Rôle des facteurs physico-chimiques du micro-environnement intestinal et des boucles inter-hélicales du Domaine I dans l’activité de la toxine insecticide Cry9Ca du bacille de Thuringe

Une fois ingérées par un insecte sensible, les toxines insecticides du bacille de Thuringe doivent être activées par les protéases intestinales de cet insecte. Leur premier domaine, un ensemble de sept hélices-α amphipathiques, est responsable de leur insertion dans la membrane luminale de certaines cellules de l’intestin médian, ce qui crée des pores peu sélectifs. La toxicité et la capacité à former des pores d’une telle toxine, la Cry9Ca, de ses mutants simples R164A et R164K et d’un fragment de 55 kDa résultant d’un clivage protéolytique au niveau de son résidu 164 ont été étudiées à l’aide d’une combinaison de modélisation par homologie, de bioessais, d’expériences de gonflement osmotique avec des vésicules de membrane en bordure en brosse de larves de sphinx du tabac et de mesures électrophysiologiques sur des intestins isolés. Ni les mutations simples ni le clivage protéolytique n’ont altéré la toxicité de la Cry9Ca. Dans une solution à faible force ionique, toutefois, la formation des pores dépend fortement du pH : une augmentation de celui-ci de 6,5 à 10,5 a entraîné une baisse irrégulière et par étapes successives de la perméabilité membranaire. Les quatre préparations de toxine ont néanmoins dépolarisé la membrane apicale d’intestins médians fraîchement isolés baignant dans une solution contenant 122 mM de KCl à pH 10,5. L’activité de la Cry9Ca, et des mutants R164A et R164K, a été grandement stimulée lorsque les expériences ont été effectuées en présence de suc intestinal, de lipides extraits d’un volume équivalent de suc intestinal ou d’un cocktail d’inhibiteurs de protéases solubles dans l’eau. De plus, le rôle des boucles inter-hélicales du Domaine I lors de l’insertion dans la membrane a été étudié avec des mutants doubles de la Cry9Ca dont les mutations introduisaient, neutralisaient ou renversaient une charge électrique. À l’exception de trois d’entres eux, tous ces mutants ont conservé une toxicité et une capacité à former des pores comparables à celles de la toxine parentale. L’ensemble de ces résultats suggère que le micro-environnement de l’intestin médian contribue à minimiser l’influence des charges de surface portées par les résidus des boucles inter-hélicales du Domaine I sur la capacité des toxines du bacille de Thuringe à former des pores. Il indique aussi que, d’une part, selon le site de clivage et les conditions expérimentales utilisées, des protéolyses supplémentaires de la toxine Cry9Ca activée peuvent soit stimuler, soit nuire à son activité et que, d’autre part, le suc intestinal du sphinx du tabac contient probablement un inhibiteur de protéases qui pourrait jouer un rôle important dans l’activité des toxines du bacille de Thuringe.

Propriétés électrophysiologiques des canaux ioniques formés par la toxine nématicide Cry5Ba du bacille de Thuringe dans les bicouches lipidiques planes

Les toxines Cry sont des protéines synthétisées sous forme de cristaux par la bactérie bacille de Thuringe pendant la sporulation. Elles sont largement utilisées comme agents de lutte biologique, car elles sont toxiques envers plusieurs espèces d’invertébrées, y compris les nématodes. Les toxines Cry5B sont actives contre certaines espèces de nématodes parasites, y compris Ankylostoma ceylanicum un parasite qui infeste le système gastro-intestinal des humains. Jusqu’au présent, le mode d’action des toxines Cry nématicides reste grandement inconnu, sauf que leurs récepteurs spécifiques sont des glycolipides et qu’elles causent des dommages importants aux cellules intestinales. Dans cette étude, on démontre pour la première fois que la toxine nématicide Cry5Ba, membre de la famille des toxines à trois domaines et produite par la bactérie bacille de Thuringe, forme des pores dans les bicouches lipidiques planes en absence de récepteurs. Les pores formés par cette toxine sont de sélectivité cationique, à pH acide ou alcalin. Les conductances des pores formés sous conditions symétriques de 150 mM de KCl varient entre 17 et 330 pS, à pH 6.0 et 9.0. Les niveaux des conductances les plus fréquemment observés diffèrent les uns des autres par environ 17 à 18 pS, ce qui est compatible avec l’existence d’arrangement d’un nombre différent de pores élémentaires similaires, activés de façon synchronisée, ou avec la présence d’oligomères de tailles variables et de différents diamètres de pores.

