Cyklický di-AMP

Cyklický diadenozínmonofosfát sa skladá z dvoch adenozínov, ktoré sú vzájomne prepojené pomocou dvoch fosfátových skupín. Skladá sa z kruhu tvoreného fosfátom, ribózou, fosfátom a ribózou, pričom na každú ribózu je naviazaná báza adenín.

Cyklický di-AMP je jeden z všadeprítomných nukleotidových druhých poslov, medzi ktoré patrí i cyklický adenozínmonofosfát (cAMP), cyklický guanozínmonofosfát (cGMP), guanozínpentafosfát ((p)ppGpp) a cyklický diguanozínmonofosfát (c-di-GMP). c-di-AMP je signálny nukleotid, ktorý sa vyskytuje v signálnych dráhach, ktoré vyvolávajú reakciu pomocou receptorov alebo bielkovín, ktoré reagujú na koncentráciu c-di-AMP v bunke.

U baktérií je cyklický di-AMP spájaný s riadením rastu bunky, udržiavaním bunkovej steny, tvorbou biofilmu, expresiou génov virulencie, reguláciou teplotného a osmotického stredu, sporuláciou, prenosom draslíka, lýzou a rezistenciou na antibiotiká.^[2][4]

U ľudí je cyklický di-AMP spájaný s riadením prirodzenej imunitnej odpovede a antivirálnou reakciou proti patogénom. Tento dinukleotid je produkovaný mnohými ľudskými patogénmi, čo nabáda k objavovaniu mnohých reguláčných dráh tejto látky u ľudí i baktérií.

Cyklický di-AMP je syntetizovaný diadenylátcyklázou (tiež známou ako diadenylylcyklázou, CdA alebo DAC), čo je membránovo viazaný enzým. Tento enzým katalyzuje reakciu, v ktorej kondenzujú dve ATP za vzniku c-di-AMP a dvoch molekúl pyrofosfátu.^[5][6] Tento enzým vyžaduje mangán alebo kobalt ako kofaktor.^[7] Väčšina baktérií má ina jeden DAC enzým, ale niektoré baktérie, napríklad B. subtilis, majú ďalšie dva DAC enzýmy.^[2]

Syntéza c-di-AMP je u baktérie Lactococcus lactis inhibovaná mutáciou I154F v enzýme GlmM. GlmM je fosfoglukózamínmutáza, ktorá premieňa glukózamín-6-fosfát na glukózamín-1-fosfát, ktorý sa potom využíva na stavbu peptidoglykánu v bunkovej stene alebo na stavbu iných polymérov.^[4] GlmM je často súčasťou toho istého operónu, ako CdA.^[4] Presný spôsob inhibície nie je známy, ale predpokladá sa, že ide o proteín-proteín interakciu. I154F je mutácia, ktorá inhibuje CdA, pretože medzi týmito bielkovinami vzniká silnejšia väzba, než medzi CdA a prírodnou GlmM.^[4] Týmto spôsobom ovplyvňuje GlmM hladinu c-di-AMP.

Syntéza je regulovaná rôznymi spôsobmi, vrátane inhibície negatívnou spätnou väzbou a zvýšením aktivity na základe zníženia aktivity fosfodiesterázy (ktorá rozkladá c-di-AMP).^[2]

Rozklad cyklického di-AMP katalyzuje fosfodiesteráza (PDE), ktorá ho rozkladá na lineárnu molekulu 5’-pApA (fosfoadenylyladenozín). 5’-pApA sa účastní i spätnej väzby, ktorá obmedzuje GdpP gén-dependentnú hydrolázu c-di-AMP, čo vedie k zvýšeniu hladiny c-di-AMP.^[8]

