Toxicology - Prof. RNDr. Jiří Patočka, DrSc - Caulerpin a caulerpenyn, toxické molekuly z mořských chaluh třídy Caulerpa

Caulerpin a caulerpenyn, toxické molekuly z mořských chaluh třídy Caulerpa

Jiří Patočka

Chaluhy (Phaeophyceae) tvoří skupinu asi 1500 druhů řas, které žijí převážně v mořích, teplých i studených. Většina z nich jsou makroskopické řasy, dosahující délky až 50 m. Mnohé z nich jsou jedlé a používají se v kuchyni, zejména japonské. Některé druhy chaluh jsou agresivní vůči jiným organismům. Objeví-li se ve větším množství, velmi negativně ovlivňují život dalších rostlin a živočichů na mořském dně, kde rostou. Takovým druhem je i tropická zelená chaluha Caulerpa racemosa. Její porosty se rychle rozrůstají a v krátké době zcela překryjí autochtonní mořské organizmy, které pak hynou nedostatkem kyslíku. Narůstající chaluhy mění mořské dno, jeho mikroklima a snižují biodiverzitu. Takové lokality přestávají být zajímavé jak pro rybáře, tak i pro potápěče.

Chaluha Caulerpa racemosa s českým jménem lazucha, je domovem v tropických mořích, kde vytváří husté porosty. Je to světlomilný druh rostoucí na písku, bahně i na skalách v hloubkách od 5 do 45 m. Má větvenou sifonální stélku s bobulovitými fyloidy, které připomínají kuličky hrášku. V polovině minulého století byla nalezena i ve Středozemním moři, kam se zřejmě dostala s mořskými proudy Suezským průplavem z Rudého moře. V 90. letech minulého století se začala šířit i do dalších oblastí (Klein a Verlaque 2007; Piazzi a Balata 2008). V Jadranu byla prvně zjištěna v r. 2000 na lokalitě Marinkovac v oblasti Paklených ostrovů. Dnes je již rozšířena v celém jižním a středním Jadranu (Bulleri et al. 2010; Katsanevakis et al. 2010).
Z chaluhy C. racemosa bylo izolováno několik biologicky účinných látek, z nichž nejvíce pozornosti bylo věnováno caulerpinu, bisindolovému alkaloidu, který byl z chaluhy získán lipoidní extrakcí (Aguilar-Santos 1970). Struktura tohoto červeného pigmentu je založena na dvou indolových jádrech, která jsou kondenzovana s cyklooktatetraenem (Parvez et al. 2000). Caulerpin vykazuje významnou antinociceptivní a protizánětlivou aktivitu (de Souza et al. 2009) u savců. Již dříve bylo prokázáno, že také inhibuje růst nádorů (Ayyad a Badrya 1994), působí jako růstový regulátor a stimulátor růstu kořenů rostlin (Raub et al. 1987; Xu a Su 1996). Caulerpin také inhibuje aktivaci transkripčního faktoru HIF-1 (hypoxia-inducible factor-1) (Liu et al. 2009), který je významným molekulárním terčem ve výzkumu protinádorově účinných látek.

Z jiných biologicky účinných a zajímavých látek této chaluhy stojí za zmínku jedovatý sesquiterpen caulerpenyn (Mozzachiodi et al. 2001), který je inhibitorem lipooxygenázy (Cangiz et al. 2010) a váže se rovněž na tubulin a blokuje dělení buněk podobně jako taxol nebo vinca-alkaloidy (Bourdron et al. 2009). Po chemické stránce se jedná o alifatický větvený nenasycený polyalkohol se čtyřmi dvojnými a jednou trojnou vazbou, jehož tři alkoholické skupiny jsou esterifikovány kyselinou octovou. Toxin caulerpenyn je v chaluhách třídy Caulerpa doprovázen další jedovatou látkou, oxytoxinem 1. Tyto toxiny jsou zřejmě těmi látkami, které svým účinkem negativně ovlivňují život dalších rostlin a živočichů na mořském dně a jsou příčinou toho, proč jsou chaluhy Caulerpa tak agresivní vůči jiným organismům (Cutignano et al. 2004; Paul et al. 2007).
Další potenciálně toxické látky byly z chaluh izolovány v menším množství. Jedná se o sesquiterpeny: taxifolial A ( = (5E)-6,10-dimethyl-2-[(E)2-oxoethyliden]undeka-5,9-dien-7- yn-1,3-diyl diacetat), taxifolial B (= (1E,6E,10E)-3-[(Z)-acetoxymethyliden]-7, 11-dimethyl-12-oxododeka-1,6,10-trien-8-yn-1,4-diyl diacetat), 10,11-epoxycaulerpenyn ( = (1E,6E)-3-[(Z)-acetoxymethyliden]-10,11-epoxy-7, 11-dimethyldodeka-1,6-dien-8-yn-1,4-diyl diacetat), taxifolial C ( = (2Z,6E)-3-formyl-7,11-dimethyldodeka-2,6,10-trien-8-yn-1,1, 4-triyl triacetat) a taxifolial D ( = (2Z)-3,7-dimethylokta-2, 6-dien-4-ynal) (Guerriero et al. 1992). Biologicky aktivní jsou rovněž z chaluhy izolované sulfonované polysacharidy (Costa et al. 2010). Polysacharid CrvpPS má imunomodulační vlastnosti a u myší stimuluje funkci thymu (Shen et al. 2008).

