972 resultados para Antimicrobial peptides and Apx toxins
Resumo:
Les peptides et protéines extracteurs de lipides (PEL) se lient aux membranes lipidiques puis en extraient des lipides en formant de plus petits auto-assemblages, un phénomène qui peut aller jusqu'à la fragmentation des membranes. Dans la nature, cette extraction se produit sur une gamme de cellules et entraîne des conséquences variées, comme la modification de la composition de la membrane et la mort de la cellule. Cette thèse se penche sur l’extraction lipidique, ou fragmentation, induite par le peptide mélittine et la protéine Binder-of-SPerm 1 (BSP1) sur des membranes lipidiques modèles. Pour ce faire, des liposomes de différentes compositions sont préparés et incubés avec la mélittine ou la BSP1. L'association aux membranes est déterminée par la fluorescence intrinsèque des PEL, tandis que l'extraction est caractérisée par une plateforme analytique combinant des tests colorimétriques et des analyses en chromatographie en phase liquide et spectrométrie de masse (LCMS). La mélittine fait partie des peptides antimicrobiens cationiques, un groupe de PEL très répandu chez les organismes vivants. Ces peptides sont intéressants du point du vue médical étant donné leur mode d’action qui vise directement les lipides des membranes. Plusieurs de ceux-ci agissent sur les membranes des bactéries selon le mécanisme dit « en tapis », par lequel ils s’adsorbent à leur surface, forment des pores et ultimement causent leur fragmentation. Dans cette thèse, la mélittine est utilisée comme peptide modèle afin d’étudier le mécanisme par lequel les peptides antimicrobiens cationiques fragmentent les membranes. Les résultats montrent que la fragmentation des membranes de phosphatidylcholines (PC) est réduite par une déméthylation graduelle de leur groupement ammonium. L'analyse du matériel fragmenté révèle que les PC sont préférentiellement extraites des membranes, dû à un enrichissement local en PC autour de la mélittine à l'intérieur de la membrane. De plus, un analogue de la mélittine, dont la majorité des résidus cationiques sont neutralisés, est utilisé pour évaluer le rôle du caractère cationique de la mélittine native. La neutralisation augmente l'affinité du peptide pour les membranes neutres et anioniques, réduit la fragmentation des membranes neutres et augmente la fragmentation des membranes anioniques. Malgré les interactions électrostatiques entre le peptide cationique et les lipides anioniques, aucune spécificité lipidique n'est observée dans l'extraction. La BSP1 est la protéine la plus abondante du liquide séminal bovin et constitue un autre exemple de PEL naturel important. Elle se mélange aux spermatozoïdes lors de l’éjaculation et extrait des lipides de leur membrane, notamment le cholestérol et les phosphatidylcholines. Cette étape cruciale modifie la composition lipidique de la membrane du spermatozoïde, ce qui faciliterait par la suite la fécondation de l’ovule. Cependant, le contact prolongé de la protéine avec les spermatozoïdes endommagerait la semence. Cette thèse cherche donc à approfondir notre compréhension de ce délicat phénomène en étudiant le mécanisme moléculaire par lequel la protéine fragmente les membranes lipidiques. Les résultats des présents travaux permettent de proposer un mécanisme d’extraction lipidique en 3 étapes : 1) L'association à l’interface des membranes; 2) La relocalisation de l’interface vers le cœur lipidique; 3) La fragmentation des membranes. La BSP1 se lie directement à deux PC à l'interface; une quantité suffisante de PC dans les membranes est nécessaire pour permettre l'association et la fragmentation. Cette liaison spécifique ne mène généralement pas à une extraction lipidique sélective. L'impact des insaturations des chaînes lipidiques, de la présence de lysophosphatidylcholines, de phosphatidyléthanolamine, de cholestérol et de lipides anioniques est également évalué. Les présentes observations soulignent la complexe relation entre l'affinité d'un PEL pour une membrane et le niveau de fragmentation qu'il induit. L'importance de la relocalisation des PEL de l'interface vers le cœur hydrophobe des membranes pour permettre leur fragmentation est réitérée. Cette fragmentation semble s'accompagner d'une extraction lipidique préférentielle seulement lorsqu'une séparation de phase est induite au niveau de la membrane, nonobstant les interactions spécifiques PEL-lipide. Les prévalences des structures amphiphiles chez certains PEL, ainsi que de la fragmentation en auto-assemblages discoïdaux sont discutées. Finalement, le rôle des interactions électrostatiques entre les peptides antimicrobiens cationiques et les membranes bactériennes anioniques est nuancé : les résidus chargés diminueraient l'association des peptides aux membranes neutres suite à l'augmentation de leur énergie de solvatation.
