Blébbistatin - Blebbistatin
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| Noms | |
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Nom IUPAC
3a-Hydroxy-6-méthyl-1-phényl-2,3-dihydropyrrolo[2,3- b ]quinoléine-4-one
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| Autres noms
( S )-Blebbistatin, (-)-Blebbistatin
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| Identifiants | |
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Modèle 3D ( JSmol )
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CID PubChem
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| UNII | |
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| Propriétés | |
| C 18 H 16 N 2 O 2 | |
| Masse molaire | 292,338 g·mol -1 |
| Apparence | Solide jaune |
| 10 M | |
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Sauf indication contraire, les données sont données pour les matériaux dans leur état standard (à 25 °C [77 °F], 100 kPa). |
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| Références de l'infobox | |
La blebbistatine est un inhibiteur de la myosine principalement spécifique de la myosine II. Il est largement utilisé dans la recherche pour inhiber la myosine du muscle cardiaque , la myosine II non musculaire et la myosine du muscle squelettique . La blebbistatin a été particulièrement utile dans la cartographie optique du cœur, et son utilisation récente dans les cultures de cellules du muscle cardiaque a amélioré le temps de survie des cellules. Cependant, ses caractéristiques défavorables, par exemple sa cytotoxicité et son instabilité à la lumière bleue ou sa faible solubilité dans l'eau, rendent souvent son application difficile. Récemment, son applicabilité a été améliorée par la conception chimique et ses dérivés surmontent les limitations de la blebbistatine. Par exemple, la para-nitroblebbistatin et la para-aminoblebbistatin sont photostables, et elles ne sont ni cytotoxiques ni fluorescentes.
Mode d'action et effets biologiques
La blebbistatine inhibe l'activité ATPase de la myosine et ainsi la motilité basée sur l'acto-myosine . Il se lie à mi-chemin entre la poche de liaison nucléotidique et la fente de liaison à l'actine de la myosine, principalement dans une conformation détachée de l'actine. Ce type d'inhibition détend les myofilaments d' acto-myosine et conduit à plusieurs effets biologiques.
La blebbistatin inhibe la formation de bulles dans la culture de cellules de mélanome, d'où son nom. Au niveau cellulaire, la blebbistatine inhibe également la cytokinèse et peut également perturber la formation du fuseau mitotique . La migration des cellules peut être soit améliorée, soit inhibée en fonction d'autres conditions. Dans les neurones, la blebbistatine s'est avérée favoriser la croissance des neurites . Au niveau des organes, la blebbistatine arrête la contraction du muscle squelettique ou du muscle cardiaque . La blebbistatin s'est également avérée stabiliser l'état super détendu dans les myofilaments, où les têtes de myosine sont dans un ordre hélicoïdal et interagissent les unes avec les autres mais pas avec l'actine.
Caractéristiques indésirables
Un certain nombre de déficiences physico-chimiques entravent l'utilisation de la blebbistatine comme outil chimique dans des applications particulières.
Photo-instabilité
Lors d'un éclairage en lumière bleue, la blebbistatine devient inactive et phototoxique en raison de changements dans la structure du composé accompagnés de la génération de ROS
Fluorescence
La blebbistatine est un fluorophore relativement puissant . Lorsqu'il est dissous dans l'eau, il absorbe à 420 nm et émet à 490 nm, mais dans le DMSO ou lorsqu'il est perfusé à travers le tissu cardiaque, il absorbe environ 430 nm et émet environ 560 nm. Par conséquent, à des concentrations élevées, sa fluorescence interfère avec l' imagerie GFP ou les expériences FRET . La réduction de la concentration de blebbistatin à 6,25 uM permet une imagerie FRET dans des cellules musculaires cardiaques de souris adultes isolées.
Cytotoxicité
L'incubation à long terme avec la blebbistatine entraîne des dommages cellulaires et une cytotoxicité, qui sont indépendants de l'effet inhibiteur de la myosine.
Cette photo-instabilité, cette phototoxicité et cette fluorescence rendent impossible l'imagerie in vivo des échantillons traités à la blebbistatin.
