Цитологія і генетика 2024, том 58, № 1, 3-13
Cytology and Genetics 2024, том 58, № 1, 1–10, doi: https://www.doi.org/10.3103/S009545272401002X

β-Тубулін Fusarium як потенціна мішень для прояву антигрибної активності івермектину

Кустовський Є.О., Бузіашвілі А.Ю., Ожерєдов С.П., Блюм Я.Б., Ємець А.І.

  1. Інститут харчової біотехнології та геноміки Національної академії наук України, Україна, Київ, 04123, Україна
  2. Національний університет «Києво­Могилянська Академія», Київ, 04070, Україна

Проведено аналіз впливу івермектину на фітопатогенні штами Fusarium graminearum (F-55644, F-55748) та Fusarium oxysporum f. sp. lycopersici (F-52897, F-55547), у результаті чого було встановлено його концентрації, за яких спостерігався фунгістатичний ефект на ріст колоній зазначених штамів (2 та 3 мг/мл). Виявлено, що штами F. oxysporum загалом мали вищу чутливість до дії івермектину, ніж штами F. graminearum. Оскільки відомо, що івермектин здатен взаємодіяти з β-тубуліном, викликаючи стабілізацію мікротрубочок, для пояснення отриманих результатів було побудовано 3-вимірну модель комп-лексу цієї речовини з β-тубуліном Fusarium та визначено індуковані івермектином зміни у конформації β-тубуліну, до яких, зокрема, належить стабілізація та спіралізація M-петлі молекули β-тубуліну. Цей структурний елемент β-тубуліну відіграє важливу роль у латеральних контактах між субодиницями тубуліну прилеглих протофіламентів у складі мікротрубочки. Підвищення впорядкованості М-петлі є типовою ознакою зв’язування стабілізуючих мікротрубочки агентів з таксановим сайтом β-тубуліну, що свідчить про можливість стабілізуючого впливу івермектину на мікротрубочки Fusarium. Отримані результати дозволяють розглядати івермектин чи його похідні у якості потенційних сполук з фунгіцидною активністю.

Ключові слова: івермектин, Fusarium graminearum, Fusarium oxysporum, β-тубулін, таксановий сайт, зв’язування івермектину, фунгіцидний ефект

Цитологія і генетика
2024, том 58, № 1, 3-13

Current Issue
Cytology and Genetics
2024, том 58, № 1, 1–10,
doi: 10.3103/S009545272401002X

Повний текст та додаткові матеріали

У вільному доступі: PDF  

Цитована література

Abraham, M.J., Murtola, T., Schulz, R., et al., GROMACS: High performance molecular simulations through multi–level parallelism from laptops to supercomputers, SoftwareX, 2015, vol. 1, pp. 19–25. https://doi.org/10.1016/j.softx.2015.06.001

Ashraf, S., Beech, R.N., Hancock, M.A., and Prichard, R.K., Ivermectin binds to Haemonchus contortus tubulins and promotes stability of microtubules, Int. J. Parasitol., 2015, vol. 45, nos. 9–10, pp. 647–654. https://doi.org/10.1016/j.ijpara.2015.03.010

Balouiri, M., Sadiki, M., and Ibnsouda, S.K., Methods for in vitro evaluating antimicrobial activity: A review, J. Pharm. Anal., 2016, vol. 6, no. 2, pp. 71–79. https://doi.org/10.1016/j.jpha.2015.11.005

Blume, Ya., Yemets, A., Sheremet Ya., et al., Exposure of beta–tubulin regions defined by antibodies on a Arabidopsis thaliana microtubule protofilament model and in the cells, BMC Plant Biol., 2010, vol. 10, p. 29. https://doi.org/10.1186/1471-2229-10-29

Breviario, D., Gianì, S., and Morello, L., Multiple tubulins: evolutionary aspects and biological implications, Plant J., 2013, vol. 75, no. 2, pp. 202–218. https://doi.org/10.1111/tpj.12243

Crump, A., Ivermectin: enigmatic multifaceted ‘wonder’ drug continues to surprise and exceed expectations, J. Antibiot., 2017, vol. 70, no. 5, pp. 495–505. https://doi.org/10.1038/ja.2017.11

Daura, X., Gademann, K., Jaun, B., et al., Peptide folding: when simulation meets experiment, Angew. Chem., Int. Ed., 1999, vol. 38, nos. 1–2, pp. 236–240. https://doi.org/10.1002/(SICI)1521-3773(19990115)38:1/2%3C236::AIDANIE236%3E3.0.CO;2-M

Debs, G.E., Cha, M., Liu, X., et al., Dynamic and asymmetric fluctuations in the microtubule wall captured by high–resolution cryoelectron microscopy, Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A., 2020, vol. 117, no. 29, pp. 16976–16984. https://doi.org/10.1073/pnas.2001546117

Huang, J. and MacKerell, A.D., Jr., CHARMM36 allatom additive protein force field: Validation based on comparison to NMR data, J. Comput. Chem., 2013, vol. 34, no. 25, pp. 2135–2145. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2017.04.011

Humphrey, W., Dalke, A., and Schulten, K., VMD: Visual molecular dynamics, J. Mol. Graphics, 1996, vol. 14, no. 1, pp. 33–38. https://doi.org/10.1016/0263-7855(96)00018-5

Hunter, B., Benoit, M.P.M.H., Asenjo, A.B., et al., Kinesin-8-specific loop-2 controls the dual activities of the motor domain according to tubulin protofilament shape, Nat. Commun., 2022, vol. 13, no. 1, p. 4198. https://doi.org/10.1038/s41467-022-31794-3