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Les peptides et protéines extracteurs de lipides (PEL) se lient aux membranes lipidiques puis en extraient des lipides en formant de plus petits auto-assemblages, un phénomène qui peut aller jusqu'à la fragmentation des membranes. Dans la nature, cette extraction se produit sur une gamme de cellules et entraîne des conséquences variées, comme la modification de la composition de la membrane et la mort de la cellule. Cette thèse se penche sur l’extraction lipidique, ou fragmentation, induite par le peptide mélittine et la protéine Binder-of-SPerm 1 (BSP1) sur des membranes lipidiques modèles. Pour ce faire, des liposomes de différentes compositions sont préparés et incubés avec la mélittine ou la BSP1. L'association aux membranes est déterminée par la fluorescence intrinsèque des PEL, tandis que l'extraction est caractérisée par une plateforme analytique combinant des tests colorimétriques et des analyses en chromatographie en phase liquide et spectrométrie de masse (LCMS). La mélittine fait partie des peptides antimicrobiens cationiques, un groupe de PEL très répandu chez les organismes vivants. Ces peptides sont intéressants du point du vue médical étant donné leur mode d’action qui vise directement les lipides des membranes. Plusieurs de ceux-ci agissent sur les membranes des bactéries selon le mécanisme dit « en tapis », par lequel ils s’adsorbent à leur surface, forment des pores et ultimement causent leur fragmentation. Dans cette thèse, la mélittine est utilisée comme peptide modèle afin d’étudier le mécanisme par lequel les peptides antimicrobiens cationiques fragmentent les membranes. Les résultats montrent que la fragmentation des membranes de phosphatidylcholines (PC) est réduite par une déméthylation graduelle de leur groupement ammonium. L'analyse du matériel fragmenté révèle que les PC sont préférentiellement extraites des membranes, dû à un enrichissement local en PC autour de la mélittine à l'intérieur de la membrane. De plus, un analogue de la mélittine, dont la majorité des résidus cationiques sont neutralisés, est utilisé pour évaluer le rôle du caractère cationique de la mélittine native. La neutralisation augmente l'affinité du peptide pour les membranes neutres et anioniques, réduit la fragmentation des membranes neutres et augmente la fragmentation des membranes anioniques. Malgré les interactions électrostatiques entre le peptide cationique et les lipides anioniques, aucune spécificité lipidique n'est observée dans l'extraction. La BSP1 est la protéine la plus abondante du liquide séminal bovin et constitue un autre exemple de PEL naturel important. Elle se mélange aux spermatozoïdes lors de l’éjaculation et extrait des lipides de leur membrane, notamment le cholestérol et les phosphatidylcholines. Cette étape cruciale modifie la composition lipidique de la membrane du spermatozoïde, ce qui faciliterait par la suite la fécondation de l’ovule. Cependant, le contact prolongé de la protéine avec les spermatozoïdes endommagerait la semence. Cette thèse cherche donc à approfondir notre compréhension de ce délicat phénomène en étudiant le mécanisme moléculaire par lequel la protéine fragmente les membranes lipidiques. Les résultats des présents travaux permettent de proposer un mécanisme d’extraction lipidique en 3 étapes : 1) L'association à l’interface des membranes; 2) La relocalisation de l’interface vers le cœur lipidique; 3) La fragmentation des membranes. La BSP1 se lie directement à deux PC à l'interface; une quantité suffisante de PC dans les membranes est nécessaire pour permettre l'association et la fragmentation. Cette liaison spécifique ne mène généralement pas à une extraction lipidique sélective. L'impact des insaturations des chaînes lipidiques, de la présence de lysophosphatidylcholines, de phosphatidyléthanolamine, de cholestérol et de lipides anioniques est également évalué. Les présentes observations soulignent la complexe relation entre l'affinité d'un PEL pour une membrane et le niveau de fragmentation qu'il induit. L'importance de la relocalisation des PEL de l'interface vers le cœur hydrophobe des membranes pour permettre leur fragmentation est réitérée. Cette fragmentation semble s'accompagner d'une extraction lipidique préférentielle seulement lorsqu'une séparation de phase est induite au niveau de la membrane, nonobstant les interactions spécifiques PEL-lipide. Les prévalences des structures amphiphiles chez certains PEL, ainsi que de la fragmentation en auto-assemblages discoïdaux sont discutées. Finalement, le rôle des interactions électrostatiques entre les peptides antimicrobiens cationiques et les membranes bactériennes anioniques est nuancé : les résidus chargés diminueraient l'association des peptides aux membranes neutres suite à l'augmentation de leur énergie de solvatation.
