พูโรมัยซิน

พูโรมัยซิน (อังกฤษ: Puromycin) เป็นยาปฏิชีวนะในกลุ่มอะมิโนไกลโคไซด์ สังเคราะห์ขึ้นได้จากแบคทีเรีย Streptomyces alboniger พูโรมัยซินจะออกฤทธิ์ยับยั้งการสังเคราะห์โปรตีนของแบคทีเรีย โดยการทำให้การสังเคราะห์โปรตีนของแบคทีเรียสิ้นสุดเร็วกว่าปกติในระหว่างกระบวนการการแปรรหัสพันธุกรรม ส่งผลให้เซลล์แบคทีเรียนั้นขาดโปรตีนที่จำเป็นในการดำรงชีวิตและเพิ่มจำนวน จนทำให้แบคทีเรียนั้นตายไปในที่สุด พูโรมัยซินละลายน้ำได้ค่อนข้างดี (50 mg/ml) ณ ที่ความเข้มข้นไม่เกิน 10 mg/ml จะเป็นสารละลายใสไม่มีสี โดยพูโรมัยซินในรูปแบบสารละลายนี้จะคงสภาพอยู่ได้เป็นระยะเวลา 1 ปี ณ อุณหภูมิ -20 °C.

พูโรมัยซิน
ชื่อตาม IUPAC	3'-deoxy-N,N-dimethyl-3'-[(O-methyl-L-tyrosyl) amino]adenosine
เลขทะเบียน
เลขทะเบียน CAS	[53-79-2]^[CAS]
PubChem	439530
DrugBank	DB08437
KEGG	D05653
MeSH	Puromycin
ChEBI	17939
SMILES	O=C (N[C@@H]3[C@H](O[C@@H](n2cnc1c2ncnc1N (C) C) [C@@H]3O) CO) [C@@H](N) Cc4ccc (OC) cc4
InChI	1/C22H29N7O5/c1-28 (2) 19-17-20 (25-10-24-19) 29 (11-26-17) 22-18 (31) 16 (15 (9-30) 34-22) 27-21 (32) 14 (23) 8-12-4-6-13 (33-3) 7-5-12/h4-7,10-11,14-16,18,22,30-31H,8-9,23H2,1-3H3, (H,27,32)/t14-,15+,16+,18+,22+/m0/s1
ChemSpider ID	388623
คุณสมบัติ
สูตรโมเลกุล	C22H29N7O5
มวลโมเลกุล	471.51 g mol^−1
หากมิได้ระบุเป็นอื่น ข้อมูลข้างต้นนี้คือข้อมูลสาร ณ ภาวะมาตรฐานที่ 25 °C, 100 kPa
สถานีย่อย:เคมี

กลไกการออกฤทธิ์

พูโรมัยซินเป็นยาปฏิชีวนะกลุ่มย่อยอะมิโนนิวคลีโอไซด์ ที่สกัดได้จากแบคทีเรีย Streptomyces alboniger ซึ่งยานี้จะออกฤทธิ์รบกวนการสังเคราะห์โปรตีนของแบคทีเรียก่อโรค โดยทำให้การสังเคราะห์โปรตีนนั้นๆสิ้นสุดกระบวนการเร็วกว่าปกติในช่วงที่มีการการแปรรหัสพันธุกรรมในไรโบโซมของเซลล์แบคทีเรีย โดยพูโรมัยซินมีส่วนของโครงสร้างที่คล้ายคลึงกับปลายสาย 3' ของอะมิโนอะซิทิเลทเตด ทีอาร์เอ็นเอ (aminoacylated tRNA) ซึ่งส่วนนี้จะเข้าจับตำแหน่ง A site บนไรโบโซมของแบคทีเรียแทนทีอาร์เอ็นเอ จนเกิดเป็นสายพูโรมิซิเลท (puromycylated nascent chain) ขึ้น และทำให้สายพอลีเพพไทด์ที่กำลังสังเคราะห์ในไรโบโซมนั้นสิ้นสุดและถูกปล่อยออกไปเร็วกว่าปกติ ซึ่งสายพอลีเพพไทด์ที่ได้นี้จะไม่สามารถทำงานได้ ส่งผลให้เซลล์แบคทีเรียนั้นไม่สามารถดำรงชีวิตและขยายพันธุ์ได้ จนตายไปในที่สุด ทั้งนี้ กลไกการออกฤทธิ์โดยละเอียดของพูโรมัยซินนั้นยังไม่ทราบแน่ชัดเท่าใดนัก แต่การที่ตำแหน่ง 3' ของพูโรมัยซินมีหมู่แทนที่เอไมด์แทนที่จะเป็นเอสเทอร์เหมือนที่พบในทีอาร์เอ็นเอนั้น ทำให้ยานี้มีความคงทนต่อการเกิดปฏิกิริยาไฮโดรไลสิส และส่งผลยับยั้งการทำงานของไรโบโซมได้ดี อย่างไรก็ตาม พูโรมัยซินนั้นไม่ได้ออกฤทธิ์อย่างจำเพาะ โดยจะส่งผลต่อทั้งเซลล์โพรคาริโอตและยูคาริโอต

นอกจากนี้ พูโรมัยซินยังออกฤทธิ์ยับยั้งเอนไซม์ dipeptidyl-peptidase II (serine peptidase) และเอนไซม์ cytosol alanyl aminopeptidase (metallopeptidase) แบบผันกลับได้ โดยกลไกการยับยั้งนี้ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด ยิ่งไปกว่า พูโรมัยซินยังถูกนำมาใช้เพื่อแยกเอนไซม์สองชนิดออกจากกัน คือ เอนไซม์ aminopeptidase M ที่ถูกกระตุ้นได้โดยพูโรมัยซิน และเอนไซม์ cytosol alanyl aminopeptidase ที่ถูกยับยั้งได้โดยพูโรมัยซิน

