Antimicrobial peptides of insects are found and reported as immune defence system against infectious agents. The peptides are produced by fat body cells and thrombocytoids, a blood cell type. Defensin is 38-45 amino acids long and consists of an ${\alpha}$-helix linked by a loop to an antiparallel ${\beta}$-sheet. Defensin from a bumblebee, Bombus ignitus, is known to comprise 52 amino acid residues. This peptide consists of two ${\alpha}$-helixes; ACAANCLSM and KTNFKDLWDKRF and one ${\beta}$-sheet; GGRCENGVCLCR. We carried out antibacterial activity test by radial diffusion assay against Staphylococcus aureus (Gram positive), Escherichia coli (Gram negative), Pseudomonas syringae (Gram negative), Candida albicans (fungi), MDRPA, MRSA, and VRE (antimicrobial resistant microbes) with synthetic oligopeptides from Peptron (Daejeon, Korea). The predicted curtailment fragment (GGRCEVCLCR-$NH_2$) for ${\beta}$-sheet had strong antibacterial activity when internal amino acids were removed. But, curtailment fragments (ACAANCLSM-$NH_2$ and TNFKDLWDKR-$NH_2$) of ${\alpha}$-helix were not showed antibacterial activity. These synthetic oligopeptides were showed the great activity against Gram positive and negative bacteria.
Rengaraj, Deivendran;Truong, Anh Duc;Lillehoj, Hyun S.;Han, Jae Yong;Hong, Yeong Ho
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.31
no.9
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pp.1516-1524
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2018
Objective: Defensins are a large family of antimicrobial peptides and components of the innate immune system that invoke an immediate immune response against harmful pathogens. Defensins are classified into alpha-, beta-, and theta-defensins. Avian species only possess beta-defensins (AvBDs), and approximately 14 AvBDs (AvBD1-AvBD14) have been identified in chickens to date. Although substantial information is available on the conservation and phylogenetics, limited information is available on the expression and regulation of AvBD8 in chicken immune tissues and cells. Methods: We examined AvBD8 protein expression in immune tissues of White Leghorn chickens (WL) by immunohistochemistry and quantitative reverse transcription-polymerase chain reaction (RT-qPCR). In addition, we examined AvBD8 expression in chicken T-, B-, macrophage-, and fibroblast-cell lines and its regulation in these cells after lipopolysaccharide (LPS) treatment by immunocytochemistry and RT-qPCR. Results: Our results showed that chicken AvBD8 protein was strongly expressed in the WL intestine and in macrophages. AvBD8 gene expression was highly upregulated in macrophages treated with different LPS concentrations compared with that in T- and B-cell lines in a time-independent manner. Moreover, chicken AvBD8 strongly interacted with other AvBDs and with other antimicrobial peptides as determined by bioinformatics. Conclusion: Our study provides the expression and regulation of chicken AvBD8 protein in immune tissues and cells, which play crucial role in the innate immunity.
Porcine beta-defensin-1 (PBD-1) gene plays an important role in the innate immunity of pigs. The peptide encoded by this gene is an antimicrobial peptide that has direct activity against a wide range of microbes. This peptide is involved in the co-creation of an antimicrobial barrier in the oral cavity of pigs. The objective of the present study was to detect polymorphisms, if any, in exon-1 and exon-2 regions of PBD-1 gene in Large White Yorkshire (LWY) and native Ankamali pigs of Kerala, India. Blood samples were collected from 100 pigs and genomic DNA was isolated using phenol chloroform method. The quantity of DNA was assessed in a spectrophotometer and quality by gel electrophoresis. Exon-1 and exon-2 regions of PBD-1 gene were amplified by polymerase chain reaction (PCR) and the products were subjected to single strand conformation polymorphism (SSCP) analysis. Subsequent silver staining of the polyacrylamide gels revealed three unique SSCP banding patterns in each of the two exons. The presence of single nucleotide polymorphisms (SNPs) was confirmed by nucleotide sequencing of the PCR products. A novel SNP was found in the 5'-UTR region of exon-1 and a SNP was detected in the mature peptide coding region of exon-2. In exon-1, the pooled population frequencies of GG, GT, and TT genotypes were 0.67, 0.30, and 0.03, respectively. GG genotype was predominant in both the breeds whereas TT genotype was not detected in LWY breed. Similarly, in exon-2, the pooled population frequencies of AA, AG, and GG genotypes were 0.50, 0.27, and 0.23, respectively. AA genotype was predominant in LWY pigs whereas GG genotype was predominant in native pigs. These results suggest that there exists a considerable genetic variation at PBD-1 locus and further association studies may help in development of a PCR based genotyping test to select pigs with better immunity.
