Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Ảnh hưởng của việc thay thế proline đến hoạt tính sinh học của peptide kháng khuẩn NK-2 có nguồn gốc từ động vật có vú
Tóm tắt
Vi khuẩn kháng đa thuốc đang nổi lên như một mối đe dọa toàn cầu, khiến cho việc tìm kiếm các hợp chất thay thế trở nên cấp bách. Peptide kháng khuẩn (AMPs) trở thành một lĩnh vực hứa hẹn nhờ vào cơ chế tác động độc đáo của chúng và khả năng sử dụng như một lựa chọn thay thế hoặc bổ sung cho kháng sinh truyền thống. Tuy nhiên, việc hiểu rõ hơn về mối quan hệ giữa cấu trúc peptide kháng khuẩn và hoạt tính sinh học của chúng là rất quan trọng cho sự phát triển các tác nhân kháng khuẩn thế hệ tiếp theo. NK-2, được chiết xuất từ protein NK-lysin của động vật có vú, có khả năng chống khối u và diệt khuẩn mạnh mẽ. Do proline được coi là một chất phá vỡ α-helix hiệu quả do cấu hình bị hạn chế của nó, để hiểu rõ hơn về tác động của proline trong mối quan hệ cấu trúc-hoạt tính của NK-2, chúng tôi đã xây dựng hai thể đồng phân NK-2. Chúng tôi đã khảo sát hoạt tính sinh học của NK-2 và các thể đồng phân thay thế proline của nó và phân tích các thay đổi cấu hình kết quả. Kết quả của chúng tôi cho thấy việc đưa proline vào chuỗi chính của NK-2 đã làm giảm đáng kể các tác động chống khối u, kháng khuẩn và độc tính tế bào, cũng như hoạt tính liên kết DNA bằng cách thay đổi hàm lượng α-helix. Tuy nhiên, hàm lượng α-helix không phải là yếu tố quyết định duy nhất, vị trí của proline được chèn vào cũng rất quan trọng. Nghiên cứu này sẽ giúp làm sáng tỏ vai trò của proline trong cấu trúc và hoạt tính sinh học của NK-2 và cung cấp nền tảng cho các nghiên cứu trong tương lai.
Từ khóa
#Vi khuẩn kháng thuốc #peptide kháng khuẩn #NK-2 #proline #cấu trúc- hoạt tính #hoạt tính sinh học.Tài liệu tham khảo
Lima TB, Pinto MFS, Ribeiro SM, de Lima LA, Viana JC, Junior NG, Candido ES, Dias SC, Franco OL (2013) Bacterial resistance mechanism: what proteomics can elucidate. FASEB J 27(4):1291–1303. https://doi.org/10.1096/fj.12-221127
Grundmann H, Klugman KP, Walsh T, Ramon-Pardo P, Sigauque B, Khan W, Laxminarayan R, Heddini A, Stelling J (2011) A framework for global surveillance of antibiotic resistance. Drug Resist Updat 14(2):79–87. https://doi.org/10.1016/j.drup.2011.02.007
David MZ, Dryden M, Gottlieb T, Tattevin P, Gould IM (2017) Recently approved antibacterials for methicillin-resistant Staphylococcus Aureus (MRSA) and other gram-positive pathogens: the shock of the new. Int J Antimicrob Agents 50(3):303–307. https://doi.org/10.1016/j.ijantimicag.2017.05.006
Brogden KA (2005) Antimicrobial peptides: pore formers or metabolic inhibitors in bacteria? Nat Rev Microbiol 3(3):238–250
Mangoni M (2011) Host-defense peptides: from biology to therapeutic strategies. Cell Mol Life Sci 68(13):2157–2159. https://doi.org/10.1007/s00018-011-0709-3
Wang K, Dang W, Yan J, Chen R, Liu X, Yan W, Zhang B, Xie J, Zhang J, Wang R (2013) Membrane perturbation action mode and structure-activity relationships of Protonectin, a novel antimicrobial peptide from the venom of the neotropical social wasp Agelaia pallipes pallipes. Antimicrob Agents Chemother 57(10):4632–4639. https://doi.org/10.1128/aac.02311-12
Murray B, Pearson CS, Aranjo A, Cherupalla D, Belfort G (2016) Mechanism of four de novo designed antimicrobial peptides. J Biol Chem 291(49):25706–25715. https://doi.org/10.1074/jbc.M116.733816
Trimble MJ, Mlynárčik P, Kolář M, Hancock REW (2016) Polymyxin: alternative mechanisms of action and resistance. Cold Spring Harb Perspect Med 6(10). https://doi.org/10.1101/cshperspect.a025288
Biondi B, Casciaro B, Di Grazia A, Cappiello F, Luca V, Crisma M, Mangoni ML (2017) Effects of Aib residues insertion on the structural–functional properties of the frog skin-derived peptide esculentin-1a(1–21)NH2. Amino Acids 49(1):139–150. https://doi.org/10.1007/s00726-016-2341-x