การใช้ประโยชน์

การเพาะเลี้ยงเซลล์

ในการศึกษาด้านชีววิทยาของเซลล์ได้มีการนำเอาพูโรมัยซินมาใช้ในระบบการเพาะเลี้ยงเซลล์ เนื่องด้วยคุณสมบัติที่เป็นพิษต่อทั้งเซลล์โพรคาริโอตและยูคาริโอต โดยเซลล์ตัวอย่างจะถูกทำให้ทนต่อพูโรมัยซินด้วยการตกแต่งพันธุกรรมด้วยยีนดื้อยาที่มีชื่อว่า pac gene ที่ทำหน้าที่ผลิตเอนไซม์ N-acetyl-transferase ที่ได้จากแบคทีเรียสกุลสเตรปโตมัยซิส จากนั้นเซลล์ตัวอย่างจะถูกนำไปเพาะเลี้ยงในอาหารจำเพาะที่มีพูโรมัยซินละลายอยู่ที่ความเข้มข้น 1-10 μg/ml (ถึงแม้ว่าความเป็นพิษต่อยูคาริโอตของพูโรมัยซินนั้นจะเกิดขึ้นได้ที่ความเข้มข้นน้อยกว่า 1 μg/ml ก็ตาม) พูโรมัยซินจะออกฤทธิ์ฆ่าเซลล์ที่ไม่ได้รับการตกแต่งพันธุกรรมด้วยยีนดื้อยาได้มากถึงร้อยละ 99 ภายในระยะเวลา 2 วัน

การคัดเลือก Escherichia coli

พูโรมัยซินออกฤทธิ์ต้าน E. coli ได้น้อยมาก โดยจะทำการเพาะเลี้ยงหาสายพันธุ์ที่ทนต่อพูโรมัยซินในอาหารเลี้ยงเชื้อ LB agar ที่มีความเข้มข้นของพูโรมัยซิน 125 µg/ml แต่การใช้พูโรมัยซินในการคัดเลือกสายพันธุ์ E. coli นี้ต้องการการปรับ pH ของสารละลายที่แม่นยำ ณ ค่าที่ต่างกันออกไป ทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสายพันธุ์ที่ต้องการคัดเลือก จานเพาะเชื้อที่ผสมพูโรมัยซินแล้วมีความคงตัวประมาณ 1 เดือนเมื่อเก็บไว้ที่อุณหภูมิ 4 °C.

การคัดเลือกยีสต์

การดื้อต่อพูโรมัยซินในยีสต์พบว่าเกิดจากการแสดงออกของยีน puromycin N-acetyl-transferase (pac) ความเข้มข้นของพูโรมัยซินที่ใช้ในการคัดเลือกยีสต์อย่างบริเวอร์ยีสต์นั้นจะสูงกว่าที่ใช้ในการคัดเลือกเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม ทั้งนี้ การกำจัดยีนที่ก่อให้เกิดการดื้อต่อยาหลายขนานผ่านกลไกการขับยาออกอย่าง ยีน Pdr5 จะทำให้เซลล์มีความไวต่อพูโรมัยซินเพิ่มขึ้นได้

อ้างอิง

1. Fermentek. "Puromycin" (ภาษาภาษาอังกฤษ). สืบค้นเมื่อ 14 January 2018.CS1 maint: unrecognized language (link)
2. Pestka, S. (1971). "Inhibitors of ribosome functions". Annu. Rev. Microbiol. 25: 487–562. doi:10.1146/annurev.mi.25.100171.002415. PMID 4949424.
3. Eggers DK, Welch WJ, Hansen WJ (1997). "Complexes between nascent polypeptides and their molecular chaperones in the cytosol of mammalian cells". Mol Biol Cell. 8 (8): 1559–1573. doi:10.1091/mbc.8.8.1559. PMC 276176. PMID 9285825.CS1 maint: uses authors parameter (link)
4. Starck SR, Green HM, Alberola-Ila J, Roberts RW (2004). "A general approach to detect protein expression in vivo using fluorescent puromycin conjugates". Chem. Biol. 11 (7): 999–1008. doi:10.1016/j.chembiol.2004.05.011. PMID 15271358.CS1 maint: uses authors parameter (link)
5. Dando, Pam M.; Young, Nina E.; Barrett, Alan J. (1997). "Aminopeptidase PS: a Widely Distributed Cytosolic Peptidase". ใน Hopsu-Havu, Väinö K.; Järvinen, Mikko; Kirschke, Heidrun (บ.ก.). Proteolysis in Cell Functions. IOS Press. pp. 88–95. ISBN 978-90-5199-322-6.
6. McDonald JK, Reilly TJ, Zeitman BB, Ellis S (1968). "Dipeptidyl arylamidase II of the pituitary. Properties of lysylalanyl-beta-naphthylamide hydrolysis: inhibition by cations, distribution in tissues, and subcellular localization". The Journal of Biological Chemistry. 243 (8): 2028–37. PMID 5646493.CS1 maint: uses authors parameter (link)
7. http://www.puromycin.com/protocols.htm
8. MacDonald C, Piper RC (2015). "Puromycin- and methotrexate-resistance cassettes and optimized Cre-recombinase expression plasmids for use in yeast". Yeast. 32 (5): 423–38. doi:10.1002/yea.3069. PMC 4454448. PMID 25688547.CS1 maint: uses authors parameter (link)

แหล่งข้อมูลอื่น

• MEROPS ฐานข้อมูลออนไลน์สำหรับเอนไซม์เปปทิเดสและสารที่ยับยั้งเอนไซม์เปปทิเดส: พูโรมัยซิน