Literatura
Aguilar-Santos G. Caulerpin, a new red pigment from green algae of the genus Caulerpa. J Chem Soc Perkin 1. 1970; 6: 842-843.
Ayyad SEN, Badria FA. Caulerpin, an antitumor índole alkaloid from Caulerpa racemosa, Alex. J Pharm Sci. 1994; 8: 217.
Bourdron J, Barbier P, Allegro D, Villard C, Lafitte D, Commeiras L, Parrain JL, Peyrot V. Caulerpenyne binding to tubulin: structural modifications by a non conventional pharmacological agent. Med Chem. 2009; 5(2): 182-190.
Bulleri F, Balata D, Bertocci I, Tamburello L, Benedetti-Cecchi L. The seaweed Caulerpa racemosa on Mediterranean rocky reefs: from passenger to driver of ecological change. Ecology. 2010; 91(8): 2205-2212.
Cengiz S, Cavas L, Yurdakoc K, Pohnert G. The Sesquiterpene Caulerpenyne from Caulerpa spp. is a Lipoxygenase Inhibitor. Mar Biotechnol (NY). 2010 Jun 22. [Epub ahead of print]
Costa LS, Fidelis GP, Cordeiro SL, Oliveira RM, Sabry DA, Câmara RB, Nobre LT, Costa MS, Almeida-Lima J, Farias EH, Leite EL, Rocha HA. Biological activities of sulfated polysaccharides from tropical seaweeds. Biomed Pharmacother. 2010; 64(1): 21-28.
Cutignano A, Notti V, d'Ippolito G, Coll AD, Cimino G, Fontana A. Lipase-mediated production of defensive toxins in the marine mollusc Oxynoe olivacea. Org Biomol Chem. 2004; 2(21): 3167-3171.
de Souza ET, de Lira DP, de Queiroz AC, da Silva DJ, de Aquino AB, Mella EA, Lorenzo VP, de Miranda GE, de Araújo-Júnior JX, Chaves MC, Barbosa-Filho JM, de Athayde-Filho PF, Santos BV, Alexandre-Moreira MS. The antinociceptive and anti-inflammatory activities of caulerpin, a bisindole alkaloid isolated from seaweeds of the genus Caulerpa. Mar Drugs. 2009; 7(4): 689-704.
Guerreiro A, Meinesz A, D'Amrosio M, Pietra F. Isolation of toxic and potentially toxic sesqui- and monoterpees from the tropical green seaweed Caulerpa taxifolia which has invaded the region of Cap Martin and Monaco. Helv Chim Acta 1992; 75(3): 689-695.
Katsanevakis S, Issaris Y, Poursanidis D, Thessalou-Legaki M. Vulnerability of marine habitats to the invasive green alga Caulerpa racemosa var. cylindracea within a marine protected area. Mar Environ Res. 2010; 70(2): 210-218.
Klein J, Verlaque M. The Caulerpa racemosa invasion: a critical review. Mar Pollut Bull. 2008; 56(2): 205-25.
Liu Y, Morgan JB, Coothankandaswamy V, Liu R, Jekabsons MB, Mahdi F, Nagle DG, Zhou YD. The Caulerpa pigment caulerpin inhibits HIF-1 activation and mitochondrial respiration. J Nat Prod. 2009; 72(12): 2104-2109.
Mozzachiodi R, Scuri R, Roberto M, Brunelli M. Caulerpenyne, a toxin form the seawwd Caulerpa taxifolia, depresses afterhyperp. Neuroscience 2001; 107: 519-526.
Parvez M, Ara J, Sultana V, Qasim R, Ahmad VU. Caulerpin. Acta Crystallogr C. 2000; 56(Pt 3): E96-E97.
Paul VJ, Arthur KE, Ritson-Williams R, Ross C, Sharp K. Chemical defenses: from compounds to communities. Biol Bull. 2007; 213(3): 226-251.
Piazzi L, Balata D. The spread of Caulerpa racemosa var. cylindracea in the Mediterranean Sea: an example of how biological invasions can influence beta diversity. Mar Environ Res. 2008; 65(1) :50-61.
Raub MF, Cardellina JH, II, Schwede JG. The green algal pigment caulerpin as a plant growth regulator. Phytochemistry. 1987; 26: 619–620.
Shen W, Wang H, Guo G, Tuo J. Immunomodulatory effects of Caulerpa racemosa var peltata polysaccharide and its selenizing product on T lymphocytes and NK cells in mice. Sci China C Life Sci. 2008; 51(9): 795-801.
Xu XH, Su JG. The separation, identification and bioassay of caulerpin. Zhongshan Daxue Xuebao Ziran Kexueban. 1996; 35 :64–66.