Применение метаболомных подходов для анализа вторичных метаболитов морских звезд и голотурий в Тихоокеанском институте биоорганической химии им. Г.Б. Елякова ДВО РАН

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Полярные стероидные соединения морских звезд и тритерпеновые гликозиды голотурий являются уникальными биологически активными вторичными метаболитами, имеющими необычные химические структуры и разнообразные биологические эффекты. Применение метаболомных подходов с использованием масс-спектрометрических методов для изучения экстрактов морских беспозвоночных позволяет обнаружить большое число ранее не изученных, в том числе минорных, соединений, быстро охарактеризовать полный набор метаболитов, идентифицировать известные соединения и предположить структуры или получить структурную информацию о строении отдельных частей молекул для новых соединений. В статье кратко обсуждаются основные достижения в исследовании вторичных метаболитов морских звезд и голотурий с применением метаболомных подходов в Тихоокеанском институте биоорганической химии им. Г.Б. Елякова ДВО РАН. Использование масс-спектрометрических методов для изучения суммарных фракций полярных стероидных соединений из дальневосточных морских звезд Aphelasterias japonica (класс Asteroidea, отряд Forcipulatida, семейство Asteriidae), Patiria pectinifera (класс Asteroidea, отряд Valvatida, семейство Asterinidae) и Lethasterias fusca (класс Asteroidea, отряд Forcipulatida, семейство Asteriidae) позволило обнаружить и структурно охарактеризовать большой ряд как известных, так и новых стероидных соединений, включая астеросапонины, гликозиды полигидроксистероидов и полигидроксистероиды. Кроме того, было изучено влияние различных стрессовых факторов на стероидный метаболом P. pectinifera и распределение обнаруженных соединений в различных органах L. fusca. Полученные данные позволили сделать вывод о биосинтезе и биологических функциях этих метаболитов. Применение методов метаболомного профилирования позволило охарактеризовать состав тритерпеновых гликозидов дальневосточной голотурии Eupentacta fraudatrix (класс Holothuroidea, отряд Dendrochirotida, семейство Sclerodactylidae) и предположить схему их биосинтеза. На основе полученных данных для большого круга ранее выделенных тритерпеновых гликозидов была создана спектральная библиотека.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Роман Сергеевич Попов

Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г.Б. Елякова ДВО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: rs.popov@outlook.com
ORCID iD: 0000-0002-1727-6164

