Proceedings of the Microbiological Society of Korea Conference
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2001.11a
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pp.97-101
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2001
The fusion between viral envelope and target cell membrane is a central step of viral infection, and the fusion proteins located at viral envelope mediate such process. Gp41 of HIV is one of the fusion proteins whose structure and mechanism of membrane fusion had been extensively studied. Functionally important motives of gp41 are the N-terminus fusion peptide, the coiled-coil and the membrane proximal C-peptide regions. The role of these regions during the fusion process had been thoroughly examined. Specially, insertion of the fusion peptide into membrane and conformational change of the coiled-coil and C-peptide regions are assumed to be critical for the fusion mechanism. In addition, the coiled-coil region has been shown to interact with membrane, and the C-peptide region regulates the interaction in a dose dependent manner. Furthermore, fusion defective mutations of the coiled-coil region dramatically changed its binding affinity to membrane. These results suggested that the membrane binding property of the coiled-coil region is important for the fusion activity of gp41, and such property could be modulated by the interaction with the C-peptide region.
SecA protein, a cytoplasmic ATPase, plays a central role in the secretion of signal peptide-containing proteins. Here, we examined effects of signal peptide and ATP on the oligomerization, conformational change, and membrane binding of SecA. The wild-type (WT) signal peptide from the ribose-binding protein inhibited ATP binding to soluble SecA and stimulated release of ATP already bound to the protein. The signal peptide enhanced the oligomerization of soluble SecA, while ATP induced dissociation of SecA oligomer. Analysis of SecA unfolding with urea or heat revealed that the WT signal peptide induces an open conformation of soluble SecA, while ATP increased the compactness of SecA. We further obtained evidences that the signal peptide-induced oligomerization and the formation of open structure enhance the membrane binding of SecA, whereas ATP inhibits the interaction of soluble SecA with membranes. On the other hand, the complex of membrane-bound SecA and signal peptide was shown to resume nucleotide-binding activity. From these results, we propose that the translocation components affect the degree of oligomerization of soluble SecA, thereby modulating the membrane binding of SecA in early translocation pathway. A possible sequential interaction of SecA with signal peptide, ATP, and cytoplasmic membrane is discussed.
Ro09-0198, a cyclic peptide isolated from culture filtrates of Streptoverticillium griseoverticillatum, induced lysis of erythrocytes. Ro-09-0198-induced hemolysis was temperature-dependent and the sensitivity of hemolysis differed greatly among animal species. Preincubation of the peptide with phosphatidylethanolamine reduced the hemolytic activity, whereas other phospholipids present in erythrocytes in nature had no effect. A study of the structural requirements on phosphatidylethanolamine necessary for interaction with the peptide indicates that Ro09-0198 recognizes strictly a particular chemical structure of phosphatidylethanolamine: dialkylphosphoethanolamine as well as 1-acylglycerophosphoethanolamine showed the same inhibitory effct on hemolysis induced by Ro09-0198 as diacylphosphatidyl-ethanolamine, whereas phosphoethanolamine gave no inhibitory effect. Neither phosphatidyl-N-monomethylethanolamine nor alkylphosphopropanolamine had an inhibitory effect. Proton resonances of the peptide were observed in dimethyl sulfoxide solution in the presence of 1-dodecanoyl-sn-glycerophosphoethanolamine. This peptide caused permeability increase and aggregation of liposomes containing phosphatidylethanolamine. A glycerol backbone and a primary amino group of phosphatidylethanolamine are necessary for interaction with Ro09-0198 to cause membrane damage. Ro09-0198 induced a selective permeability change on liposomes. Glucose and umbelliferyl phosphate were effluxed significantly, but sucrose was only slightly permeable and inulin could not be released. Platelet aggregation and serotonin release simultaneously induced by Ro09-0198. Addition of peptide to rat platelet, loaded with the fluorescent $Ca^{++}$ chelator quin-2, caused immediate rise in cytosolic free $Ca^{++}$ to liposomal membrane containing phosphatidylethanolamine was observed dose dependently.
Toxic Mastoparan B(MP-B) which is purified from the venom of the hornet Vespa basalis is a cationic amphlphilic tetradecapeptide. MP-B and Its Ala-substituted analogues were synthesized by solld phase method and the toxic peptide-membrane interactions were examined by circular dichroism(CD) spectra, fluorescence spectra, and leakage abilities in phospholipid membranes. In the presence of phospholipid vesicles, synthetic MP-B and its analogues formed amphiphilic -helical structures, but in the buffer soletion, those exhibited random coil conformation as measured by CD. Fluorescence spectra of MP-B and its analogues which indicated the binding affinity of peptide on phospholipid vesicles showed that the replacement of Lys at position 2 and 11 with Ala caused a remarkable effect in the blue shalt and that at position 2, in the leakage ability of the peptide.
[ $^{31}P$ ] powder pattern spectra were measured to investigate the aspects of the interaction between the MLV (Multilamellar vesicle) and PMAP-23, a membrane of cathelicidin family and then CSAs(chemical shift anisotropy) were calculated to indentify the extent of perturbation of phospholipid mobility by the peptides. We found that acidic phospholipid interacts strongly with PMAP-23, and the analogues which modified to increase the amphipathic property showed that larger change of CSA. The analogue which introduced positive charge showed the same effects with amphipathic property.
