Effects of Ethyl and Benzyl Analogues of Spermine on Escherichia coli Peptidyltransferase Activity, Polyamine Transport, and Cellular Growth

Abstract

Various ethyl and benzyl spermine analogues, including the anticancer agentN 1,N 12-bis(ethyl)spermine, were studied for their ability to affect the growth of culturedEscherichia coli cells, to inhibit [3H]putrescine and [3H]spermine uptake into cells, and to modulate the peptidyltransferase activity (EC 2. 3. 2. 12). Relative to other cell lines, growth of E. coli was uniquely insensitive to these analogues. Nevertheless, these analogues conferred similar modulation of in vitro protein synthesis and inhibition of [3H]putrescine and [3H]spermine uptake, as is seen in other cell types. Thus, both ethyl and benzyl analogues of spermine not only promote the formation and stabilization of the initiator ribosomal ternary complex, but they also have a sparing effect on the Mg2+requirements. Also, in a complete cell-free protein-synthesizing system, these analogues at low concentrations stimulated peptide bond formation, whereas at higher concentrations, they inhibited the reaction. The ranking order for stimulation of peptide-bond formation by the analogues wasN 4,N 9-dibenzylspermine >N 4,N 9-bis(ethyl)spermine ≅ N 1-ethylspermine >N 1,N 12-bis(ethyl)spermine, whereas the order of analogue potency regarding the inhibitory effect was inverted, with inhibition constant values of 10, 3.1, 1.5, and 0.98 μM, respectively. Although the above analogues failed to interact with the putrescine-specific uptake system, they exhibited high affinity for the polyamine uptake system encoded by thepotABCD operon. Despite this fact, none of the analogues could be internalized by the polyamine transport system, and therefore they could not influence the intracellular polyamine pools and growth of E. coli cells.

Επίδραση Του Ιοντικού Περιβάλλοντος Στη Λειτουργία Αντιβιοτικών Που Αναστέλλουν Την Πρωτεϊνική Σύνθεση

“…Στο εντεροβακτήριο Ε. coli απαντώνται φυσιολογικά η πουτρεσκίνη (20 mM) και η σπερμιδίνη (6 mM) (Tabor and Tabor, 1985). Μελέτες όμως δείχνουν ότι εξωγενής σπερμίνη εισέρχεται στο κύτταρο χρησιμοποιώντας τον μεταφορέα της σπερμιδίνης (Igarashi and Kashiwagi, 2000;Karahalios et al, 1999;Karahalios et al, 1998;Tabor and Tabor, 1985). Λόγω της υψηλότερης δραστικότητάς της, η σπερμίνη σε μικρές συγκεντρώσεις, είναι ικανή να υποκαταστήσει πλήρως το βιολογικό ρόλο της πουτρεσκίνης και σπερμιδίνης στις κυτταρικές απαιτήσεις (Kakegawa et al, 1991).…”

“…Η επίδραση των πολυαμινών κατά τον σχηματισμό του πεπτιδικού δεσμού έχει μελετηθεί με κινητική ανάλυση, η οποία επέτρεψε τη διευκρίνιση του μηχανισμού δράσης τους (Drainas and Kalpaxis, 1994;Kalpaxis and Drainas, 1992;Kalpaxis and Drainas, 1993;Michelinaki et al, 1997;Vester and Douthwaite, 2001). Επόμενες μελέτες προσδιόρισαν το ρόλο του φορτίου και της διαμορφωτικής ελευθερίας του μορίου της σπερμίνης στη βιολογική της δράση (Karahalios et al, 1999;Karahalios et al, 1998).…”

Μελέτη του συστήματος μεταφοράς σήματος δύο συστατικών AtoS-AtoC και η συμβολή του στη ρύθμιση κυτταρικών λειτουργιών μικροοργανισμών

“…πρόσφατα νεοσυντιθέµενων αναλόγων πολυαµινών πραγµατοποιήθηκαν και στο βακτήριο Ε. coli, καθώς αποτελεί ένα απλό βιοχηµικό εργαλείο, µε σκοπό τη διερεύνηση της εξειδίκευσης του συστήµατος πρόσληψης πολυαµινών, καθώς θεωρείται ένας από τους κύριους χηµειοθεραπευτικούς στόχους (Karahalios et al, 1998a(Karahalios et al, , 1999. Οι αλληλεπιδράσεις ακετυλιωµένων παραγώγων πολυαµινών µε τους πολυαµινικούς µεταφορείς (Karahalios et al, 1998a) ή µε την πεπτιδυλοτρανσφεράση (Karahalios et al, 1998b) έδειξαν τη σηµασία των πρωτοταγών και δευτεροταγών αµινοµάδων καθώς και της ευελιξίας της ανθρακικής αλυσίδας στον καθορισµό βακτηριακών λειτουργιών, όπως ο συναγωνισµός µε τις πολυαµίνες στη πρόσληψη, η αναστολή της ανάπτυξης και η οµοιόσταση των ενδοκυττάριων πολυαµινών.…”

“…Μια σειρά νεοσυντιθέµενων αναλόγων πολυαµινών ελέγχθηκαν στη συνέχεια ως προς την επίδρασή τους σε σηµαντικές βιολογικές διεργασίες όπως είναι η µεταγραφική ενεργοποίηση γονιδίων καθώς επίσης και η ικανότητά τους να µεταβολίζονται από πολυαµινο-εξαρτώµενα E. coli κύτταρα, µιµούµενα τις πολυαµίνες. Τα ανάλογα αυτά που πιθανότατα προσλαµβάνονται από το ίδιο σύστηµα πρόσληψης πολυαµινών (Casero and Woster, 2001;Karahalios et al, 1998a;Karahalios et al, 1999), µεταβολίζονται από τα πολυαµινο-εξαρτώµενα κύτταρα, αφού τα κύτταρα παρουσία τους αναπτύχθηκαν κανονικά, παρά τη µικρή καθυστέρηση στην είσοδό τους στη λογαριθµική φάση.…”

Δομικές και λειτουργικές μελέτες της επίδρασης των πολυαμινών στην καταλυτική ροβοσωματικη υπομονάδα του εντεροβακτηρίου escherichia coli

“…Μελέτες του εργαστηρίου μας έχουν δείξει ότι οι πολυαμίνες επηρεάζουν άμεσα τη δραστικότητα της πεπτιδυλοτρανσφεράσης (Kalpaxis andDrainas, 1993, Drainas and. Μελέτες συσχέτισης δομής/λειτουργίας αποκάλυψαν ότι σημαντικό ρόλο στη βιολογική δράση των πολυαμινών στην καταλυτική δραστικότητα των ριβοσωμάτων διαδραματίζει το φορτίο και η κατανομή του στην αλειφατική αλυσίδα, καθώς και η ικανότητα περιστροφής των υποκαταστατών των αμινομάδων των πολυαμινών (Snyder and Edwards, 1991, Karahalios et al, 1999.…”