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Plant toxins are substances produced and secreted by plants to defend themselves against predators. In a broad sense, this includes all substances that have a toxic effect on targeted organisms, whether they are microbes, other plants, insects, or higher animals. Plant toxins have a diverse range of structures, from small organic molecules through to proteins. This review gives an overview of the various classes of plant toxins but focuses on an interesting class of protein-based plant toxins containing a cystine knot motif. This structural motif confers exceptional stability on proteins containing it and is associated with a wide range of biological activities. The biological activities and structural stability offer many potential applications in the pharmaceutical and agricultural fields. One particularly exciting prospect is in the use of protein-based plant toxins as molecular scaffolds for displaying pharmaceutically important bioactivities. Future applications of plant toxins are likely to involve genetic engineering techniques and molecular pharming approaches.
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When searching for prospective novel peptides, it is difficult to determine the biological activity of a peptide based only on its sequence. The trial and error approach is generally laborious, expensive and time consuming due to the large number of different experimental setups required to cover a reasonable number of biological assays. To simulate a virtual model for Hymenoptera insects, 166 peptides were selected from the venoms and hemolymphs of wasps, bees and ants and applied to a mathematical model of multivariate analysis, with nine different chemometric components: GRAVY, aliphaticity index, number of disulfide bonds, total residues, net charge, pI value, Boman index, percentage of alpha helix, and flexibility prediction. Principal component analysis (PCA) with non-linear iterative projections by alternating least-squares (NIPALS) algorithm was performed, without including any information about the biological activity of the peptides. This analysis permitted the grouping of peptides in a way that strongly correlated to the biological function of the peptides. Six different groupings were observed, which seemed to correspond to the following groups: chemotactic peptides, mastoparans, tachykinins, kinins, antibiotic peptides, and a group of long peptides with one or two disulfide bonds and with biological activities that are not yet clearly defined. The partial overlap between the mastoparans group and the chemotactic peptides, tachykinins, kinins and antibiotic peptides in the PCA score plot may be used to explain the frequent reports in the literature about the multifunctionality of some of these peptides. The mathematical model used in the present investigation can be used to predict the biological activities of novel peptides in this system, and it may also be easily applied to other biological systems. © 2011 Elsevier Inc.
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The antimicrobial peptide indolicidin (IND) and the mutant CP10A in hydrated micelles were studied using molecular dynamics simulations in order to observe whether the molecular dynamics and experimental data could be sufficiently correlated and a detailed description of the interaction of the antimicrobial peptides with a model of the membrane provided by a hydrated micelle system could be obtained. In agreement with the experiments, the simulations showed that the peptides are located near the surface of the micelles. Peptide insertions agree with available experimental data, showing deeper insertion of the mutant compared with the peptide IND. Major insertion into the hydrophobic core of the micelle by all tryptophan and mutated residues of CP10A in relation to IND was observed. The charged residues of the terminus regions of both peptides present similar behavior, indicating that the major differences in the interactions with the micelles of the peptides IND and CP10A occur in the case of the hydrophobic residues.
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Animal venom components are of considerable interest to researchers across a wide variety of disciplines, including molecular biology, biochemistry, medicine, and evolutionary genetics. The three-finger family of snake venom peptides is a particularly interesting and biochemically complex group of venom peptides, because they are encoded by a large multigene family and display a diverse array of functional activities. In addition, understanding how this complex and highly varied multigene family evolved is an interesting question to researchers investigating the biochemical diversity of these peptides and their impact on human health. Therefore, the purpose of our study was to investigate the long-term evolutionary patterns exhibited by these snake venom toxins to understand the mechanisms by which they diversified into a large, biochemically diverse, multigene family. Our results show a much greater diversity of family members than was previously known, including a number of subfamilies that did not fall within any previously identified groups with characterized activities. In addition, we found that the long-term evolutionary processes that gave rise to the diversity of three-finger toxins are consistent with the birth-and-death model of multigene family evolution. It is anticipated that this three-finger toxin toolkit will prove to be useful in providing a clearer picture of the diversity of investigational ligands or potential therapeutics available within this important family.
