Brefeldin A

Strukturformel
Struktur von Brefeldin A
Allgemeines
Name Brefeldin A
Andere Namen

γ,4-Dihydroxy-2-(6-hydroxy-1-heptenyl)-4-cyclopentancrotonsäure-λ-lacton

Summenformel C16H24O4
Kurzbeschreibung

weißes bis gelbweißes kristallines Pulver[1]

Externe Identifikatoren/Datenbanken
CAS-Nummer 20350-15-6
EG-Nummer (Listennummer) 606-528-3
ECHA-InfoCard 100.127.053
PubChem 5287620
ChemSpider 4449949
DrugBank DB07348
Wikidata Q168790
Eigenschaften
Molare Masse 280,36 g·mol−1
Aggregatzustand

fest

Sicherheitshinweise
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung[1]
Gefahrensymbol

Gefahr

H- und P-Sätze H: 301
P: 301+310[1]
Toxikologische Daten

275 mg·kg−1 (LD50, Ratte, oral)[1]

Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen (0 °C, 1000 hPa).

Brefeldin A (Abkürzung: BFA) ist ein Lacton-Antibiotikum, das von Pilzen wie Eupenicillium brefeldianum synthetisiert wird und ursprünglich als ein antivirales Therapeutikum isoliert wurde.[2] Seit dem Ende des 20. Jahrhunderts wird es hauptsächlich in der medizinischen und biologischen Forschung zur Untersuchung des Proteintransportes eingesetzt.[3] Außerdem findet es seit seiner Erstbeschreibung als Substanz zur Verbesserung der CRISPR-Technik im Feld des Genom-Editierens Anwendung.[4]

BFA induziert retrograden Transport vom Golgi-Apparat zum Endoplasmatischen Retikulum, wodurch es zu einer Akkumulation von Proteinen (zum Beispiel von Interferon γ) im Endoplasmatischen Retikulum kommt. Brefeldin A scheint dabei an einem bestimmten GTP-Austauschfaktor anzugreifen, der für die Aktivierung der GTPase Arf1p verantwortlich ist.[5]

Geschichte

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Die Substanz hat ihren Namen von dem Pilz Eupenicillium brefeldianum.[6] Sie wurde zuerst 1958 von V.L. Singleton aus Penicillium decumbens isoliert. Als Metabolit wurde sie von H.P. Siggs identifiziert.[7] Seit 1971 wurden mehrere erfolgreiche Synthesemethoden beschrieben.

Zunächst bestand das Interesse der Forschung an der antiviralen Aktivität der Substanz. Seit den Entdeckungen von Takatsuki und Tamara 1985 und der Beobachtung von zytotoxischen Effekten auf einige Krebszelllinien wird sie häufiger in der Forschung eingesetzt.[7] Heutzutage kommt sie in der Forschung meistens zur Untersuchung von Membrantransport und Vesikeltransport zwischen dem endoplasmatischen Retikulum und dem Golgi-Apparat zum Einsatz.

Physikalische Eigenschaften

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Löslichkeit:

Die Wirkung von Brefeldin A

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Brefeldin A wirkt in kürzester Zeit als Zellgift: Der Golgi-Apparat zerfällt und wandelt sich zum Endoplasmatischen Retikulum (ER).[9] Wegen dieser Charakteristik ist Brefeldin ein wirksamer Hemmstoff der Sekretion einer Zelle: Proteine, die sezerniert werden sollen, werden im ER translatiert, reifen im Golgi und in Post-Golgi-Kompartimenten und werden schließlich durch Vesikelfusion mit der Zellmembran freigesetzt.

Brefeldin A hemmt Proteine, die ADP-Ribosylierungsfaktoren aktivieren, die sogenannte Arfs. Im ER werden durch kleine, GTP-beladene G-Proteine der Arf-Familie Protein-Komplexe organisiert, sogenannte Coats. Die Coats helfen, notwendige Transportmoleküle auszuwählen und wirken als Gerüst, an dem Vesikel abgeschnürt werden.[10] Auf dem Weg vom ER zum Golgi hin werden solche Vesikel erst vom ER abgeschnürt und dann in den Golgi eingelagert (Zisternenreifung oder anterograder Transport); umgekehrt werden in gleicher Weise auch Proteine in Vesikeln zur Wiederverwendung vom Golgi zurück zum ER geschleust (retrograder Transport).[11] Die Bildung solcher Vesikel hängt von der COP-I-Zusammenlagerung durch Arf1-GTP ab. Brefeldin-A-Hemmung von Arf1 löst die COP-I-Vesikel auf, lässt den Golgi kollabieren und lagert die betroffenen Proteine wieder in das ER ein.[9]