Peschel A, Sahl H-G (2006) The co-evolution of host cationic antimicrobial peptides and microbial resistance. Nat Rev Microbiol 4(7):529–536
Jenssen H, Hamill P, Hancock RE (2006) Peptide antimicrobial agents. Clin Microbiol Rev 19(3):491–511. https://doi.org/10.1128/cmr.00056-05
Wiradharma N, Sng MY, Khan M, Ong ZY, Yang YY (2013) Rationally designed alpha-helical broad-spectrum antimicrobial peptides with idealized facial amphiphilicity. Macromol Rapid Commun 34(1):74–80. https://doi.org/10.1002/marc.201200534
Zelezetsky I, Tossi A (2006) Alpha-helical antimicrobial peptides—using a sequence template to guide structure–activity relationship studies. Biochim Biophys Acta Biomembr 1758(9):1436–1449. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2006.03.021
Casciaro B, Cappiello F, Cacciafesta M, Mangoni ML (2017) Promising approaches to optimize the biological properties of the antimicrobial peptide Esculentin-1a(1-21)NH2: amino acids substitution and conjugation to nanoparticles. Front Chem 5:26. https://doi.org/10.3389/fchem.2017.00026
Lee JK, Gopal R, Park S-C, Ko HS, Kim Y, Hahm K-S, Park Y (2013) A Proline-hinge alters the characteristics of the amphipathic α-helical AMPs. PLoS One 8(7):e67597. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0067597
Schimmel PR, Flory PJ (1967) Conformational energy and configurational statistics of poly-L-proline. Proc Natl Acad Sci U S A 58(1):52–59
Andersson M, Gunne H, Agerberth B, Boman A, Bergman T, Olsson B, Dagerlind Å, Wigzell H, Boman HG, Gudmundsson GH (1996) NK-lysin, structure and function of a novel effector molecule of porcine T and NK cells. Vet Immunol Immunopathol 54(1–4):123–126. https://doi.org/10.1016/S0165-2427(96)05677-2
Schröder-Borm H, Bakalova R, Andrä J (2005) The NK-lysin derived peptide NK-2 preferentially kills cancer cells with increased surface levels of negatively charged phosphatidylserine. FEBS Lett 579(27):6128–6134. https://doi.org/10.1016/j.febslet.2005.09.084
Yan JX, Wang KR, Chen R, Song JJ, Zhang BZ, Dang W, Zhang W, Wang R (2012) Membrane active antitumor activity of NK-18, a mammalian NK-lysin-derived cationic antimicrobial peptide. Biochimie 94(1):184–191. https://doi.org/10.1016/j.biochi.2011.10.005
Fields GB, Noble RL (1990) Solid phase peptide synthesis utilizing 9-fluorenylmethoxycarbonyl amino acids. Int J Pept Protein Res 35(3):161–214
Desgranges S, Le Prieult F, Daly A, Lydon J, Brennan M, Rai DK, Subasinghage AP, Hewage CM, Cryan S-A, Greene C, McElvaney NG, Smyth TP, Fitzgerald-Hughes D, Humphreys H, Devocelle M (2011) In vitro activities of synthetic host defense Propeptides processed by neutrophil Elastase against cystic fibrosis pathogens. Antimicrob Agents Chemother 55(5):2487–2489. https://doi.org/10.1128/aac.01384-10
Institute CaLS (2012) Methods for Dilution Antimicrobial Susceptibility Tests for Bacteria That Grow Aerobically—Ninth Edition: Approved Standard M07-A9
Yan J, Wang K, Dang W, Chen R, Xie J, Zhang B, Song J, Wang R (2013) Two hits are better than one: membrane-active and DNA binding-related double-action mechanism of NK-18, a novel antimicrobial peptide derived from mammalian NK-lysin. Antimicrob Agents Chemother 57(1):220–228. https://doi.org/10.1128/aac.01619-12
Pag U, Oedenkoven M, Papo N, Oren Z, Shai Y, Sahl H-G (2004) In vitro activity and mode of action of diastereomeric antimicrobial peptides against bacterial clinical isolates. J Antimicrob Chemother 53(2):230–239. https://doi.org/10.1093/jac/dkh083
Beckloff N, Laube D, Castro T, Furgang D, Park S, Perlin D, Clements D, Tang H, Scott RW, Tew GN, Diamond G (2007) Activity of an antimicrobial peptide mimetic against planktonic and biofilm cultures of oral pathogens. Antimicrob Agents Chemother 51(11):4125–4132. https://doi.org/10.1128/aac.00208-07
Rohl CA, Baldwin RL (1998) Deciphering rules of helix stability in peptides. Methods Enzymol 295:1–26