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This article addresses the interactions of the synthetic antimicrobial peptide dermaseptin 01 (GLWSTIKQKGKEAAIAAA-KAAGQAALGAL-NH(2), DS 01) with phospholipid (PL) monolayers comprising (i) a lipid-rich extract of Leishmania amazonensis (LRE-La), (ii) zwitterionic PL (dipalmitoylphosphatidylcholine, DPPC), and (iii) negatively charged PL (dipalmitoylphosphatidylglycerol, DPPG). The degree of interaction of DS 01 with the different biomembrane models was quantified from equilibrium and dynamic liquid-air interface parameters. At low peptide concentrations, interactions between DS 01 and zwitterionic PL, as well as with the LRE-La monolayers were very weak, whereas with negatively charged PLs the interactions were stronger. For peptide concentrations above 1 mu g/ml, a considerable expansion of negatively charged monolayers occurred. In the case of DPPC, it was possible to return to the original lipid area in the condensed phase, suggesting that the peptide was expelled from the monolayer. However, in the case of DPPG, the average area per lipid molecule in the presence of DS 01 was higher than pure PLs even at high surface pressures, suggesting that at least part of DS 01 remained incorporated in the monolayer. For the LRE-La monolayers, DS 01 also remained in the monolayer. This is the first report on the antiparasitic activity of AMPs using Langmuir monolayers of a natural lipid extract from L. amazonensis. Copyright (C) 2011 European Peptide Society and John Wiley & Sons, Ltd.
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In this work the interaction of the antimicrobial peptide indolicidin (IND) and its mutants CP10A and CP11 with a eukaryotic membrane model was examined by molecular dynamics simulations. The aim was to analyse the behaviour of these antimicrobial peptides when they interact with a eukaryotic modelled membrane, thereby obtaining atomic detailed observations that are not experimentally available. In the simulations, the widely studied dipalmitoylphosphatidylcholine hydrated bilayer was used as a eukaryotic membrane model. In agreement with experimental observations, the peptides IND, CP10A, and CP11 insert into the bilayer differently; the peptides that insert more deeply present the major hemolytic activities. The hydrophobic residues are responsible for the insertion, but some Trp residues of the peptides remain at the bilayer/water interface because they interact with the bilayer choline groups by cation-pi interactions that should be important for recognition of eukaryotic membrane by the three studied peptides.
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The cystine knot structural motif is present in peptides and proteins from a variety of species, including fungi, plants, marine molluscs. insects and spiders. It comprises an embedded ring formed by two disulfide bonds and their connecting backbone segments which is threaded by a third disulfide bond. It is invariably associated with nearby beta-sheet structure and appears to be a highly efficient motif for structure stabilization. Because of this stability it makes an ideal framework for molecular engineering applications. In this review we summarize the main structural features of the cystine knot motif, focussing on toxin molecules containing either the inhibitor cystine knot or the cyclic cystine knot. Peptides containing these motifs are 26-48 residues long and include ion channel blockers, haemolytic agents, as well as molecules having antiviral and antibacterial activities. The stability of peptide toxins containing the cystine knot motif, their range of bioactivities and their unique structural scaffold can be harnessed for molecular engineering applications and in drug design. Applications of cystine knot molecules for the treatment of pain. and their potential use in antiviral and antibacterial applications are described. (C) 2000 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.
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NMR spectroscopy and simulated annealing calculations have been used to determine the three-dimensional structure of NaD1, a novel antifungal and insecticidal protein isolated from the flowers of Nicotiana alata. NaD1 is a basic, cysteine-rich protein of 47 residues and is the first example of a plant defensin from flowers to be characterized structurally. Its three-dimensional structure consists of an a-helix and a triple-stranded anti-parallel beta-sheet that are stabilized by four intramolecular disulfide bonds. NaD1 features all the characteristics of the cysteine-stabilized up motif that has been described for a variety of proteins of differing functions ranging from antibacterial insect defensins and ion channel-perturbing scorpion toxins to an elicitor of the sweet taste response. The protein is biologically active against insect pests, which makes it a potential candidate for use in crop protection. NaD1 shares 31% sequence identity with alfAFP, an antifungal protein from alfalfa that confers resistance to a fungal pathogen in transgenic potatoes. The structure of NaD1 was used to obtain a homology model of alfAFP, since NaD1 has the highest level of sequence identity with alfAFP of any structurally characterized antifungal defensin. The structures of NaD1 and alfAFP were used in conjunction with structure - activity data for the radish defensin Rs-AFP2 to provide an insight into structure-function relationships. In particular, a putative effector site was identified in the structure of NaD1 and in the corresponding homology model of alfAFP. (C) 2002 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.
