Biosintesis de paclitaxel

Biosíntesis de paclitaxel

Los primeros pasos

resumen

La biosíntesis de taxol y taxoides relacionados en especies de tejo (Taxus) es Pensado para implicar la ciclación del isoprenoide común intermediario geranilgeranil difosfato a un taxadieno seguido de una modificación extensiva, en gran parte oxidativa, de esta olefina diterpénica precursor.

Esta secuencia de reacciones que conduce al taxol requiere probablemente más de una docena de etapas enzimáticas distintas, excluyendo la construcción del resto de la cadena lateral de N-benzoilfenilisoserina, que H.G Floss y sus colegas han demostrado que se origina a partir de fenilalanina y que implica esterificación En C13 de la bacatina intermedia muy avanzada III. No se han definido etapas tempranas de la vía y ninguna de las enzimas implicadas en la biosíntesis de taxol se han descrito hasta hace poco. Se mostró que un extracto exento de células de plantas jóvenes de tejo catalice la conversión de [1-3H] geranilgeranil difosfato en una diterpeno olefina cíclica que fue Identificado como taxadieno por medios espectroscópicos y se demostró Para servir como precursor de los taxoides in vivo. Se describe la enzima de ciclización que cataliza este primer paso comprometido de la biosíntesis de taxol, así como estudios preliminares sobre la oxigenación inicial del taxadieno catalizada por una presunta citocromo P450 hidroxilasa.

La demostración de las dos primeras etapas enzimáticas específicas de la biosíntesis de taxol sugiere que la vía completa puede definirse mediante un enfoque sistemático y escalonado en el nivel de enzima libre de células.

Aunque se ha logrado la síntesis total de taxol (1-3), este enfoque para suministrar el fármaco ya no es comercialmente viable (4).

En el futuro previsible, el taxol continuará produciéndose por medios biológicos, incluyendo el aislamiento del follaje renovable y otros tejidos de Taxus brevifolia (tejo del Pacífico) y especies de Taxus relacionadas, semisintesis del producto y sus análogos a partir de bacatina III Esquema 1) y metabolitos taxóides (taxano diterpenoides) de etapa tardía similares, que están más fácilmente disponibles y, potencialmente, por generación del fármaco en cultivos celulares de Taxus (5).

Por lo tanto, es importante elucidar la biosíntesis del taxol, en particular las etapas lentas de la vía, cuya manipulación puede conducir a un aumento del rendimiento y a la producción del fármaco en grandes cantidades a un coste razonable (6, 7).

N O T E: Paclitaxel es el nombre genérico de Taxol, que ahora es una marca registrada.

TAXANO AGENTES ANTICANCERIGENOS

La estructura del taxol (8) es bastante compleja; El metabolito posee el Inusual taxano diterpeno esqueleto de carbono (pentametil triciclo [9.3.1.0.3,8] Pentadecano) que lleva ocho grupos oxofuncionales y un surtido de cadenas laterales (incluyendo la nueva N-benzoil fenilisoserina) para un total de once estereocentros.

El camino hacia el taxol a partir del precursor diterpenoide universal geranilgeranil difosfato (9) debe implicar más de una docena de pasos enzimáticos discretos. Descifrar el origen de este metabolito representa así un desafío biosintético formidable. Aunque la biogénesis del taxol ha sido objeto de considerables especulaciones (10-14), se sabe muy poco sobre el origen del taxol y los taxoides relacionados con la excepción de estudios in vivo muy preliminares con precursores básicos tales como acetato, Mevalonato y fenilalanina (75,76) y los estudios detallados de Floss y colegas con metabolitos avanzados que han demostrado el origen y el momento de ensamblaje del éster de N-benzoil-fenilisoserina (17,18).

Así, se demostró que la bacatina III es un precursor específico de taxol con la cadena lateral añadida muy probablemente como fenilisoserina (vía fenilalanina) seguida por N-benzoilación como el último paso en la formación de taxol (Esquema 1); Esta misma secuencia con N-tigloilación final proporcionaría cefalomanina.

Una descripción de este trabajo y una excelente visión general de las especulaciones anteriores sobre la vía (s) biogenética que conduce al taxol han sido Proporcionada por Floss y Mocek (79). Hasta hace poco no se disponía de información sobre la enzimología de la biosíntesis de taxol. En este capítulo se describen estos nuevos estudios, realizados a nivel de enzimas libres de células, que se centran en los pasos muy tempranos y lentos de la vía, incluyendo el primer paso comprometido de la biosíntesis de taxol.

El precursor de olefinas del taxol

Se ha sugerido la biosíntesis del taxol (10, 13, 14) para implicar la ciclación del difosfato de geranilgeranilo en los taxones 4 (20), l 1-dieno (Esquema 2), puesto que los taxoides que llevan los 4 (20) - y 1 l 12) son muy comunes (20), y la reacción puede formularse fácilmente sobre la base de mecanismos aceptados para la construcción de terpenoides relacionados (21).  Tal ciclación para establecer el esqueleto del taxano podría entonces ser Seguido por la elaboración oxidativa de este progenitor de la olefina diterpeno (75), todavía desconocido, por procesos enzimáticos similares a los responsables de la formación de otros productos naturales terpenoides oxigenados (27).

Para examinar la etapa de ciclación putativa, los árboles jóvenes de T. brevifolia se eligieron como un sistema experimental porque el contenido de taxoides de tejido inmaduro es relativamente alto y porque los tallos de árbol contienen una proporción alta de células de parénquima de floema en las que se cree que se produce taxol (22, 23).

Además, al aumentar los árboles de tejo en el invernadero, se pueden minimizar los efectos de la variación ambiental y del desarrollo sobre el contenido de taxoides (24,25). La pulverización rigurosa de secciones de vástago congeladas y la extracción del polvo de tejido resultante en condiciones diseñadas para minimizar los efectos deletéreos de materiales endógenos fenólicos y resinosos (26), produjo una preparación enzimática soluble en el trabajo que catalizó la conversión dependiente de Mg2 + de [1-3H ] Geranilgeranil difosfato a una fracción de hidrocarburo marcada aislada por cromatografía en columna. El análisis radio-GLC de este material indicó La presencia de esencialmente un solo producto (rendimiento 1%) con propiedades cromatográficas consistentes con la de una olefina diterpénica policíclica.

Para determinar si la olefina diterpénica presunta podría servir como precursor de taxol y taxoides relacionados, se llevaron a cabo incubaciones de enzimas preparativas para generar varios μ₀ de la olefina purificada cromatográficamente que se suspendió en tampón y se infiltró en vacío en discos de vástago de T. brevifolia.

Tras la incubación durante una semana, se extrajeron los productos marcados y se separaron por combinación de cromatografía en columna de fase normal y fase inversa en una fracción taxódea que contenía metabolitos más polares que la (+) - taxusina (el tetraacetato de taxones 4 (20), ll 12) -dien - 5,9,10,13 - tetraol).

...