Eisenberg D, McLachlan AD (1986) Solvation energy in protein folding and binding. Nature 319(6050):199–203
Schiffer M, Edmundson AB (1967) Use of helical wheels to represent the structures of proteins and to identify segments with helical potential. Biophys J 7(2):121–135. https://doi.org/10.1016/s0006-3495(67)86579-2
Mohamed MF, Hamed MI, Panitch A, Seleem MN (2014) Targeting methicillin-resistant Staphylococcus aureus with short salt-resistant synthetic peptides. Antimicrob Agents Chemother 58(7):4113–4122. https://doi.org/10.1128/aac.02578-14
de Oca EPM (2013) Antimicrobial peptide elicitors: new hope for the post-antibiotic era. Innate Immun 19(3):227–241. https://doi.org/10.1177/1753425912460708
Gabrielsen C, Brede DA, Nes IF, Diep DB (2014) Circular Bacteriocins: biosynthesis and mode of action. Appl Environ Microbiol 80(22):6854–6862. https://doi.org/10.1128/aem.02284-14
Kang SJ, Park SJ, Mishig-Ochir T, Lee BJ (2014) Antimicrobial peptides: therapeutic potentials. Expert Rev Anti-Infect Ther 12(12):1477–1486. https://doi.org/10.1586/14787210.2014.976613
Campos-Salinas J, Cavazzuti A, O'Valle F, Forte-Lago I, Caro M, Beverley SM, Delgado M, Gonzalez-Rey E (2014) Therapeutic efficacy of stable analogues of vasoactive intestinal peptide against pathogens. J Biol Chem. https://doi.org/10.1074/jbc.M114.560573
Ong ZY, Wiradharma N, Yang YY (2014) Strategies employed in the design and optimization of synthetic antimicrobial peptide amphiphiles with enhanced therapeutic potentials. Adv Drug Deliv Rev 78c:28–45. https://doi.org/10.1016/j.addr.2014.10.013
Mangoni ML, Carotenuto A, Auriemma L, Saviello MR, Campiglia P, Gomez-Monterrey I, Malfi S, Marcellini L, Barra D, Novellino E, Grieco P (2011) Structure–activity relationship, conformational and biological studies of Temporin L analogues. J Med Chem 54(5):1298–1307. https://doi.org/10.1021/jm1012853
Bobone S, Bocchinfuso G, Park Y, Palleschi A, Hahm KS, Stella L (2013) The importance of being kinked: role of pro residues in the selectivity of the helical antimicrobial peptide P5. J Pept Sci 19(12):758–769. https://doi.org/10.1002/psc.2574
Bera S, Ghosh A, Sharma S, Debnath T, Giri B, Bhunia A (2015) Probing the role of Proline in the antimicrobial activity and lipopolysaccharide binding of indolicidin. J Colloid Interface Sci 452:148–159. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2015.04.031
Li SC, Goto NK, Williams KA, Deber CM (1996) Alpha-helical, but not beta-sheet, propensity of proline is determined by peptide environment. Proc Natl Acad Sci U S A 93(13):6676–6681
Scocchi M, Tossi A, Gennaro R (2011) Proline-rich antimicrobial peptides: converging to a non-lytic mechanism of action. Cell Mol Life Sci: CMLS 68(13):2317–2330. https://doi.org/10.1007/s00018-011-0721-7
Andra J, Leippe M (1999) Candidacidal activity of shortened synthetic analogs of amoebapores and NK-lysin. Med Microbiol Immunol 188(3):117–124
Hsu C-H, Chen C, Jou M-L, Lee AY-L, Lin Y-C, Yu Y-P, Huang W-T, Wu S-H (2005) Structural and DNA-binding studies on the bovine antimicrobial peptide, indolicidin: evidence for multiple conformations involved in binding to membranes and DNA. Nucleic Acids Res 33(13):4053–4064. https://doi.org/10.1093/nar/gki725
Tang Y-L, Shi Y-H, Zhao W, Hao G, Le G-W (2009) Interaction of MDpep9, a novel antimicrobial peptide from Chinese traditional edible larvae of housefly, with Escherichia Coli genomic DNA. Food Chem 115(3):867–872. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2008.12.102
MacArthur MW, Thornton JM (1991) Influence of proline residues on protein conformation. J Mol Biol 218(2):397–412
Song YM, Yang S-T, Lim SS, Kim Y, Hahm K-S, Kim JI, Shin SY (2004) Effects of l- or d-pro incorporation into hydrophobic or hydrophilic helix face of amphipathic α-helical model peptide on structure and cell selectivity. Biochem Biophys Res Commun 314(2):615–621. https://doi.org/10.1016/j.bbrc.2003.12.142