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Eight new peptides were isolated from the skin secretion of the frog Leptodactylus pustulatus and their amino acid sequences determined by de novo sequencing and by cDNA cloning. Structural similarities between them and other antimicrobial peptides from the skin secretion of Leptodactylus genus frogs were found. Ocellatins-PT1 to -PT5 (25 amino acid residues) are amidated at the C-terminus, while ocellatins-PT6 to -PT8 (32 amino acid residues) have free carboxylates. Antimicrobial activity, hemolytic tests, and cytotoxicity against a murine fibroblast cell line were investigated. All peptides, except for ocellatin-PT2, have antimicrobial activity against at least one Gram negative strain. Ocellatin-PT8 inhibited the growth of Escherichia coli, Staphylococcus aureus, Klebsiella pneumoniae, and Salmonella choleraesuis strains with MICs in the 60−240 μM range. No significant effect was observed in human erythrocytes and in a murine fibroblast cell line after exposure to the peptides at MICs. A comparison between sequences obtained by both direct HPLC-MS de novo sequencing and cDNA cloning demonstrates the secretion of mature peptides derived from a pre-pro-peptide structure.
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The mechanism of action of antimicrobial peptides is, to our knowledge, still poorly understood. To probe the biophysical characteristics that confer activity, we present here a molecular-dynamics and biophysical study of a cyclic antimicrobial peptide and its inactive linear analog. In the simulations, the cyclic peptide caused large perturbations in the bilayer and cooperatively opened a disordered toroidal pore, 1–2 nm in diameter. Electrophysiology measurements confirm discrete poration events of comparable size. We also show that lysine residues aligning parallel to each other in the cyclic but not linear peptide are crucial for function. By employing dual-color fluorescence burst analysis, we show that both peptides are able to fuse/aggregate liposomes but only the cyclic peptide is able to porate them. The results provide detailed insight on the molecular basis of activity of cyclic antimicrobial peptides
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Antimicrobial peptides (AMPs) play a major role in innate immunity. Penaeidins are a family of AMPs that appear to be expressed in all penaeid shrimps. Penaeidins are composed of an N-terminal proline-rich domain, followed by a C-terminal domain containing six cysteine residues organized in two doublets. This study reports the first penaeidin AMP sequence, Fi-penaeidin (GenBank accession number HM243617) from the Indian white shrimp, Fenneropenaeus indicus. The full length cDNA consists of 186 base pairs encoding 61 amino acidswith an ORF of 42 amino acids and contains a putative signal peptide of 19 amino acids. Comparison of F. indicus penaeidin (Fi-penaeidin) with other known penaeidins showed that it shared maximum similarity with penaeidins of Farfantepenaeus paulensis and Farfantepenaeus subtilis (96% each). Fi-penaeidin has a predicted molecular weight (MW) of 4.478 kDa and theoretical isoelectric point (pI) of 5.3
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Hepcidin is a family of short cysteine-rich antimicrobial peptides (AMPs) participating in various physiological functions with inevitable role in host immune responses. Present study deals with identification and characterisation of a novel hepcidin isoform from coral fish Zanclus cornutus. The 81 amino acid (aa) preprohepcidin obtained from Z. cornutus consists of a hydrophobic aa rich 22 mer signal peptide, a highly variable proregion of 35 aa and a bioactive mature peptide with 8 conserved cysteine residues which contribute to the disulphide back bone. The mature hepcidin, Zc-hepc1 has a theoretical isoelectric point of 7.46, a predicted molecular weight of 2.43 kDa and a net positive charge of ?1. Phylogenetic analysis grouped Z. cornutus hepcidin with HAMP2 group hepcidins confirming the divergent evolution of hepcidin-like peptide in fishes. Zc-hepc1 can attain a b-hairpin-like structure with two antiparallel b-sheets. This is the first report of an AMP from the coral fish Z. cornutus.