Yang Ji-Young;Shin Song-Yub;Lim Shin-Saeng;Hahm Kyung-Soo;Kim Yang-Mee
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.16
no.6
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pp.880-888
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2006
Pleurocidin, an $\alpha$-helical cationic antimicrobial peptide, was isolated from skin mucosa of winter flounder (Pleuronectes americamus). It had strong antimicrobial activities against Gram-positive and Gram-negative bacteria, but had very weak hemolytic activity. The Gly$^{13,17}\rightarrow$Ala analog (pleurocidin-AA) showed similar antibacterial activities, but had dramatically increased hemolytic activity. The bacterial cell selectivity of pleurocidin was confirmed through the membrane-disrupting and membrane-binding affinities using dye leakage, tryptophan fluorescence blue shift, and tryptophan quenching experiments. However, the non-cell-selective antimicrobial peptide, pleurocidin-AA, interacts strongly with both negatively charged and zwitterionic phospholipid membranes, the latter of which are the major constituents of the outer leaflet of erythrocytes. Circular dihroism spectra showed that pleurocidin-AA has much higher contents of $\alpha$-helical conformation than pleurocidin. The tertiary structure determined by NMR spectroscopy showed that pleurocidin has a flexible. structure between the long helix from $Gly^3$ to $Gly^{17}$ and the short helix from $Gly^{17}$ to $Leu^{25}$. Cell-selective antimicrobial peptide pleurocidin interacts strongly with negatively charged phospholipid membranes, which mimic bacterial membranes. Structural flexibility between the two helices may play a key role in bacterial cell selectivity of pleurocidin.
Pleurocidin, a 25-mer antimicrobial peptide, has been known to exhibit potent antibacterial activity. To investigate the functional roles in N- and C-terminal regions of pleurocidin on the antibacterial activity, we designed four truncated analogs. The antibacterial susceptibility testing showed that pleurocidin and its analogs exerted antibacterial effect against various bacterial strains and further possessed specific activity patterns corresponding with their hydrophobic scale [pleurocidin > Anal 3 (1-22) > Anal 1 (4-25) > Anal 4 (1-19) > Anal 2 (7-25)]. Fluorescence experiments using 1,6-diphenyl-1,3,5-hexatriene (DPH) and 3,3'-dipropylthiadicarbocyanine iodide [$diSC_3(5)$] indicated that the differences in antibacterial activity of the peptides were caused by its membrane-active mechanisms including membrane disruption and depolarization. Blue shift in tryptophan fluorescence demonstrated that the decrease in net hydrophobicity attenuates the binding affinity of pleurocidin to interact with plasma membrane. Therefore, the present study suggests that hydrophobicity in the N- and C-terminal regions of pleurocidin plays a key role in its antibacterial activity.
To investigate the influence of the N- or C-terminal regions of pleurocidin (Ple) peptide on antifungal activity, four analogs partially truncated in the N- or C-terminal regions were designed and synthesized. Circular dichroism (CD) spectroscopy demonstrated that all the analogs maintained an alpha-helical structure. The antifungal susceptibility testing also showed that the analogs exhibited antifungal activities against human fungal pathogens, without hemolytic effects against human erythrocytes. The result further indicated that the analogs had discrepant antifungal activities [Ple>Ple (1-22)>Ple (4-25)>Ple (1- 19)>Ple (7-25)] and that N-terminal deletion affected the activities much more than C-terminal deletion. Hydrophobicity [Ple>Ple (1-22)>Ple (4-25)>Ple (1-19)> Ple (7-25)] was thought to have been one of the consistent factors that influenced these activity patterns, rather than the other primary factors like the helicity [Ple>Ple (4-25) >Ple (1-22)>Ple (1-19)>Ple (7-25)] or the net charge [Ple=Ple (4-25)=Ple (7-25)>Ple (1-22)=Ple (1-19)] of the peptides. In conclusion, the hydrophobic amino acids in the N-terminal region of Ple is more crucial for antifungal activity than those in the C-terminal region.
In our previous study, the 25-mer antimicrobial peptide pleurocidin (Ple) had been thought to induce apoptosis in Candida albicans. This study demonstrated that reactive oxygen species (ROS) production was a major cause of Ple-induced apoptosis. Four truncated analogs were synthesized to understand the functional roles in the N- and C-terminal regions of Ple on the apoptosis. Ple, Ple (4-25), Ple (1-22), and Ple (1-19) produced ROS, including hydroxyl radicals, on the order of [Ple > Ple (1-22) > Ple (4-25) > Ple (1-19)], whereas Ple (7-25) did not induce any ROS production. The results suggested that the N-terminal deletion affected the ROS-inducing activities much more than that of the C-terminal deletion, and net hydrophobicity [Ple > Ple (1-22) > Ple (4-25) > Ple (1-19) > Ple (7-25)] was related to ROS generation rather than other primary factors like net charge. Hence, we focused on the N-terminal-truncated peptides, Ple (4-25) and Ple (7-25), and examined other apoptotic features, including mitochondrial membrane depolarization, caspase activation, phosphatidylserine externalization, and DNA and nuclear fragmentation. The results also confirmed the disappearance of apoptotic activity of Ple (7-25) by the truncation of the N-terminal region (1-6) and the specific activity patterns between Ple and analogs. In conclusion, the N-terminal region of Ple played an important role in apoptosis.
Proceedings of the Korean Society of Fisheries Technology Conference
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2001.05a
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pp.230-231
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2001
지금까지 많은 항균성 펩타이드가 포유류 (1), 양서류 (2), 곤충 (3) 및 식물 (4)로 부터 단리ㆍ정제되었고, 구조-활성간의 연구가 활발히 진행되고 있지만, 이러한 연구는 육상생물에 제한적으로 수행되어 겼으며 해양생물을 대상으로 한 연구는 극히 제한되어 있는 상태이다. 해양생물로부터 정제된 항균성 펩타이드로서는 Flounder skin 분비물에서 pleurocidin (5), Moses sole fish에서 pardaxins (6), Horseshoe crab에서 Tachyplesin I(7), Tunicates hemocytes에서 Clavanins (8), Mollusc에서 Mytilins (9) 등이 보고되고 있지만 불가사리를 이용한 항균성물질의 연구는 희박한 실정이다. (중략)
Recently, marine organisms are emerging as a leading group for identifying and extracting novel bioactive substances. These substances are known to possess a potential regarding not only as a source of pharmaceutical products but also their beneficial effects on humans. Among the substances, antimicrobial peptides (AMPs) specifically have attracted considerable interest for possible use in the development of new antibiotics. AMPs are characterized by relatively short cationic peptides containing the ability to adopt a structure in which cationic or hydrophobic amino acids are spatially scattered. Although a few reports address novel marine organisms-derived AMPs, their antimicrobial mechanism(s) are still remain unknown. In this review, we summarized the peptides previously investigated, such as Pleurocidin, Urechistachykinins, Piscidins and Arenicin-1. These peptides exhibited significant antimicrobial activities against human microbial pathogens without remarkable hemolytic effects against human erythrocytes, and their mode of actions are based on permeabilization of the plasma membrane of the pathogen. Therefore, the study of antimicrobial peptides derived from marine organisms may prove to be useful in the design of future therapeutic antimicrobial drugs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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