Vai trò của liên kết disulfide trong tương tác của polypeptide amyloid đảo tuỵ với màng

European Biophysics Journal - Tập 39 - Trang 1359-1364 - 2010
Lucie Khemtémourian1, Maarten F. M. Engel1,2,3, John A. W. Kruijtzer4, Jo W. M. Höppener2,5, Rob M. J. Liskamp4, J. Antoinette Killian1
1Chemical Biology and Organic Chemistry, Institute of Biomembranes, Utrecht University, Utrecht, The Netherlands
2Department of Metabolic and Endocrine Diseases, Division of Biomedical Genetics, University Medical Center Utrecht, Utrecht, The Netherlands
3Astbury Centre for Structural Molecular Biology, Institute of Molecular and Cellular Biology, University of Leeds, Leeds, UK
4Medicinal Chemistry and Chemical Biology, Utrecht University, Utrecht, The Netherlands
5Netherlands Metabolomics Center, University Medical Center Utrecht, Utrecht, The Netherlands

Tóm tắt

Peptide amyloid đảo tuỵ của người (hIAPP) hình thành các sợi amyloid trong các đảo tụy của bệnh nhân mắc bệnh tiểu đường loại 2. Đã có đề xuất rằng phần đầu N, chứa một liên kết disulfide nội phân tử bảo tồn giữa các dư lượng 2 và 7, tương tác với các màng, cuối cùng dẫn đến tổn thương màng và cái chết tế bào β. Ở đây, chúng tôi đã sử dụng các biến thể của đoạn hIAPP1–19 và các màng mô hình phosphatidylcholine và phosphatidylserine (tỉ lệ 7:3, theo mol) để kiểm tra vai trò của liên kết disulfide này trong các tương tác với màng. Chúng tôi phát hiện rằng liên kết disulfide có tác động nhỏ đến các tính chất chèn vào màng và hành vi cấu hình của peptide, được nghiên cứu thông qua các kỹ thuật lớp đơn, NMR 2H, huỳnh quang ThT, rò rỉ màng và phổ CD. Kết quả cho thấy liên kết disulfide không đóng vai trò quan trọng trong các tương tác giữa hIAPP và màng. Do đó, việc liên kết này được bảo tồn rất có thể chỉ liên quan đến hoạt động sinh học của IAPP như một hormone.

Từ khóa

#polypeptide amyloid đảo tuỵ #liên kết disulfide #bệnh tiểu đường loại 2 #tế bào β #màng tế bào