Spécificité de la myosine
La blebbistatin est un puissant inhibiteur de la myosine non musculaire IIA et IIB, de la myosine cardiaque, de la myosine squelettique et des muscles lisses, mais n'inhibe pas les myosines I, V et X. Le tableau ci-dessous résume les données IC50 de la blebbistatin sur différentes isoformes de myosine.
| espèce | isoforme de myosine ou type de muscle | type de dosage | IC50 |
|---|---|---|---|
| Dictyostelium discoideum | domaine moteur de la myosine II | ATPase basale | 2,96 ± 0,45 µM, 4,4 ± 0,3 µM, 4,9 µM |
| Dictyostelium discoideum | domaine moteur de la myosine II | ATPase activée par l'actine | 3,9 ± 0,3 M |
| Lapin | muscle squelettique II | ATPase basale | 0,50 M, 0,3 ± 0,03 M, 0,41 ± 0,03 M |
| Lapin | muscle squelettique II | ATPase activée par l'actine | 0,11 ± 0,009 µM |
| Porcin | muscle b-cardiaque | ATPase basale | 1,2 M |
| Coquille | muscle strié | ATPase basale | 2,3 M |
| Humain | IIA non musculaire | ATPase basale | 5,1 M |
| Poulet | non musculaire IIB | ATPase basale | 1,8 M |
| Humain | IIA non musculaire | ATPase activée par l'actine | 3,58 M |
| Humain | non musculaire IIB | ATPase activée par l'actine | 2,30 M |
| Souris | IIC non musculaire | ATPase activée par l'actine | 1,57 M |
| Turquie | muscle lisse | ATPase basale | 79,6 M |
| Acanthamoeba | myosine II | ATPase basale | 83 M |
| Rat | myosine 1B | ATPase basale | >150 M |
| Acanthamoeba | myosine IC | ATPase basale | >150 M |
| Souris | myosine V | ATPase basale | >150 M |
| Bovine | myosine X | ATPase basale | >150 M |
| muscle lisse myosine IIA chaîne lourde | ATPase activée par l'actine | 3 M | |
| muscle lisse myosine IIB chaîne lourde | ATPase activée par l'actine | 3 M | |
| Lapin | artère fémorale, rénale et saphène | contraction tonique | 5 M |
| Poulet | gésier | contraction | 20 M |
| Poulet | muscle lisse du gésier HMM | ATPase basale | 15 ± 0,6 µM |
| Poulet | muscle lisse du gésier | ATPase activée par l'actine | 6,47 M |
| Rat | vessie | contraction | 100% d'inhibition à 15 M |
| Souris | muscle papillaire cardiaque stimulé intact | contraction | 1,3 M |
| Souris | Muscle papillaire cardiaque perméabilisé activé par le Ca 2+ | contraction | 2,8 M |
| Rat | trabécules cardiaques écorchées | Ca 2+ force activée | 0,38 ± 0,03 µM |
| Rat | trabécules ventriculaires droites démembranées natives | développement de la force isométrique | 3,17 ± 0,43 µM |
| Drosophile | myosine-2 non musculaire | ATPase activée par l'actine | pas d'inhibition |
| Drosophile | mutation non musculaire de la myosine-2 M466I | ATPase activée par l'actine | 36,3 ± 4,1 µM |
| Drosophile | tubes cardiaques | mouvement du mur du coeur | 100 M ont entraîné une inhibition complète |
| Étoile de mer | myosine-2 non musculaire | cytokinèse ovocytaire | efficace à 300 M |
| C. elegans | myosine-2 non musculaire | microscopie de colocalisation acto-myosine | efficace à 100 M |
| C. elegans | myosine-2 non musculaire | enceinte ventrale | efficace à 100 M |
| Podocoryna carnea ( cnidaire ) | myosine-2 non musculaire | pulsations de la pointe du stolon et flux gastro-vasculaire | efficace à 255 M |
Dérivés
Les principaux objectifs des travaux sur les relations structure-activité sur l'échafaudage de la blebbistatine sont l'amélioration des propriétés physico-chimiques et le pouvoir inhibiteur de l'ATPase, pour une utilisation comme outils chimiques ou pharmacologiques. Plusieurs analogues avec des propriétés supérieures ont été développés et des directives pour leur utilisation optimale ont été décrites.