Lactococcus lactis A164 is a nisin Z-producing strain isolated from kimchi. Its antimicrobial spectrum has been found to be active against most Gram-positive bacteria tested, yet inactive against Gram-negative bacteria [3]. Accordingly, to overcome this drawback, the current study attempted to express human $\beta$-defensin-l (hBD-l), which kills both Gram-positive and Gram-negative bacteria in L. lactis AI64. When the hBD-l cDNA was introduced using a nisin Z-controlled expression cassette, the L. lactis A164 transformants grew very poorly, due to the bactericidal effect of the expressed hBD-l against the transformants. Therefore, a gene fusion system was designed to reduce the toxicity of the expressed heterologous protein against the host cells. As such, the hBD-l gene was fused to the DsbC- Tag of pET -40b(+), then introduced to L. lactis A 164. The transformants expressed an intracellular 35.6-kDa DsbC-hBD-l fusion protein that exhibited slight activity against the host cells, yet not enough to strongly inhibit the cell growth. To obtain the recombinant hBD-l, the DsbC-hBD-l fusion protein was purified by nickel-affinity column chromatography, and the DsbC-Tag removed by cleaving with enterokinase. The cleaved mature hBD-l exhibited strong bactericidal activity against E. coli JM109, indicating that the recombinant L. lactis A 164 produced a biologically active hBD-I. In addition, the recombinant L. lactis A 164 was also found to produce the same level of nisin Z as the wild-type.
Objective: To generate recombinant Bacillus subtilis (B. subtilis) engineered for expression of porcine ${\beta}-defensin-2$ (pBD-2) and cecropin P1 (CP1) fusion antimicrobial peptide and investigate their anti-bacterial activity in vitro and their growth-promoting and disease resisting activity in vivo. Methods: The pBD-2 and CP1 fused gene was synthesized using the main codons of B. subtilis and inserted into plasmid pMK4 vector to construct their expression vector. The fusion peptide-expressing B. subtilis was constructed by transformation with the vector. The expressed fusion peptide was detected with Western blot. The antimicrobial activity of the expressed fusion peptide and the recovered pBD-2 and CP1 by enterokinase digestion in vitro was analyzed by the bacterial growth-inhibitory activity assay. To analyze the engineered B. subtilis on growth promotion and disease resistance, the weaned piglets were fed with basic diet supplemented with the recombinant B. subtilis. Then the piglets were challenged by enteropathogenic Escherichia coli (E. coli). The weight gain and diarrhea incidence of piglets were measured after challenge. Results: The recombinant B. subtilis engineered for expression of pBD-2/CP1 fusion peptide was successfully constructed using the main codons of the B. subtilis. Both expressed pBD-2/CP1 fusion peptide and their individual peptides recovered from parental fusion peptide by enterokinase digestion possessed the antimicrobial activities to a variety of the bacteria, including gram-negative bacteria (E. coli, Salmonella typhimurium, and Haemophilus parasuis) and grampositive bacteria (Staphylococcus aureus). Supplementing the engineered B. subtilis to the pig feed could significantly promote the piglet growth and reduced diarrhea incidence of the piglets. Conclusion: The generated B. subtilis strain can efficiently express pBD-2/CP1 fusion antimicrobial peptide, the recovered pBD-2 and CP1 peptides possess potent antimicrobial activities to a variety of bacterial species in vitro. Supplementation of the engineered B. subtilis in pig feed obviously promote piglet growth and resistance to the colibacillosis.
Proceedings of the Korean Society of Plant Pathology Conference
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2003.10a
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pp.78.2-79
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2003
Pepper defensin ( CADEFl) clone was isolated from cDNA library constructed from pepper leaves infected with avirulent strain Bv5-4a of Xanthomonu campestris pv. vesicatoria. The deduced amino acid sequence of CADEFl is 82-64% identical to that of other plant defensins. Putative protein encoded by CADEFl gene consists of 78 amino acids and 8 conserved cysteine residues to form four structure-stabilizing disulfide bridges. Transcription of the CADEF1 gene was earlier and stronger induced by X campestris pv. vesicatoria infection in the incompatible than in the compatible interaction. CADEF1 mRNA was constitutively expressed in stem, root and green fruit of pepper. Transcripts of CADEFl gene drastically accumulated in pepper leaf tissues treated With Salicylic acid (SA), methyl jasmonate (MeJA), abscisic acid (ABA), hydrogen Peroxide (H$_2$O$_2$), benzothiadiazole (BTH) and DL-${\beta}$-amino-n-butyric acid (BABA). In situ hybridization results revealed that CADEF1 mRNA was localized in the phloem areas of vascular bundles in leaf tissues treated with exogenous SA, MeJA and ABA. Strong accumulation of CADEF1 mRNA occurred in pepper leaves in response to wounding, high salinity and drought stress. These results suggest that bacterial pathogen infection, abiotic elicitors and some environmental stresses may play a significant role in signal transduction pathway for CADEF1 gene expression.
