Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1052710.32607/20758251-2014-6-3-11-18ReviewsОбзорыResearch ArticleCobra Cytotoxins: Structural Organization and Antibacterial ActivityЦитотоксины кобр: структурная организация и антибактериальная активностьDubovskiiP. V.ДубовскийП. В.
Russian Federation
utkin@mx.ibch.ruUtkinY. N.УткинЮ. Н.
Russian Federation
utkin@mx.ibch.ruShemyakin-Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of SciencesИнститут биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН1509201463VOL 6, NO3 (2014)ТОМ 6, №3 (2014)111817012020Copyright ©; 2014, Dubovskii P.V., Utkin Y.N.Copyright ©; 2014, Дубовский П.В., Уткин Ю.Н.2014Dubovskii P.V., Utkin Y.N.Дубовский П.В., Уткин Ю.Н.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10527

Cardiotoxins (cytotoxins, CT) are β-structured proteins isolated from the venom of cobra. They consist of 59-61 amino acid residues, whose antiparallel chains form three ‘fingers’. In contrast to neurotoxins with an overall similar fold, CTs are amphiphilic. The amphiphilicity is caused by positively charged lysine and arginine residues flanking the tips of the loops that consist primarily of hydrophobic amino acids. A similar distribution of amino acid residues is typical for linear (without disulfide bonds) cationic cytolytic peptides from the venoms of other snakes and insects. Many of them are now considered to be lead compounds in combatting bacterial infections and cancer. In the present review, we summarize the data on the antibacterial activity of CTs and compare it to the activity of linear peptides.

Кардиотоксины (цитотоксины, ЦТ) - это выделенные из яда кобр β-структурные белки из 59-61 аминокислотного остатка, антипараллельные цепи которых организованы в виде трех петель. В отличие от нейротоксинов, имеющих такую же пространственную укладку, ЦТ амфифильны. Это обусловлено тем, что окончания их петель сформированы преимущественно гидрофобными аминокислотными остатками, которые окаймляет пояс положительно заряженных остатков лизина и аргинина. Сходным распределением аминокислотных остатков характеризуются линейные (без дисульфидных связей) катионные цитолитические пептиды из ядов других змей и насекомых, которые в настоящее время рассматривают в качестве прототипов соединений, обладающих антибактериальной и противоопухолевой активностью. В представленном обзоре суммированы данные об антибактериальной активности ЦТ и проведено сравнение с активностью линейных пептидов.

antibacterial activitylipopolysaccharidepeptidoglycanplasma membranethree-finger cardiotoxins (cytotoxins)cytolytic cationic peptidesвосстановленный глутатионглутатионпероксидазаглутатионредуктазаглутатион-S-трансферазакаспазымелаксенфрагментация ДНКхронический алкогольный гепатитThis work was supported by the Russian Foundation for Basic Research (grant 13-04-02128).Работа поддержана РФФИ (грант № 13-04-02128).[1] Kini R.M., Evans H.J. // Int. J. Pept. Prot. Res. 1989, V.34, P.277-286[2] Landon C., Meudal H., Boulanger N., Bulet P., Vovelle F. // Biopolymers. 