Studies on the antimicrobial activity of cadiolides and synoilides isolated from the ascidian Synoicum sp.

Abstract

해양은 지구 표면적의 75%를 차지하며 수많은 종이 서식하는 것으로 알려져 있다. 해양에 서식하고 있는 수많은 생물종 중에서 1% 미만이 연구되고 있다. 해양생물이 분비하는 각종 천연물들은 항암, 항바이러스, 항진균, 항박테리아에 관여하는 다양한 생리활성 및 독특한 구조를 가지는 것으로 확인되고 있다. 이러한 의미에서 해양천연물은 연구가치가 상당히 높은 편이다. 이전 연구에서 해양생물 중의 하나인 asicidan Synoicum sp. 로부터 cadiolides E, G, H, I와 synoilides A, B를 분리하였다. 분리한 cadiolides E-I와 synoilides A, B에 대해 항미생물 활성 및 그에 관련된 필수 효소인 isocitrate lyase(ICL), sortase A, Na+/K+-ATPase의 저해활성을 측정하였다. 그 결과 cadiolides E-I와 synoilide A에서 항균활성 및 ICL 저해 활성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다. 그 중에서도 cadiolide I는 그람 양성세균에 가장 강한 항균활성을 나타내었으며 (MICs: S. aureus, B. subtilis, K.rhizophila

0.8, 0.8, 0.8 µg/ml) cadiolide E는 그람 음성세균에 가장 강한 저해활성을 나타내었다 (MICs

S. enteriaca, P. hauseri

1.6, 6.3 µg/ml). 또한 cadiolides E, I의 ICL 저해활성은 (IC50: 6.05 ± 0.23 µg/ml (7.62 ± 0.30 µM)

9.35 ± 0.60 µg/ml (10.36 ± 0.66 µM)) 비교 물질인 3-nitropropionate (IC50: 1.66 ± 0.27 µg/ml (13.91 ± 2.29 µM))보다 더욱 강력한 것을 확인하였다. Glyoxlate cycle의 탄소원으로 이용되는 C2 조건하에서 cadiolides와 synoilides의 Candida albicans 최소저해농도를 측정하였다. 그 결과 가장 강한 활성을 가지는 물질은 cadiolide E임을 확인하였다 (MICs: 12.5 µg/ml). 그리고 glyoxylate cycle의 주요 효소인 ICL 유전자의 야생형, 돌연변이의 성장 표현형과 유전자 발현수준을 확인한 결과 cadiolide E가 ICL의 발현을 강하게 저해함을 확인하였다. 당이 부족한 환경하에서 병원성 미생물인 C. albicans는 대사경로로 glyoxylate cycle을 사용한다. 그리고 glyoxylate cycle은 식물이나 미생물에서는 발견되는 반면 포유동물에서는 발견되지 않는다고 보고 되었다. 이러한 점에 있어 ICL 저해 활성 물질은 인간에게는 아무런 영향없이 병원성 미생물을 효과적으로 제거할 것이다. 본 연구를 통해 cadiolide는 우수한 항진균제로서 개발 가능한 후보 물질로 사료된다.

Infectious diseases are currently the second major cause of death worldwide and third leading cause of death in economically advanced countries. Natural products have been the rich source of medicinal agents for the treatment of a variety of diseases. In particular, marine organisms are very prolific sources of structurally unique and biologically active metabolites. In this study, tris-aromatic furanones (cadiolide E, G, H and I) and related bis-aromatic diesters (synoilide A and B) isolated from the dark red ascidian Synoicum sp., were evaluated for their inhibitory activities toward microbial growth and several target enzymes related to antimicrobial activities (isocitrate lyase, sortase A and Na+/K+-ATPase). In antimicrobial assay, cadiolides E-I displayed significant antibacterial activities against several Gram-positive and Gram-negative strains, while synoilides A and B exhibited either much weaker or no activity. These results suggest that the antibacterial activity of these compounds may be attributable to the presence of the furanone moiety. The isolated compounds were also evaluated for their inhibitory activity toward several target enzymes related to antimicrobial activities. These studies led to the identification of cadiolide E, H and I as potent inhibitors of isocitrate lyase (ICL) from Candida albicans, with IC50 values of 7.62, 17.16, and 10.36 μM, respectively. Growth phenotype of ICL deletion mutants and RT-PCR analysis data indicated that cadiolide E inhibits the ICL expression in C. albicans under C2 carbon utilizing condition. Since the enzymes of the glyoxylate cycle are not found in mammals, cadiolides may be worth of investigation as antifungal agents to suppress virulence in the C. albicans.