кандидат химических наук, старший научный сотрудник

Россия, Владивосток

Наталья Владимировна Иванчина

Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г.Б. Елякова ДВО РАН

Email: ivanchina@piboc.dvo.ru
ORCID iD: 0000-0001-9075-8584

кандидат химических наук, заведующая лабораторией

Россия, Владивосток

Павел Сергеевич Дмитренок

Тихоокеанский институт биоорганической химии им. Г.Б. Елякова ДВО РАН

Email: paveldmt@piboc.dvo.ru
ORCID iD: 0000-0002-8191-6170

доктор химических наук, директор

Россия, Владивосток

Список литературы

  1. Ivanchina N.V., Kicha A.A., Stonik V.A. Steroid glycosides from marine organisms // Steroids. 2011. Vol. 76, N5. P. 425–454.
  2. Ivanchina N., Kicha A., Malyarenko T., Stonik V. Recent studies of polar steroids from starfish: structures, biological activities and biosynthesis // Advances in Natural Products Discovery. New York: Nova Sci., 2017. P. 191–224.
  3. Stonik V.A., Kicha A.A., Malyarenko T.V., Ivanchina N.V. Asterosaponins: Structures, Taxonomic Distribution, Biogenesis and Biological Activities // Marine Drugs. 2020. Vol. 18, N12.
  4. Kalinin V.I., Aminin D.L., Avilov S.A., Silchenko A.S., Stonik V.A. Triterpene Glycosides from Sea Cucucmbers (Holothurioidea, Echinodermata). Biological Activities and Functions // Studies in Natural Products Chemistry (Bioactive Natural Products). Elsevier Science Publisher, 2008. Vol. 35. P. 135–196.
  5. Kalinin V.I., Avilov S.A., Silchenko A.S., Stonik V.A., Elyakov G.B. Triterpene glycosides of sea cucumbers (Holothuroidea, Echinodermata) as taxonomic markers // Natural Product Communications. 2015. Vol. 10, N1.
  6. Kalinin V.I., Silchenko A.S., Avilov S.A., Stonik V.A. Progress in the Studies of Triterpene Glycosides From Sea Cucumbers (Holothuroidea, Echinodermata) Between 2017 and 2021 // Natural Product Communications. 2021. Vol. 16, N10.
  7. Minale L., Riccio R., Zollo F. Steroidal Oligoglycosides and Polyhydroxysteroids from Echinoderms // Prog. Chem. Org. Nat. Prod. 1993. Vol. 62. P. 75–308.
  8. Wolfender J.L., Litaudon M., Touboul D., Queiroz E.F. Innovative omics-based approaches for prioritisation and targeted isolation of natural products-new strategies for drug discovery // Natural Product Reports. 2019. Vol. 36, N6. P. 855–868.
  9. Demeyer M., De Winter J., Caulier G., Eeckhaut I., Flammang P., Gerbaux P. Molecular diversity and body distribution of saponins in the sea star Asterias rubens by mass spectrometry // Comparative Biochemistry and Physiology. Part B: Biochemistry and Molecular Biology. 2014. Vol. 168. P. 1–11.
  10. Demeyer M., Wisztorski M., Decroo C., De Winter J., Caulier G., Hennebert E., Eeckhaut I., Fournier I., Flammang P., Gerbaux P. Inter- and intra-organ spatial distributions of sea star saponins by MALDI imaging // Analytical and Bioanalytical Chemistry. 2015. Vol. 407, N29. P. 8813–8824.
  11. Dahmoune B., Bachari-Houma F., Chibane M., Jéhan P., Guegan J.-P., Dahmoune F., Aissou-Akrour C., Mouni L., Ferrières V., Hauchard D. Saponin contents in the starfish Echinaster sepositus: chemical characterization, qualitative and quantitative distribution // Biochemical Systematics and Ecology. 2021. Vol. 96. P. 104262.
  12. Van Dyck S., Gerbaux P., Flammang P. Qualitative and quantitative saponin contents in five sea cucumbers from the Indian Ocean // Marine Drugs. 2010. Vol. 8, N1. P. 173–189.
  13. Bondoc K.G.V., Lee H., Cruz L.J., Lebrilla C.B., Juinio-Meñez M.A. Chemical fingerprinting and phylogenetic mapping of saponin congeners from three tropical holothurian sea cucumbers // Comparative Biochemistry and Physiology. Part B: Biochemistry and Molecular Biology. 2013. Vol. 166, N3/4. P. 182–193.
  14. Van Dyck S., Flammang P., Meriaux C., Bonnel D., Salzet M., Fournier I., Wisztorski M. Localization of secondary metabolites in marine invertebrates: contribution of MALDI MSI for the study of saponins in cuvierian tubules of H. forskali // PLoS One. 2010. Vol. 5, N11. e13923.