2006, V.81, P.92-103[3] Dubovskii P.V., Volynsky P.E., Polyansky A.A., Chupin V.V., Efremov R.G., Arseniev A.S. // Biochemistry. 2006, V.45, P.10759-10767[4] Bhattacharjya S., Domadia P.N., Bhunia A., Malladi S., David S.A. // Biochemistry. 2007, V.46, P.5864-5874[5] Dubovskii P.V., Volynsky P.E., Polyansky A.A., Karpunin D.V., Chupin V.V., Efremov R.G., Arseniev A.S. // Biochemistry. 2008, V.47, P.3525-3533[6] Abbassi F., Lequin O., Piesse C., Goasdoue N., Foulon T., Nicolas P., Ladram A. // J. Biol. Chem. 2010, V.285, P.16880-16892[7] Legrand B., Laurencin M., Sarkis J., Duval E., Moret L., Hubert J.F., Cohen M., Vie V., Zatyiny-Gaudin C., Henry J., Baudi-Floc’h M., Bondon A. // Biochim. Biophys. Acta. 2011, V.1808, P.106-116[8] Wang G., Li X., Wang Z. // Nucleic Acids Res. 2009, V.37, №933, P.937[9] Bauer F., Schweimer K., Kluver E., Conejo-Garcia J.R., Forssmann W.G., Rosch P., Adermann K., Sticht H. // Protein Sci. 2001, V.10, P.2470-2479[10] Powers J.P.S., Rozek A., Hancock R.E.W. // Biochim. Biophys. Acta. 2004, V.1698, P.239-250[11] Sayyed-Ahmad A., Kaznessis Y.N. // PloS One. 2009, V.4, №3, P.e4799[12] Konshina A.G., Dubovskii P.V., Efremov R.G. // Curr. Protein Pept. Sci. 2012, V.13, P.570-584[13] Yount N.Y., Kupferwasser D., Spisni A., Dutz S.M., Ramjan Z.H., Sharma S., Waring A.J., Yeaman M.R. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2009, V.106, P.14972-14977[14] Dubovskii P.V., Vassilevski A.A., Samsonova O.V., Egorova N.S., Kozlov S.A., Feofanov A.V., Arseniev A.S., Grishin E.V. // FEBS J. 2011, V.278, P.4382-4393[15] Mader J.S., Hoskin D.W. // Expert Opin. Investig. Drugs. 2006, V.15, P.933-946[16] Hoskin D.W., Ramamoorthy A. // Biochim. Biophys. Acta. 2008, V.1778, P.357-375[17] Schweizer F. // Eur. J. Pharmacol. 2009, V.625, P.190-194[18] Riedl S., Zweytick D., Lohner K. // Chem. Phys. Lipids. 2011, V.164, P.766-781[19] Fazio M.A., Jouvensal L., Vovelle F., Bulet P., Miranda M.T., Daffre S., Miranda A. // Biopolymers. 2007, V.88, P.386-400[20] Haney E.F., Hunter H.N., Matsuzaki K., Vogel H.J. // Biochim. Biophys. Acta. 2009, V.1788, P.1639-1655[21] Feliu L., Oliveras G., Cirac A.D., Besalu E., Roses C., Colomer R., Bardaji E., Pianas M., Puig T. // Peptides. 2010, V.31, P.2017-2026[22] Fadnes B., Uhlin-Hansen L., Lindin I., Rekdal O. // BMC Cancer. 2011, V.11, P.116[23] Dubovskii P.V., Konshina A.G., Efremov R.G. // Curr. Med. Chem. 2014, V.21, P.270-287[24] Nguyen L.T., Chau J.K., Perry N.A., de Boer L., Zaat S.A., Vogel H.J. // PloS One. 2010, V.5, P.e12684[25] Verardi R., Traaseth N.J., Shi L., Porcelli F., Monfregola L., De Luca S., Amodeo P., Veglia G., Scaloni A. // Biochim. Biophys. Acta. 2011, V.1808, P.34-40[26] Dufton M.J., Hider R.C. // Pharmacol. Ther. 1988, V.36, P.1-40[27] Kumar T.K., Jayaraman G., Lee C.S., Arunkumar A.I., Sivaraman T., Samuel D., Yu C. // J. Biomol. Struct. Dyn. 1997, V.15, P.431-463[28] Kini R.M., Doley R. // Toxicon. 