Brassinosteroidy

Wzór strukturalny brasinolidu

Brassinosteroidy, brasinosteroidy, BR – grupa sterydowych hormonów roślinnych. Pierwszym odkrytym brassinosteroidem był brasinolid, który w roku 1979 w roku został wyizolowany z pyłku rzepaku Brassica napus^[1]. Związek ten odpowiada głównie za wydłużenie łodygi, stymulacje podziały komórkowe oraz ochronę roślin przed stresem środowiskowym^[2]. Wydajność pozyskiwania brassinsteroidów jest bardzo niska, z 230 kg Brassica napus można uzyskać jedynie 10 mg brasinolidu. Od momentu odkrycia zostało wyizolowanych z różnych roślin ponad 70 brassinosteroidów^[3]. Pod względem chemicznym są podobne do hormonów zwierzęcych. Przemiany metaboliczne, zarówno dokładny szlak biosyntezy i katabolizm BRs, są nadal zagadką dla człowieka. Wiąże się z nimi nadzieje w wykorzystaniu w rolnictwie i jako potencjalne związki farmakologicznie czynne.

Biosynteza

Brassinosteroidy są wytwarzane z kampesterolu. Wyróżniany jest szlak biosyntezy BRs mewalonianowy u roślin wyższych i niemewalonianowy u roślin niższych. Następnie rozgałęzia się na ścieżkę cykloartenol- i cykloartanol-zależną. C27-BRs są przekształcane do C28-norBL, gdzie synteza C29 pochodnej jest inicjowana przez β-sitosterol i prowadzi do wytworzenia C28-homoBL. Na przykładzie powstawania jak dotąd najbardziej poznanego brassinosteroidu, czyli brassinolidu, wyróżniono trzy ścieżki prowadzące do powstania C27-, C28- i C29-pochodnych^[1]. Z kampesterolu w szeregu reakcji przekształcają się kolejno w kampastenol, katasterol, teasterol, tyfasterol, kastasteron (CS) i wreszcie brassinolid (BL). Przemiana kastasteronu do brassinolidu nie zachodzi jedynie u tytoniu szlachetnego Nicotiana tabacum i ryżu siewnego Orryza sativa^[4]. Każdy kolejny metabolit w szlaku biosyntezy ma aktywność większą niż jego poprzednik i tak CS ma właściwości słabsze od BL^[4]. Po raz pierwszy szlak syntezy został opisany przez badaczy japońskich, a następnie skorygowany przez analizę mutantów pod względem biosyntezy brassinosteroidów u rozdkiewnika pospolitego, pomidorów i grochu^[5]. Miejsce syntezy brassinosteroidów nie zostało doświadczalnie ustalone. Przyjmuje się hipotezę, że wszystkie tkanki roślinne są zdolne do syntezy BR, ale jedynie w niektórych z organów roślinnych dochodzi do ekspresji genów odpowiedzialnych za tworzenie łańcucha przekazywania sygnału. Hipotezę to potwierdzają obserwacje stosunkowo niewielkiego zasięgu działania hormonów z grupy brassinosteroidów^[6][7]. Doświadczenia wykazały, że akropetalny transport brassinosteroidów na większe odległości w organizmach roślin jest możliwy, jednak nie wiadomo, czy taki transport ma jakieś znaczenie biologiczne^[6].

Synteza BL z kampesterolu

Budowa chemiczna

Brassinosteroidy swoją budową chemiczną są podobne do hormonów zwierzęcych. Mają budowę 5α-cholesteranu i wykazują podobieństwo do cholesterolu czy hormonów płciowych^[8]. Do czterech cyklicznych pierścieni przyłączony jest łańcuch boczny przy węglu C17. W budowie BRs wyróżniono pierścienie A, B, C i D. Pierścień B ma właściwości heterocykliczne, gdzie możliwa jest modyfikacja polegająca na utracie właściwości heterocyklicznych i podstawienia grupą ketonową. Do pierścienia A mogą zostać przyłączone grupy hydroksylowe lub epoksydowe. Także do łańcucha bocznego mogą być przyłączone grupy hydroksylowe^[9]. BRs mogą ulegać szeregom reakcji, głównie katabolicznych np. glukozylacji czy estryfikacji, które to prowadzą do ich inaktywacji.

Rola

BRs są znajdowane w większych ilościach w młodych tkankach roślinnych. Cząsteczka brassinosteroidu przyłącza się do receptora błonowego BRI1 i powstaje kompleks hormon-receptor, który ma właściwości kinazy BAK1^[8]. Wnika do jądra komórkowego, gdzie odnajduje właściwe miejsce w chromatynie. Zachodzą procesy transkrypcji i translacji, po czym wydzielane jest nowe białko. Wykazany został udział brassinosteroidów w licznych procesach zachodzących w roślinach, głównie anabolicznych:

• Stymulacja wzrostu i wydłużania komórek^[6] we współdziałaniu z auksynami^[10].
• Niejasną rolę odgrywają także w podziałach komórkowych i odtwarzaniu ściany komórkowej^[6].
• Wywołują różnicowanie się komórek naczyniowych^[11].
• Są konieczne przy formowaniu łagiewki pyłkowej^[12].
• Przyspieszają starzenie się komórek w zamierających hodowlach tkankowych, gdzie współdziałają z etylenem, powodując szybsze dojrzewanie owoców. Opóźnienie starzenia w mutantach o obniżonej ilości brassinosteroidów wskazuje na takie działanie także w całych roślinach^[6].
• Mogą działać ochronnie podczas okresu chłodu i suszy działającej na rośliny^[6].