Keďže cyklický di-AMP je signálny nukleotid, predpokladá sa, že podstupuje rovnaké regulačné dráhy, ako v prípade zmein v okolí, ktoré sú spracovávané pomocou enzýmov na syntézu alebo degradáciou, ktoré upravujú koncentráciu enzýmov. Regulácia c-di-AMP je veľmi dôležitá, pretože vysoká hladina c-di-AMP vedie k abnormálnej fyziológii, rastovým poruchám a redukovanej virulencii.^[9] U niektorých baktérií vedie strata fosfodiesteráz, ktoré rozkladajú c-di-AMP, k bunkovej smrti.^[9][10][11]

Je možné, že okrem enzýmovej regulácie môže byť intracelulárna hladina c-di-AMP regulovaná i pomocou aktívneho transportu vďaka transportérom, ktoré tvoria základ obrany prori mnohým liečivám, ktoré vylučujú c-di-AMP mimo cytoplazmy. Tento príklad bol pozorovaný u Listeria monocytogenes.^[9]

Pri vysokých koncentráciách sa cyklický di-AMP viaže na receptory a cieľové bielkoviny, čím ovplyvňuje konkrétne dráhy. Zvýšená hladina c-di-AMP bola spojená i so zvýšenou odolnosťou proti antibiotikám, ktoré poškodzujú bunkovú stenu (napríklad beta-laktámovým antibiotikám) alebo znižujú bunkový turgor.^[12][13]

Cyklický di-AMP bol spojený i s reguláciou syntézy mastných kyselín u Mycobacterium smegmatis, s rastom S. aureus v podmienkach s nízkym draslíkom, overovaním integrity DNA u B. subtilis, a homeostázou bunkovej steny u mnohých druhov.^{[14][15][16][17]}

Biosyntetická aktivity prekurzorov bunkovej steny a teda i peptidoglykánových prekurzorov môže ovplvyniť hladinu c-di-AMP v bunke.^[4] Podobne ovplyvňuje hladina c-di-AMP syntézu peptidoglykánového prekurzoru, čo naznačuje silnú súvislosť medzi syntetickými dráhami c-di-AMP a peptidoglykánu.^[17]

Predpokladá sa, že cyklicky di-AMP by mohol súvisieť s reguláciou bunkovej lýzy. Štúdie ukázali, že bakteriálni mutanti s nízkymi hladinami c-di-AMP sa rozkladali výrazne rýchlejšie, než pôvodné baktérie.^[4][18]

Cyklický di-AMP bol spojený i s inhibíciou syntézy bakteriálnej RNA. c-di-AMP stimuluje tvorbu (p)ppGpp, alarmónu, ktorý sa účastní bakteriálnej odozvy na tvrdé podmienky (napr. nedostatok aminokyselín alebo mastných kyselín).^[19]

V eukaryotických bunkách vzniká v prítomnosti c-di-AMP odpoved interferónov typu I (IFN), čo vedie k aktivácii obranných mechanizmov proti virálnej infekcii. Táto detekčná a aktivačná dráha zahŕňa bielkoviny STING, TBK1 a IRF3.^[20][21] c-di-AMP môže takisto stimulovať dendritické bunky, čo vedie k aktivácii T buniek.^[22]

c-di-AMP aktivuje prirodzenú imunitnú dráhu bielkoviny STING (stimulátor interferónových génov), ktorá deteguje poškodenú DNA. Nukleotidy sa buď viažu na helikázu DDX41, ktorá aktivuje STING dráhu, alebo sa viažu priamo na STING proteín.^[23] Cyklický di-AMP bol identifikovaný (spolu s 2’3’-cGAMP) ako ligand, ktorý indukuje uzatvorenie STING diméru, čo vedie k jeho polymerizácii a aktivácii dráhy.^[24] Ak sa pri odpovedi na c-di-AMP neindukuje odpoveď IFN, STING sanemôže presunúť z endoplazmatického retikula do cytoplazmy, kde by sa aktivovala dráha, čo naznačuje, že c-di-AMP je hladným ligandom pre polymerizáciu STING proteínu a teda jeho aktiváciu vďaka intracelulárnej translokácii (zmene pozície v rámci bunky).^[24][25]