para -nitroblebbistatin
Dérivé non fluorescent, non phototoxique, non cytotoxique développé en 2014. Ses propriétés inhibitrices de la myosine sont similaires à celles de la blebbistatin (pour la myosine du muscle squelettique du lapin S1 IC50 = 0,4 M, pour le domaine moteur de la myosine II de Dictyostelium discoideum IC50 = 2,3 μM , pour le sous-fragment de myosine β-cardiaque humaine 1 IC50 = 13 µM, pour le fragment lourd de méromyosine de myosine du muscle squelettique de poulet IC50 = 0,4 µM). Il a été utilisé avec succès dans des expériences d'imagerie par fluorescence impliquant la myosine IIA-GFP exprimant des cellules dendritiques vivantes
para -Aminoblebbistatin
Dérivé hydrosoluble de la blebbistatine développé en 2016, sa haute solubilité dans l'eau (~400 uM) permet des applications de recherche in vivo. La para-aminoblebbistatin est un inhibiteur de la myosine légèrement plus faible que la blebbistatin (pour la myosine S1 du muscle squelettique du lapin IC50=1,3 M, pour le domaine moteur de la myosine II de Dictyostelium discoideum IC50=6,6 μM avec seulement 90 % d'inhibition maximale), elle est non fluorescente, photostable, ni cytotoxique ni phototoxique.
Azidoblebbistatin
Un inhibiteur photoréactif de la myosine développé en 2012. Une inhibition permanente de la myosine peut être obtenue en réticulant de manière covalente l'inhibiteur azidoblebbistatin à sa cible par marquage par photoaffinité (PAL). Brièvement, lors d'une illumination UV, le fragment aryl-azide dans l'azidoblebbistatin forme un nitrène réactif. Cette réaction est utilisée pour former une liaison covalente entre l'inhibiteur et la myosine.
L'azidoblebbistatine est également sensible à l'irradiation à deux photons, c'est-à-dire que la réticulation covalente peut également être générée par un microscope à excitation à deux photons , donc l'azidoblebbistatine convient au tatouage moléculaire.
( S )-Nitroblébbistatin
Ce dérivé a été développé en 2005 pour augmenter la photostabilité et diminuer la fluorescence de la blebbistatine. La (S)-nitro-blebbistatin est en effet stable à une irradiation prolongée à 450-490 nm et a été utilisée avec succès dans l'imagerie de cellules vivantes fluorescentes. Cependant, son affinité pour la myosine diminue significativement avec la nitro-substitution (pour la myosine IIA non musculaire, l'IC 50 = 27 M). Dans de nombreux cas, en raison de la faible solubilité, il n'est pas possible d'obtenir une inhibition complète de la myosine avec la (S)-nitro-blebbistatine. Il est efficace pour l'imagerie FRET de cellules musculaires cardiaques isolées de souris adultes.
(+)-Blebbistatin
La (+)-blebbistatin (ou ( R )-blebbistatin) est l'énantiomère inactif de la blebbistatin qui inhibe l'activité ATPase de 10 % maximum. Dans la recherche, c'est un composé utile pour le traitement de contrôle, pour vérifier les effets toxiques non liés à la myosine de la blebbistatin.
Autres dérivés
L'échafaudage de la blebbistatin a été modifié de plusieurs manières pour optimiser la spécificité des isoformes de la myosine ou pour améliorer les propriétés inhibitrices et pour cartographier la relation structure-activité . Les principales étapes de l'optimisation incluent les travaux de Lucas-Lopez et al. à partir de 2008 et les travaux de Verhasselt et al. à partir de 2017. Ces dernières études incluent également des modifications des anneaux A et C de l'échafaudage.
para- chloroblebbistatin
Dérivé photostable, non fluorescent et phototoxique . Sa fluorescence est inférieure à 1% de celle de la blebbistatine. Les propriétés inhibitrices de la myosine sont similaires à celles de la blebbistatine. Elle est encore plus phototoxique que la blebbistatine.