Tài liệu tham khảo

Abedini A, Tracz SM, Cho JH, Raleigh DP (2006) Characterization of the heparin binding site in the N-terminus of human pro-islet amyloid polypeptide: implications for amyloid formation. Biochemistry 45:9228–9237 Akesson B, Panagiotidis G, Westermark P, Lundquist I (2003) Islet amyloid polypeptide inhibits glucagon release and exerts a dual action on insulin release from isolated islets. Regul Pept 111:55–60 Apostolidou M, Jayasinghe SA, Langen R (2008) Structure of alpha-helical membrane-bound human islet amyloid polypeptide and its implications for membrane-mediated misfolding. J Biol Chem 283:17205–17210 Balla MS, Bowie JH, Separovic F (2004) Solid-state NMR study of antimicrobial peptides from Australian frogs in phospholipid membranes. Eur Biophys J 33:109–116 Bloom M, Davis JH, Mackay AL (1981) Direct determination of the oriented sample NMR spectrum from the powder spectrum for systems with a local axial symmetry. Chem Phys Lett 80:198–202 Brender JR, Lee EL, Cavitt MA, Gafni A, Steel DG, Ramamoorthy A (2008) Amyloid fiber formation and membrane disruption are separate processes localized in two distinct regions of IAPP, the type-2-diabetes-related peptide. J Am Chem Soc 130:6424–6429 Buchoux S, Lai-Kee-Him J, Garnier M, Tsan P, Besson F, Brisson A, Dufourc EJ (2008) Surfactin-triggered small vesicle formation of negatively charged membranes: a novel membrane-lysis mechanism. Biophys J 95:3840–3849 Calvez P, Bussieres S, Eric D, Salesse C (2009) Parameters modulating the maximum insertion pressure of proteins and peptides in lipid monolayers. Biochimie 91:718–733 Demel RA, Geurts van Kessel WS, Zwaal RF, Roelofsen B, van Deenen LL (1975) Relation between various phospholipase actions on human red cell membranes and the interfacial phospholipid pressure in monolayers. Biochim Biophys Acta 406:97–107 Demuro A, Mina E, Kayed R, Milton SC, Parker I, Glabe CG (2005) Calcium dysregulation and membrane disruption as a ubiquitous neurotoxic mechanism of soluble amyloid oligomers. J Biol Chem 280:17294–17300 Engel MFM (2009) Membrane permeabilization by islet amyloid polypeptide. Chem Phys Lipids 160:1–10 Engel MFM, Yigittop H, Elgersma RC, Rijkers DT, Liskamp RM, de Kruijff B, Höppener JW, Killian JA (2006) Islet amyloid polypeptide inserts into phospholipid monolayers as monomer. J Mol Biol 356:783–789 Engel MFM, Khemtémourian L, Kleijer CC, Meeldijk HJ, Jacobs J, Verkleij AJ, de Kruijff B, Killian JA, Höppener JW (2008) Membrane damage by human islet amyloid polypeptide through fibril growth at the membrane. Proc Natl Acad Sci USA 105:6033–6038 Gehman JD, O’Biren CC, Shabanpoor F, Wade JD, Separovic F (2008) Metal effects on the membrane interactions of amyloid-β peptides. Eur Biophys J 37:333–344 Höppener JW, Ahren B, Lips CJ (2000) Islet amyloid and type 2 diabetes mellitus. N Engl J Med 343:411–419 Janson J, Ashley RH, Harrison D, McIntyre S, Butler PC (1999) The mechanism of islet amyloid polypeptide toxicity is membrane disruption by intermediate-sized toxic amyloid particles. Diabetes 48:491–498 Jayasinghe SA, Langen R (2007) Membrane interaction of islet amyloid polypeptide. Biochim Biophys Acta 1768:2002–2009 Kayed R, Head E, Thompson JL, McIntire TM, Milton SC, Cotman CW, Glabe CG (2003) Common structure of soluble amyloid oligomers implies common mechanism of pathogenesis. Science 300:486–489 Khemtémourian L, Killian JA, Höppener JW, Engel MFM (2008) Recent insights in islet amyloid polypeptide-induced membrane disruption and its role in beta-cell death in type 2 diabetes mellitus. Exp Diabetes Res 2008:421287 Knight JD, Miranker AD (2004) Phospholipid catalysis of diabetic amyloid assembly. J Mol Biol 341:1175–1187 Koo BW, Miranker AD (2005) Contribution of the intrinsic disulfide to the assembly mechanism of islet amyloid. Prot Sci 14:231–239 Lau TL, Ambroggio EE, Tew DJ, Cappai R, Masters CL, Fidelio GD, Barnham KJ, Separovic F (2006) Amyloid-β peptide disruption of lipid membranes and the effect of metal ions. J Mol Biol 356:759–770 Nanga RP, Brender JR, Xu J, Hartman K, Subramanian V, Ramamoorthy A (2009) Three-dimensional structure and orientation of rat islet amyloid polypeptide protein in a membrane environment by solution NMR spectroscopy. J Am Chem Soc 131:8252–8261 Reda TK, Geliebter A, Pi-Sunyer FX (2002) Amylin, food intake, and obesity. Obes Res 10:1087–1091 Roberts AN, Leighton B, Todd JA, Cockburn D, Schofield PN, Sutton R, Holt S, Boyd Y, Day AJ, Foot EA, Willis AC, Reid KBM, Cooper GJS (1989) Molecular and functional-characterization of amylin, a peptide associated with type-2 diabetes-mellitus. Proc Natl Acad Sci USA 86:9662–9666 Rushing PA, Hagan MM, Seeley RJ, Lutz TA, D’Alessio DA, Air EL, Woods SC (2001) Inhibition of central amylin signaling increases food intake and body adiposity in rats. Endocrinology 142:5035 Rustenbeck I, Matthies A, Lenzen S (1994) Lipid composition of glucose-stimulated pancreatic islets and insulin-secreting tumor cells. Lipids 29:685–692 Salnikov ES, Mason AJ, Bechinger B (2009) Membrane order perturbation in the presence of antimicrobial peptides by (2)H solid-state NMR spectroscopy. Biochimie 91:734–743 Sparr E, Engel MFM, Sakharov DV, Sprong M, Jacobs J, de Kruijff B, Höppener JWM, Killian JA (2004) Islet amyloid polypeptide-induced membrane leakage involves uptake of lipids by forming amyloid fibers. FEBS Lett 577:117–120 Sreerama N, Woody RW (2000) Estimation of protein secondary structure from circular dichroism spectra: comparison of CONTIN, SELCON, and CDSSTR methods with an expanded reference set. Anal Biochem 287:252–260 Westermark P, Wilander E, Westermark GT, Johnson KH (1987) Islet amyloid polypeptide-like immunoreactivity in the islet B cells of type 2 (non-insulin-dependent) diabetic and non-diabetic individuals. Diabetologia 30:887–892