2010, V.56, P.855-867[29] Chien K.Y., Chiang C.M., Hseu Y.C., Vyas A.A., Rule G.S., Wu W. // J. Biol. Chem. 1994, V.269, P.14473-14483[30] Dubovskii P.V., Lesovoy D.M., Dubinnyi M.A., Konshina A.G., Utkin Y.N., Efremov R.G., Arseniev A.S. // Biochem. J. 2005, V.387, P.807-815[31] Dubinnyi M.A., Lesovoy D.M., Dubovskii P.V., Chupin V.V., Arseniev A.S. // Solid State Nucl. Magn. Reson. 2006, V.29, P.305-311[32] Feofanov A.V., Sharonov G.V., Dubinnyi M.A., Astapova M.V., Kudelina I.A., Dubovskii P.V., Rodionov D.I., Utkin Y.N., Arseniev A.S. // Biochemistry (Mosc.). 2004, V.69, P.1148-1157[33] Feofanov A.V., Sharonov G.V., Astapova M.V., Rodionov D.I., Utkin Y.N., Arseniev A.S. // Biochem. J. 2005, V.390, P.11-18[34] Wang C.H., Wu W.G. // FEBS Lett. 2005, V.579, P.3169-3174[35] Wu M., Ming W., Tang Y., Zhou S., Kong T., Dong W. // Am. J. Chin. Med. 2013, V.41, P.643-663[36] Wu P.L., Chiu C.R., Huang W.N., Wu W.G. // Biochim. Biophys. Acta. 2012, V.1818, P.1378-1385[37] Epand R.M., Rotem S., Mor A., Berno B., Epand R.F. // J. Am. Chem. Soc. 2008, V.130, P.14346-14352[38] Dubovskii P.V., Dementieva D.V., Bocharov E.V., Utkin Y.N., Arseniev A.S. // J. Mol. Biol. 2001, V.305, P.137-149[39] Dubovskii P.V., Lesovoy D.M., Dubinnyi M.A., Utkin Y.N., Arseniev A.S. // Eur. J. Biochem. 2003, V.270, P.2038-2046[40] Tjong S.C., Chen T.S., Huang W.N., Wu W.G. // Biochemistry. 2007, V.46, P.9941-9952[41] Galat A., Gross G., Drevet P., Sato A., Menez A. // FEBS J. 2008, V.275, P.3207-3225[42] Chen T.S., Chung F.Y., Tjong S.C., Goh K.S., Huang W.N., Chien K.Y., Wu P.L., Lin H.C., Chen C.J., Wu W.G. // Biochemistry. 2005, V.44, P.7414-7426[43] Dementieva D.V., Bocharov E.V., Arseniev A.S. // Eur. J. Biochem. 1999, V.263, P.152-162[44] Dauplais M., Neumann J.M., Pinkasfeld S., Menez A., Roumestand C. // Eur. J. Biochem. 1995, V.230, P.213-220[45] Vyas A.A., Pan J.J., Patel H.V., Vyas K.A., Chiang C.M., Sheu Y.C., Hwang J.K., Wu W.G. // J. Biol. Chem. 1997, V.272, P.9661-9670[46] Vyas K.A., Patel H.V., Vyas A.A., Wu W.G. // Biochemistry. 1998, V.37, P.4527-4534[47] Pal S.K., Gomes A., Dasgupta S.C., Gomes A. // Indian J. Exp. Biol. 2002, V.40, P.1353-1358[48] de Lima D.C., Abreu A.P., de Freitas C.C., Santos D.O., Borges R.O., Dos Santos T.C., Cabral M.R., Rodrigues C.R., Castro H.C. // Evid. Based Complement. Alternat. Med. 2005, V.2, P.39-47[49] Koh D.C., Armugam A., Jeyaseelan K. // Cell. Mol. Life Sci. 2006, V.63, P.3030-3041[50] Samy P.R., Gopalakrishnakone P., Thwin M.M., Chow T.K., Bow H., Yap E.H., Thong T.W. // J. Appl. Microbiol. 2007, V.102, P.650-659[51] Gomes A., Bhattacharjee P., Mishra R., Biswas A.K., Dasgupta S.C., Giri B. // Indian J. Exp. Biol. 2010, V.48, P.93-103[52] Kapoor V.K. // Indian J. Exp. Biol. 2010, V.48, P.228-237[53] King G.F. // Expert Opin. Biol. Ther. 2011, V.11, P.1469-1484[54] Lazarev V.N., Govorun V.M. // Appl. Biochem. Microbiol. 2010, V.46, P.803-814[55] Koh C.Y., Kini R.M. // Toxicon. 2012, V.59, №4, P.497-506[56] Talan D.A., Citron D.M., Overturf G.D., Singer B., Froman P., Goldstein E.J. // J. Infect. Dis. 1991, V.164, P.195-198[57] Thomas R.G., Pough F.H. // Toxicon. 