Jones, G., Willett, P., Glen, R.C., et al., Development and validation of a genetic algorithm for flexible docking, J. Mol. Biol., 1997, vol. 267, no. 3, pp. 727–748. https://doi.org/10.1006/jmbi.1996.0897

Jumper, J., Evans, R., Pritzel, A., et al., Highly accurate protein structure prediction with AlphaFold, Nature, 2021, vol. 596, no. 7873, pp. 583–589. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03819-2

Karlsson, I., Friberg, H., Kolseth, A.K., et al., Agricultural factors affecting Fusarium communities in wheat kernels, Int. J. Food Microbiol., 2017, vol. 252, pp. 53–60. https://doi.org/10.1073/pnas.2001546117

Karpov, P.A., Brytsun, V.M., Rayevsky, A.V., et al., High-throughput screening of new antimitotic compounds based on CSLabGrid virtual organization, Sci. Innovat., 2015, vol. 11, no. 1, pp. 85–93. https://doi.org/10.15407/scin11.01.092

Korb, O., Stützle, T., and Exner, T.E., Empirical scoring functions for advanced protein–ligand docking with PLANTS, J. Chem. Inf. Model., 2009, vol. 49, no. 1, pp. 84–96. https://doi.org/10.1021/ci800298z

Kustovskiy, Y.O., Buziashvili, A.Y., and Yemets, A.I., Research of ivermectin influence on Fusarium graminearum and F. oxysporum, in Faktory eksperimental’noi evolutsii organizmov (Factors in the Experimental Evolution of Organisms), 2022, vol. 30, pp. 91–95. https://doi.org/10.7124/feeo.v30.1467

Löscher, W., Is the antiparasitic drug ivermectin a suitable candidate for the treatment of epilepsy?, Epilepsia., 2023, vol. 64, no. 3, pp. 553–566. https://doi.org/10.1111/epi.17511

Lykholat, Y.V., Rabokon, A.M., Blume, R.Ya., et al., Characterization of β–tubulin genes in Prunus persica and Prunus dulcis for fingerprinting of their interspecific hybrids, Cytol. Genet., 2022, vol. 56, no. 6, pp. 481–493. https://doi.org/10.3103/S009545272206007X

Martin, R.J., Robertson, A.P., and Choudhary, S., Ivermectin: an anthelmintic, an insecticide, and much more, Trends Parasitol., 2021, vol. 37, no. 1, pp. 48–64. https://doi.org/10.1016/j.pt.2020.10.005

Mittal, N. and Mittal, R., Repurposing old molecules for new indications: Defining pillars of success from lessons in the past, Eur. J. Pharmacol., 2021, vol. 912, p. 174569. https://doi.org/10.1016/j.ejphar.2021.174569

Momany, M. and Talbot, N.J., Septins focus cellular growth for host infection by pathogenic fungi, Front. Cell Dev. Biol., 2017, vol. 5, p. 33. https://doi.org/10.3389/fcell.2017.00033

Mooij, W.T. and Verdonk, M.L., General and targeted statistical potentials for protein–ligand interactions, Proteins, 2005, vol. 61, no. 2, pp. 272–287. https://doi.org/10.1002/prot.20588

Mühlethaler, T., Gioia, D., Prota, A.E., et al., Comprehensive analysis of binding sites in tubulin, Angew. Chem., Int. Ed., 2021, vol. 60, no. 24, pp. 13331–13342. https://doi.org/10.1002/anie.202100273

Sampaio, A.M., Araújo, Sd.S., Rubiales, D., and Vaz Patto, M.C., Fusarium wilt management in legume crops, Agronomy, 2020, vol. 10, no. 8, p. 1073. https://doi.org/10.3390/agronomy10081073

Schneider, N., Lange, G., Hindle, S., et al., A consistent description of HYdrogen bond and DEhydration energies in protein–ligand complexes: methods behind the HYDE scoring function, J. Comput.-Aided Mol. Des., 2013, vol. 27, no. 1, pp. 15–29. https://doi.org/10.1007/s10822-012-9626-2

Volkamer, A., Griewel, A., Grombacher, T., and Rarey, M., Analyzing the topology of active sites: on the prediction of pockets and subpockets, J. Chem. Inf. Model., 2010, vol. 50, no. 11, pp. 2041–2052. https://doi.org/10.1021/ci100241y

Volkamer, A., Kuhn, D., Rippmann, F., and Rarey, M., DoGSiteScorer: a web server for automatic binding site prediction, analysis and druggability assessment, Bioinformatics, 2012, vol. 28, no.15, pp. 2074–2075. https://doi.org/10.1093/bioinformatics/bts310

Westphal, K.R., Heidelbach, S., Zeuner, E.J., et al., The effects of different potato dextrose agar media on secondary metabolite production in Fusarium, Int. J. Food Microbiol., 2021, vol. 347, p. 109171. https://doi.org/10.1016/j.ijfoodmicro.2021.109171

Xiao, Q., Xue, T., Shuai, W., et al., High-resolution X-ray structure of three microtubule-stabilizing agents in complex with tubulin provide a rationale for drug design, Biochem. Biophys. Res. Commun., 2021, vol. 534, pp. 330–336. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2020.11.082

Zoete, V., Cuendet, M.A., Grosdidier, A., and Michielin, O., SwissParam: A fast force field generation tool for small organic molecules, J. Comput. Chem., 2011, vol. 32, no. 11, pp. 2359–2368. https://doi.org/10.1002/jcc.21816