Właściwości

Właściwości antynowotworowe i przeciwproliferacyjne

Brassinosteroidy wykazują działanie przeciwnowotworowe, przerywając cykl komórkowy w fazie S i zmniejszając proporcje komórek w fazie G₀/G₁ do komórek w fazie S, kierują je na drogę apoptozy^[13]. Wykazano to na liniach komórkowych raka gruczołu krokowego LNCaP i raka sutka MCF-7^[13]. BRs nie działają negatywnie na zdrowe komórki, zaś najwyższą aktywność stwierdzono dla kastasteronu, 28-homokastasteronu i 24-epibrassinolidu^[14]. BRs mają także właściwości hamujące angiogenezę i wzrost guza. Przebadano komórki śródbłonka linii HMEC-1, działając na nie 24-epibrassinolidem. Wyniki udowodniły zmniejszenie zdolności komórek nowotworowych do migracji i ich właściwości proliferacyjnych^[13]. Wykazano to na liniach komórkowych raka gruczoły krokowego LNCaP i raka sutka MCF-7^[13].

Kwiaty rzepaku, pierwszej rośliny, w której odkryto BRs

Właściwości przeciwdrobnoustrojowe

Brassinosteroidy mają właściwości antywirusowe, antybakteryjne i przeciwgrzybicze. BRs, te naturalne i syntetyczne, działają na szereg wirusów, w tym wirusa polio i arenowirusy. Wykazano również działanie na oba typy wirusa opryszczki (HSV)^[15]. Hamują syntezę wirusowych kwasów nukleinowych i antygenów oraz zmniejszają powinowactwo wirusowych receptorów do receptorów komórkowych. Zwiększają wydzielanie interleukin i TNFα pomagając zwalczać infekcje wirusowe. Udowodniono wpływ BRs na zakażenie wirusem HIV przez hamowanie wirusowych proteaz^[16].

Działanie przeciwzapalne i neuroprotekcyjne

Działanie przeciwzapalne wykazano dla syntetycznych BRs, które hamowały objawy zapalenia w trzy dni^[17]. Większość zsyntezowanych BRs ma budowę podobną do deksametazonu, co odpowiada za ich przeciwzapalne działanie. Ich działanie polega na hamowaniu wytwarzania cytokin prozapalnych i prostaglandyn, a zwiększeniu wydzielania interferonu i działających protekcyjnie: witaminy A i witaminy E. Redukują działanie stresu oksydacyjnego wywołanego przez wolne rodniki. Udowodniono nasiloną produkcję leukocytów, co mobilizowało odpowiedź obronną organizmu na zapalenie. BRs zwiększały migrację fibroblastów i kolagenu do miejsca zranienia, a hamowały wyrzut TNFα, a co za tym idzie – promowały gojenie się ran^[18]. Ich możliwość zwiększenia produkcji kolagenu daje nadzieję na zastosowanie w terapii przeciwzmarszczkowej. Działanie neuroprotekcyjne BRs związane jest z ich możliwością łagodzenia stresu oksydacyjnego oraz zmniejszenia działania wolnych rodników przez enzymy takie jak np. dysmutaza ponadtlenkowa czy katalaza. Czynniki odpowiedzialne za stres oksydacyjny promują starzenie się komórki i jej obumieranie przez nagromadzenie się w niej mutacji. Kastasteron (CS) przeciwdziałał nagromadzeniu się mutacji wywołanych przez H₂O₂ w ludzkich limfocytach o 89%^[13]. Wykazano to na liniach komórkowych raka prostaty LNCaP i raka piersi MCF-7^[13]. Niektóre choroby neurodegeneracyjne, jak choroba Parkinsona czy choroba Alzheimera, wywołane są przez działanie stresu oksydacyjnego. Spożywanie roślin zawierających prekursor dopaminy, czyli L-DOPĘ, i BRs działało protekcyjne na neurony dopaminergiczne i hamowało ich obumieranie^[13]. Wykazano to na liniach komórkowych raka gruczołu krokowego LNCaP i raka sutka MCF-7^[13].

Działanie przeciwcholesterolowe

Spożywanie steroli roślinnych zmniejsza stężenie cholesterolu LDL i VLDL dzięki kompetycyjnemu wchłanianiu tłuszczów w jelitach i niewchłanianiu samych siebie. Spożywanie steroli roślinnych, w tym BRs, zmniejszało stężenie LDL i VLDL, nie zmieniając poziomu HDL^[19]. Sterole roślinne zmniejszają także agregację płytek krwi, chroniąc przed zakrzepami. Przeciwdziałają powstawaniu miażdżycy. BRs są nadzieją w terapii przeciwcholesterolowej u pacjentów leczonych statynami dotkniętych rabdomiolizą^[20].

Przypisy