütterung von L-Leucin und L-Isoleucin:
NH2 O
OH
NH2 O
OH
(S)
Actinomycin Au5[70] Thr-D-Leu-Pro-Sar-MeVal Thr-D-Leu-Pro-Sar-MeVal Actinomycin Au6a Thr-D-aIle-Pro-Sar-MeVal Thr-D-Leu-Pro-Sar-MeVal Actinomycin Au6b[71] Thr-D-Leu-Pro-Sar-MeVal Thr-D-aIle-Pro-Sar-MeVal Actinomycin Au7a Thr-D-Leu-Pro-Sar-MeVal Thr-D-Val-Pro-Sar-MeVal Actinomycin Au7b[72]. Thr-D-Val-Pro-Sar-MeVal Thr-D-Leu-Pro-Sar-MeVal
Anmerkung: Actinomycin Au7b wurde unter der Bezeichnung Actinomycin C3a auch ohne Zufütterung von Aminosäuren gefunden, jedoch nicht veröffentlicht[73].
Fütterung von Sarkosin:[61] O
Actinomycin F1 Thr-D-Val-Sar-Sar-MeVal Thr-D-aIle-Sar-Sar-MeVal Actinomycin F2 Thr-D-Val-Pro-Sar-MeVal Thr-D-aIle-Sar-Sar-MeVal Actinomycin F3 Thr-D-aIle-Sar-Sar-MeVal Thr-D-aIle-Sar-Sar-MeVal Actinomycin F4 Thr-D-aIle-Pro-Sar-MeVal Thr-D-aIle-Sar-Sar-MeVal
Anmerkung: Die Strukturen von F0, F5, F6 und F7 sind nicht bekannt oder veröffentlicht worden.
Fütterung von (4R)- und (4S)-4-Methyl-L-prolin:[74]
cis-4-Methyl-L-prolin:
Actinomycin K1c Thr-D-Val-Pro-Sar-MeVal Thr-D-Val-MPro-Sar-MeVal Actinomycin K2c Thr-D-Val-MPro-Sar-MeVal Thr-D-Val-MPro-Sar-MeVal trans-4-Methyl-L-prolin:
Actinomycin K1t Thr-D-Val-Pro-Sar-MeVal Thr-D-Val-MPro-Sar-MeVal Actinomycin K2t Thr-D-Val-MPro-Sar-MeVal Thr-D-Val-MPro-Sar-MeVal (Fortsetzung auf der nächsten Seite)
NH O
OH NH
OH
… Fortsetzung Tabelle 9: Actinomycine aus vorläuferdirigierter Biosynthese Fütterung von (4R)- und (4S)-4-Chlor-L-prolin:[33]
NH O Cl OH
cis-4-Chlor-L-prolin:
unbenannt (*) Thr-D-Val-Pro-Sar-MeVal Thr-D-Val-ClPro-Sar-MeVal unbenannt Thr-D-Val-ClPro-Sar-MeVal Thr-D-Val-ClPro-Sar-MeVal trans-4-Chlor-L-prolin:
unbenannt (*) Thr-D-Val-Pro-Sar-MeVal Thr-D-Val-ClPro-Sar-MeVal Fütterung von Pipecolinsäure:[75]
O
NH
OH
O
NH O
H OH
O
NH
O OH
Pipecolinsäure (Pip) 4-Hydroxy- (HPip) 4-Oxo- (OPip)
Actinomycin Pip 1α (*) Thr-D-Val-Pip-Sar-MeVal Thr-D-Val-OPip-Sar-MeVal Actinomycin Pip 1β (*) Thr-D-Val-Pip-Sar-MeVal Thr-D-Val-Pro-Sar-MeVal Actinomycin Pip 1γ (*) Thr-D-Val-Pip-Sar-MeVal Thr-D-Val-HPip-Sar-MeVal Actinomycin Pip 1δ (*) Thr-D-Val-Pro-Sar-MeVal Thr-D-Val-OPip-Sar-MeVal Actinomycin Pip 1ε (*) Thr-D-Val-Pro-Sar-MeVal Thr-D-Val-HPip-Sar-MeVal Actinomycin Pip 2 (*) Thr-D-Val-Pip-Sar-MeVal Thr-D-Val-Pip-Sar-MeVal Fütterung von Thiazolidin-4-carbonsäure:[76]
NH S
O OH Der Einbau von Thiazolidin-4-carbonsäure in zwei neue Actinomycine
konnte durch 35S-Isotopenmarkierung nachgewiesen werden. Die Struktur der Verbindungen wurde nicht geklärt, vermutlich handelt es sich analog zu den Azetomycinen um einen einfachen und doppelten Einbau von Thiazolidin-4-carbonsäure anstelle von Prolin.
Fütterung von Azetidin-2-carbonsäure:[77,78]
NH O
OH
Azetomycin I (*) Thr-D-Val-Pro-Sar-MeVal Thr-D-Val-AzC-Sar-MeVal Azetomycin II Thr-D-Val-AzC-Sar-MeVal Thr-D-Val-AzC-Sar-MeVal
(*) bei den gekennzeichneten Substanzen wurde nicht untersucht, ob der Einbau im α- oder im β-Ring erfolgte.
Wahrscheinlich ist das Vorliegen von Gemischen.