  15. Van Dyck S., Caulier G., Todesco M., Gerbaux P., Fournier I., Wisztorski M., Flammang P. The triterpene glycosides of Holothuria forskali: usefulness and efficiency as a chemical defense mechanism against predatory fish // Journal of Experimental Biology. 2011. Vol. 214, N8. P. 1347–1356.
  16. Bahrami Y., Zhang W., Franco C. Distribution of saponins in the sea cucumber Holothuria lessoni; the body wall versus the viscera, and their biological activities // Marine Drugs. 2018. Vol. 16, N11. P. 423.
  17. Popov R.S., Ivanchina N.V., Kicha A.A., Malyarenko T.V., Dmitrenok P.S., Stonik V.A. Metabolite profiling of polar steroid constituents in the Far Eastern starfish Aphelasterias japonica using LC-ESI MS/MS // Metabolomics. 2014. Vol. 10, N6. P. 1152–1168.
  18. Popov R.S., Ivanchina N.V., Kicha A.A., Malyarenko T.V., Dmitrenok P.S., Stonik V.A. LC-ESI MS/MS profiling of polar steroid metabolites of the Far Eastern starfish Patiria (=Asterina) pectinifera // Metabolomics. 2016. Vol. 12, N2. P. 21.
  19. Ivanchina N.V., Kalinovsky A.I., Kicha A.A., Malyarenko T.V., Dmitrenok P.S., Ermakova S.P., Stonik V.A. Two new asterosaponins from the Far Eastern starfish Lethasterias fusca // Natural Product Communications. 2012. Vol. 7, N7.
  20. Popov R.S., Ivanchina N.V., Kicha A.A., Malyarenko T.V., Dmitrenok P.S. Structural characterization of polar steroid compounds of the Far Eastern starfish Lethasterias fusca by nanoflow liquid chromatography coupled to quadrupole time-of-flight tandem mass spectrometry // Journal of the American Society for Mass Spectrometry. 2019. Vol. 30, N5. P. 743–764.
  21. Popov R.S., Ivanchina N.V., Kicha A.A., Malyarenko T.V., Grebnev B.B., Dmitrenok P.S., Stonik V.A. LC–MS-based metabolome analysis on steroid metabolites from the starfish Patiria (= Asterina) pectinifera in conditions of active feeding and stresses // Metabolomics. 2016. Vol. 12, N6. P. 106.
  22. Popov R.S., Ivanchina N.V., Kicha A.A., Malyarenko T.V., Grebnev B.B., Stonik V.A., Dmitrenok P.S. The distribution of asterosaponins, polyhydroxysteroids and related glycosides in different body components of the Far Eastern starfish Lethasterias fusca // Marine Drugs. 2019. Vol. 17, N9. P. 523.
  23. Popov R., Ivanchina N., Silchenko A., Avilov S., Kalinin V., Dolmatov I., Stonik V., Dmitrenok P. Metabolite Profiling of Triterpene Glycosides of the Far Eastern Sea Cucumber Eupentacta fraudatrix and Their Distribution in Various Body Components Using LC-ESI QTOF-MS // Marine Drugs. 2017. Vol. 15, N10. P. 302.
  24. Popov R.S., Ivanchina N.V., Silchenko A.S., Avilov S.A., Kalinin V.I., Malyarenko T.V., Stonik V.A., Dmitrenok P.S. A Mass Spectrometry Database for Sea Cucumber Triterpene Glycosides // Metabolites. 2023. Vol. 13, N7. P. 783.
  25. Wang M., Carver J.J., Phelan V.V., Sanchez L.M., Garg N., Peng Y., Nguyen D.D., Watrous J., Kapono C.A., Luzzatto-Knaan T., Porto C., Bouslimani A., Melnik A.V., Meehan M.J., Liu W.T., Crüsemann M., Boudreau P.D., Esquenazi E. et al. Sharing and community curation of mass spectrometry data with Global Natural Products Social Molecular Networking // Nature Biotechnology. 2016. Vol. 34, N8. P. 828–837.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. МС/МС спектр иона [M − Na]− при m / z 1213.5 астеросапонина офидианозида F

Скачать (149KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Хроматограмма по ионному току обнаруженных в экстракте P. pectinifera стероидных соединений, полученная в режиме регистрации отрицательных ионов

Скачать (143KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Хроматограмма по ионному току обнаруженных в экстракте L. fusca стероидных соединений, полученная в режиме регистрации отрицательных ионов

Скачать (88KB)
Метаданные
5. Рис. 4. МС/МС спектр иона [M + Na]+ при m / z 1251,58 тритерпенового гликозида кукумариозида С2

Скачать (133KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Результаты анализа методом молекулярных сетей с последующей идентификацией и аннотацией обнаруженных в экстракте голотурии E. fraudatrix тритерпеновых гликозидов с помощью созданной базы данных

Скачать (259KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025