Lorello, Kim M.;Kreutzberger, Alex J.;King, Allison M.;Lee, Hee-Seung
Bulletin of the Korean Chemical Society
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v.35
no.3
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pp.783-792
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2014
The binding interaction between a hemolytic peptide ${\delta}$-lysin and a zwitterionic lipid bilayer POPC was investigated through a series of molecular dynamics (MD) simulations. ${\delta}$-Lysin is a 26-residue, amphipathic, ${\alpha}$-helical peptide toxin secreted by Staphylococcus aureus. Unlike typical antimicrobial peptides, ${\delta}$-lysin has no net charge and it is often found in aggregated forms in solution even at low concentration. Our study showed that only the monomer, not dimer, inserts into the bilayer interior. The monomer is preferentially attracted toward the membrane with its hydrophilic side facing the bilayer surface. However, peptide insertion requires the opposite orientation where the hydrophobic side of peptide points toward the membrane interior. Such orientation allows the charged residues, Lys and Asp, to have stable salt bridges with the lipid head-group while the hydrophobic residues are buried deeper in the hydrophobic lipid interior. Our simulations suggest that breaking these salt bridges is the key step for the monomer to be fully inserted into the center of lipid bilayer and, possibly, to translocate across the membrane.
Dermcidin is a human antibiotic peptide that is secreted by the sweat glands and has no homology to other known antimicrobial peptides. As an initial step toward understanding dermcidin's mode of action at bacterial membranes, we used homonuclear and heteronuclear NMR to determine the conformation of the peptide in 50% trifluoroethanol solution. We found that dermcidin adopts a flexible amphipathic $\alpha$-helical structure with a helix-hinge-helix motif, which is a common molecular fold among antimicrobial peptides. Spin-down assays of dermcidin and several related peptides revealed that the affinity with which dermcidin binds to bacterial-mimetic membranes is primarily dependent on its amphipathic $\alpha$-helical structure and its length (>30 residues); its negative net charge and acidic pI have little effect on binding. These findings suggest that the mode of action of dermcidin is similar to that of other membrane-targeting antimicrobial peptides, though the details of its antimicrobial action remain to be determined.
It has been inferred that membrane-ECM (extracellular matrix) interaction in plants may be also mediated by an RGD-dependent recognition system as in animal cells. Effects of RGD peptide on ethylene production was examined in suspension cultured carrot cells. Treatment of the cells with RGD peptide containing RGD (Arg-Gly-Asp) sequence stimulated ethylene production. When RGD peptide was applied to carrot cells treated with 1M, the effect of RGD peptide appeared to be additive. ACC synthase activity in cells pretreated with RGD peptide likewise increased over the control. In an effort to check the sequence specificity of the RGD peptide, cells were treated with substituted RGD peptide, i.e. RGK (Arg-Gly-Lys) and RGE (Arg-Gly-Glu) peptide, respectively. RGK peptide did not stimulate ethylene production but RGE peptide did. The results strongly suggest that the stimulatory effect of RGD peptides on ethylene production may be associated with a physiological phenomenon through a specific recognition between RGD peptide including RGD sequence and their putative plasma membrane receptors.eptors.
CA(1-8)-ME(1-12) [CA-ME], composed of cecropin A(1-8) and melittin(1-12), is a synthetic antimicrobial peptide having potent antibacterial and antitumor activities with minimal hemolytic activity. In order to investigate the effects of the flexible hinge sequence, Gly-Ile-Gly, of CA-ME on antibiotic activity, CA-ME and three analogues, CA-ME1, CA-ME2, and CA-ME3, were synthesized. The Gly-Ile-Gly sequence of Ca-ME was deleted in CA-ME1 and replaced with Pro and Gly-Pro-Gly in CA-ME2 and CA-ME3, respectively. CA-ME1 and CA-ME3 showed a significant decrease in antitumor activity and phospholipid vesicle-disrupting ability. However, CA-ME2 showed similar antitumor and vesicle-disrupting activities, as compared with CA-ME. These results suggest that the flexibility or ${\beta}$-turn induced by Gly-Ile-Gly or Pro in the central part of CA-ME may be important in the electrostatic interaction of the N-terminus cationic ${\alpha}$-helical region with the cell membrane surface and the hydrophobic interaction of the C-terminus amphipathic ${\alpha}$-helical region with the hydrophobic acyl chains in the cell membrane. CA-ME3 exhibited lower antitumor and vesicle-disrupting activities than CA-ME and CA-ME2. This result suggests that the excessive ${\beta}$-turn structure caused by the Gly-Pro-Gly sequence in CA-ME3 seems to interrupt ion channel/pore formation in the lipid bilayer. We concluded that the appropriate flexibility or bilayer. We concluded that the appropriate flexibility or ${\beta}$-turn structure provided by the central hinge is responsible for the effective antibiotic activity of the antimicrobial peptides with the helix-hinge-helix structure.
Lee, Joon Ha;Kim, In-Woo;Kim, Mi-Ae;Ahn, Mi-Young;Yun, Eun-Young;Hwang, Jae Sam
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.27
no.1
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pp.43-48
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2017
In a previous study, we analyzed the transcriptome of Scolopendra subspinipes mutilans using next-generation sequencing technology and identified several antimicrobial peptide candidates. One of the peptides, scolopendrasin V, was selected based on the physicochemical properties of antimicrobial peptides using a bioinformatics strategy. In this study, we assessed the antimicrobial activities of scolopendrasin V using the radial diffusion assay and colony count assay. We also investigated the mode of action of scolopendrasin V using flow cytometry. We found that scolopendrasin V's mechanism of action involved binding to the surface of microorganisms via a specific interaction with lipopolysaccharides, lipoteichoic acid, and peptidoglycans, which are components of the bacterial membrane. These results provide a basis for developing peptide antibiotics.
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