Park, Mee Sook;Kim, Jin Il;Lee, Ilseob;Park, Sehee;Bae, Joon-Yong;Park, Man-Seong
Biomolecules & Therapeutics
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v.26
no.3
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pp.242-254
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2018
Defensins are antimicrobial peptides that participate in the innate immunity of hosts. Humans constitutively and/or inducibly express ${\alpha}$- and ${\beta}$-defensins, which are known for their antiviral and antibacterial activities. This review describes the application of human defensins. We discuss the extant experimental results, limited though they are, to consider the potential applicability of human defensins as antiviral agents. Given their antiviral effects, we propose that basic research be conducted on human defensins that focuses on RNA viruses, such as human immunodeficiency virus (HIV), influenza A virus (IAV), respiratory syncytial virus (RSV), and dengue virus (DENV), which are considered serious human pathogens but have posed huge challenges for vaccine development for different reasons. Concerning the prophylactic and therapeutic applications of defensins, we then discuss the applicability of human defensins as antivirals that has been demonstrated in reports using animal models. Finally, we discuss the potential adjuvant-like activity of human defensins and propose an exploration of the 'defensin vaccine' concept to prime the body with a controlled supply of human defensins. In sum, we suggest a conceptual framework to achieve the practical application of human defensins to combat viral infections.
Kim, Soon-Ja;Kim, In-Woo;Kwon, Yong-Nam;Yun, Eun-Young;Hwang, Jae-Sam
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.22
no.2
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pp.264-269
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2012
Recently, we reported that the synthetic Coprisin analog peptide 9-mer dimer CopA3 (consisted of all-L amino acid sequence) was designed based on a defensin-like peptide, Coprisin isolated from Copris tripartitus. The 9-mer dimer CopA3 (L-CopA3) had antibacterial activity and induced apoptosis in human leukemia cells via a caspase-independent pathway. In this study, all of amino acid sequences of L-CopA3 were modified to all D-form amino acids (DCopA3) to develop a more effective antimicrobial peptide. We investigated whether D-CopA3 had antimicrobial activities against pathogenic microorganisms and pro-apoptotic effects in human leukemia cells (U937, Jurkat, and AML-2). The synthetic peptide D-CopA3 had antimicrobial activities against various pathogenic bacteria and yeast fungus with MIC values in the 4~64 ${\mu}M$ range. Moreover, D-CopA3 caused cell growth inhibition, and increased the chromosomal DNA fragmentation and the expression of inflammatory cytokines, TNF-${\alpha}$ and IL1-${\beta}$, transcripts in human leukemia cells. The all-D amino acid peptide DCopA3 proved as effective as the L-CopA3 reported previously. These results provide the basis for developing D-CopA3 as a new antibiotic peptide.
Ingrid Pernet;Corinne Reymermier;Anne Guezennec;Jacqueline Viac;Branca, Jean-Eric;Joelle Guesnet;Eric Perrier
Proceedings of the SCSK Conference
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2003.09a
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pp.85-96
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2003
Normal human skin, constantly challenged by environmental micro-organisms, has an innate ability to fight invading microbes through antimicrobial peptides. These peptides, described in both plant and animal kingdoms are able to inactivate a broad spectrum of micro-organisms. Mammalian defensins constitute one of the most common antimicrobial peptide family. Among the three human beta-defensins hBD1, hBD2 and hBD3 produced in epithelia, only hBD2 and hBD3 are inducible and additionally have been described as expressed by differentiated keratinocytes at site of inflammation and infection. The aims of these studies were to define a cell culture model in which the basal production of hBD could be detected and up-regulated in order to enhance skin auto-protection against micro-organisms. A specific Polymerase Chain Reaction method have been developed for hBD2 and hBD3 mRNA detection in non-differentiated monolayer keratinocytes cell culture. We have been able to demonstrate that in vitro, hBD2 and hBD3 expression in normal human keratinocytes could be detected and enhanced by TNF-alpha and IFN-gamma, in hypercalcic culture conditions. This research opened the possibility of the development of cosmetic active compounds, able to induce the expression of skin natural antibiotic peptides responsible about microflora ecology of the skin.
International Journal of Industrial Entomology and Biomaterials
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v.21
no.1
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pp.127-132
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2010
We have characterized full-length cDNA encoding Gall-6-tox protein, which was cloned from the fat body of the immunized Galleria mellonella larvae. The cloned cDNA of Gall-6-tox consists of 1301 nucleotides and contained an open reading frame of 891 nucleotides corresponding to a protein of 296 residues that includes a putative 16-residue signal sequence and a 280-residue mature peptide with a calculated mass of 30,707.73 Da. The deduced mature peptide contains conserved tandem repeats of six cysteine-stabilized alpha beta ($Cs{\alpha}{\beta}$) motifs, which was detected in scorpion toxins and insect defensins. In the sequence homology search, mature Gall-6-tox showed 34% and 28% amino acid sequence homology with Bomb-6-tox from Bombyx mori and Spod-11-tox from Spodoptera frugiperda, respectively. Gall-6-tox orthologs were only found in Lepidopteran species, indicating that this new immune-related gene family is specific to this insect order. RT-PCR analysis revealed that Gall-6-tox was expressed primarily in the larval fat bodies, hemocytes, and midgut against invading bacteria into hemocoel. Moreover, the expression time course of Gall-6-tox was examined up to 24 h in the fat bodies and midgut after injection of E. coli. Altogether, these results suggest that Gall-6-tox is derived from defensins and Gall-6-tox may play a critical role in Lepidoptera immune system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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