Durch GTP-spaltende GTPase wird das aktive Arf1-GTP zum inaktiven Arf1-GDP umgewandelt. Arf1-GPD wiederum tauscht, vermittelt durch Sec7-GDP-GTP-Austauschfaktoren, GDP wieder gegen GTP aus. Brefeldin A blockiert den GDP-GTP-Austausch, indem es den Arf1-GDP:Sec7-Komplex stabilisiert und damit inaktiviert.[12] Dies war das erste Beispiel dafür, dass ein Toxin ein Protein in einer Falle fängt und so seine Funktion eliminiert.[13]

Literatur

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Commons: Brefeldin A – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Einzelnachweise

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  1. ↑ a b c d Datenblatt Brefeldin A bei Sigma-Aldrich, abgerufen am 14. März 2011 (PDF).Vorlage:Sigma-Aldrich/Name nicht angegeben
  2. ↑ Tamura G, Ando K, Suzuki S, Takatsuki A, Arima K: Antiviral activity of brefeldin A and verrucarin A. In: J Antibiot. 21. Jahrgang, Nr. 2, Februar 1968, S. 160–161, PMID 4299889.
  3. ↑ Klausner RD, Donaldson JG, Lippincott-Schwartz J: Brefeldin A: insights into the control of membrane traffic and organelle structure. In: J. Cell Biol. 116. Jahrgang, Nr. 5, März 1992, S. 1071–80, doi:10.1083/jcb.116.5.1071, PMID 1740466, PMC 2289364 (freier Volltext).
  4. ↑ Chen Yu, Yanxia Liu, Tianhua Ma, Kai Liu, Shaohua Xu, Yu Zhang, Honglei Liu, Marie La Russa, Min Xie, Sheng Ding, Lei S. Qi: Small Molecules Enhance CRISPR Genome Editing in Pluripotent Stem Cells. In: Cell Stem Cell. 16. Jahrgang, Nr. 2, Februar 2015, S. 142–147, doi:10.1016/j.stem.2015.01.003.
  5. ↑ Rajamahanty S, Alonzo C, Aynehchi S, Choudhury M, Konno S: Growth inhibition of androgen-responsive prostate cancer cells with brefeldin A targeting cell cycle and androgen receptor. In: Journal of Biomedical Science. 17. Jahrgang, Nr. 1, 2010, S. 5, doi:10.1186/1423-0127-17-5, PMID 20102617, PMC 2843609 (freier Volltext).
  6. ↑ Jianfeng Wang, Yaojian Huang, Meijuan Fang, Yongjie Zhang, Zhonghui Zheng: Brefeldin A, a cytotoxin produced by Paecilomyces sp. and Aspergillus clavatus isolated from Taxus mairei and Torreya grandis. In: FEMS Immunology & Medical Microbiology. Band 34, Nr. 1, 1. September 2002, S. 51–57, doi:10.1111/j.1574-695X.2002.tb00602.x (oup.com [abgerufen am 12. Mai 2018]).
  7. ↑ a b T. G. McCloud, M. P. Burns, F. D. Majadly, G. M. Muschik, D. A. Miller: Production of brefeldin-A. In: Journal of Industrial Microbiology. Band 15, Nr. 1, 1. Juli 1995, S. 5–9, doi:10.1007/BF01570006.
  8. ↑ Physikalische Eigenschaften: Brefeldin A (Memento vom 26. Juni 2006 im Internet Archive), Produktinformation der Firma Fermentek
  9. ↑ a b N. Sciaky, J. Presley, C. Smith, K. J. Zaal, N. Cole, J. E. Moreira, M. Terasaki, E. Siggia, J. Lippincott-Schwartz: Golgi tubule traffic and the effects of brefeldin A visualized in living cells. In: Journal of Cell Biology. Band 139, Nummer 5, Dezember 1997, S. 1137–1155, PMID 9382862, PMC 2140213 (freier Volltext).
  10. ↑ Randy Schekman, L. Orci: Coat proteins and vesicle budding. In: Science. Band 271, Nummer 5255, März 1996, S. 1526–1533, PMID 8599108 (Review).
  11. ↑ B. S. Glick, V. Malhotra: The curious status of the Golgi apparatus. In: Cell. Band 95, Nummer 7, Dezember 1998, S. 883–889, PMID 9875843.
  12. ↑ A. Peyroche, B. Antonny, S. Robineau, J. Acker, J. Cherfils, C. L. Jackson: Brefeldin A acts to stabilize an abortive ARF-GDP-Sec7 domain protein complex: involvement of specific residues of the Sec7 domain. In: Molecular cell. Band 3, Nummer 3, März 1999, S. 275–285, PMID 10198630.
  13. ↑ P. Chardin, F. McCormick: Brefeldin A: the advantage of being uncompetitive. In: Cell. Band 97, Nummer 2, April 1999, S. 153–155, PMID 10219235 (Review).