1979, V.17, P.221-228[58] Glaser H.S.R. // Copeia. 1948, P.245-247[59] Stiles B.G., Sexton F.W., Weinstein S.A. // Toxicon. 1991, V.29, P.1129-1141[60] Okubo B.M., Silva O.N., Migliolo L., Gomes D.G., Porto W.F., Batista C.L., Ramos C.S., Holanda H.H., Dias S.C., Franco O.L., Moreno S.E. // PLoS One. 2012, V.7, P.e33639[61] Rima M., Accary C., Haddad K., Sadek R., Hraoui-Bloquet S., Desfontis J.C., Fajloun Z. // Infect. Disord. Drug. Targets. 2013, V.13, P.337-343[62] Stocker J.F., Traynor J.R. // J. Appl. Microbiol. 1986, V.61, P.383-388[63] Samy P.R., Pachiappan A., Gopalakrishnakone P., Thwin M.M., Hian Y.E., Chow V.T., Bow H., Weng J.T. // BMC Infect. Dis. 2006, V.6, P.100[64] Lee M.L., Tan I.O., N.H. I.O., Fung S.Y., Sekaran S.D. // Comp. Biochem. Physiol. C. Toxicol. Pharmacol. 2011, V.153, P.237-242[65] Samy P.R., Gopalakrishnakone P., Ho B., Chow V.T. // Biochimie. 2008, V.90, P.1372-1388[66] Aloof-Hirsch S., de Vries A., Berger A. // Biochim. Biophys. Acta. 1968, V.154, P.53-60[67] Mollmann U., Gutsche W., Maltz L., Ovadia M. // Toxicon. 1997, V.35, P.487-487[68] Raghuraman H., Chattopadhyay A. // Biosci. Rep. 2007, V.27, P.189-223[69] Kozlov S.A., Vassilevski A.A., Feofanov A.V., Surovoy A.Y., Karpunin D.V., Grishin E.V. // J. Biol. Chem. 2006, V.281, P.20983-20992[70] Vassilevski A.A., Kozlov S.A., Zhmak M.N., Kudelina I.A., Dubovskii P.V., Shatursky O.Y., Arseniev A.S., Grishin E.V. // Rus. J. Bioorgan. Chem. 2007, V.33, P.376-382[71] Torres A.M., Wong H.Y., Desai M., Moochhala S., Kuchel P.W., Kini R.M. // J. Biol. Chem. 2003, V.278, P.40097-40104[72] Nair D.G., Fry B.G., Alewood P., Kumar P.P., Kini R.M. // Biochem. J. 2007, V.402, P.93-104[73] Wang Y., Hong J., Liu X., Yang H., Liu R., Wu J., Wang A., Lin D., Lai R. // PLoS One. 2008, V.3, P.e3217[74] Chen L.W., Kao P.H., Fu Y.S., Lin S.R., Chang L.S. // Toxicon. 2011, V.58, №1, P.46-53[75] Bhunia A., Domadia P.N., Torres J., Hallock K.J., Ramamoorthy A., Bhattacharjya S. // J. Biol. Chem. 2010, V.285, P.3883-3895[76] Piers K.L., Brown M.H., Hancock R.E. // Antimicrob. Agents Chemother. 1994, V.38, P.2311-2316[77] Arcidiacono S., Soares J.W., Meehan A.M., Marek P., Kirby R. // J. Pept. Sci. 2009, V.15, P.398-403[78] Chen L.W., Kao P.H., Fu Y.S., Hu W.P., Chang L.S. // Peptides. 2011, V.32, №8, P.1755-1763[79] Kao P.H., Lin S.R., Hu W.P., Chang L.S. // Toxicon. 2012, V.60, P.367-377[80] Marchot P., Bougis P.E., Ceard B., van Rietschoten J., Rochat H. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 1988, V.153, P.642-647[81] Smith C.A., Hinman C.L. // J. Biochem. Mol. Toxicol. 2004, V.18, P.204-220[82] Smith C.A., Hinman C.L. // Arch. Biochem. Biophys. 2004, V.432, P.88-101[83] Shenkarev Z.O., Balandin S.V., Trunov K.I., Paramonov A.S., Sukhanov S.V., Barsukov L.I., Arseniev A.S., Ovchinnikova T.V. // Biochemistry. 2011, V.50, P.6255-6265[84] Kaplan N., Morpurgo N., Linial M. // J. Mol. Biol. 2007, V.369, P.553-566[85] Dubovskii P.V., Vorontsova O.V., Utkin Y.N., Arseniev A.S., Efremov R.G., Feofanov A.V. // Mendeleev Communications. 2015. in press.