Évaluation de l'acquisition de la résistance à la colistine chez Escherichia coli O149 chez le porc.

La diarrhée post-sevrage est une maladie d’importance dans l’industrie porcine et est principalement causée Escherichia coli O149. Le traitement habituellement utilisé est la néomycine. Cependant, en raison de l’antibiorésistance, les vétérinaires se tournent vers la colistine sulfate (CS). La CS lie les lipopolysaccharides (LPS) et provoque un déplacement des cations divalents causant la formation de pores entrainant la mort cellulaire. Le système à deux composantes PmrA/PmrB est le plus incriminé dans la résistance à la colistine en ajoutant un groupement 4-amino-4-déoxy-L-arabinose (L-Ara4N) au lipide A des LPS, augmentant ainsi la charge du LPS et diminuant son affinité pour la CS. L’objectif principal est d’évaluer l’acquisition de la résistance à la CS d’E. coli in vitro et dans un modèle in vivo. Nous avons utilisé des souches associées à des cas cliniques d’E. coli O149 et avons créé 22 mutants résistants à la CS. La concentration minimale inhibitrice (CMI) a été mesurée par une méthode de double dilution et comparée au seuil de résistance. Suite au séquençage des gènes pmrA/pmrB, nous avons identifié sept nouveaux polymorphismes, trois dans PmrA : A80V, N128I, S144G et quatre dans PmrB : V87E, D148Y, D148V et T156M. Pour l’essai in vivo, nous avons suivi une souche expérimentale ETEC:F4 (E. coli O149) et isolé des E. coli de la flore commensale. Le séquençage des gènes pmrA et pmrB de ces isolats a montré un polymorphisme spécifique, G15R et T156M respectivement. Cependant, plusieurs souches récoltées possédaient une résistance à la CS, mais sans polymorphisme de PmrA/PmrB, suggérant d’autre(s) mécanisme(s) de résistance.

Selectivity in the mechanism of action of antimicrobial mastoparan peptide Polybia-MP1

Many potent antimicrobial peptides also present hemolytic activity, an undesired collateral effect for the therapeutic application. Unlike other mastoparan peptides, Polybia-MP1 (IDWKKLLDAAKQIL), obtained from the venom of the social wasp Polybia paulista, is highly selective of bacterial cells. The study of its mechanism of action demonstrated that it permeates vesicles at a greater rate of leakage on the anionic over the zwitterionic, impaired by the presence of cholesterol or cardiolipin; its lytic activity is characterized by a threshold peptide to lipid molar ratio that depends on the phospholipid composition of the vesicles. At these particular threshold concentrations, the apparent average pore number is distinctive between anionic and zwitterionic vesicles, suggesting that pores are similarly formed depending on the ionic character of the bilayer. To prospect the molecular reasons for the strengthened selectivity in Polybia-MP1 and its absence in Mastoparan-X, MD simulations were carried out. Both peptides presented amphipathic alpha-helical structures, as previously observed in Circular Dichroism spectra, with important differences in the extension and stability of the helix; their backbone solvation analysis also indicate a different profile, suggesting that the selectivity of Polybia-MP1 is a consequence of the distribution of the charged and polar residues along the peptide helix, and on how the solvent molecules orient themselves according to these electrostatic interactions. We suggest that the lack of hemolytic activity of Polybia-MP1 is due to the presence and position of Asp residues that enable the equilibrium of electrostatic interactions and favor the preference for the more hydrophilic environment.

Interactions of mast cell degranulating peptides with model membranes: A comparative biophysical study

In the last decade, there has been renewed interest in biologically active peptides in fields like allergy, autoimmume diseases and antibiotic therapy. Mast cell degranulating peptides mimic G-protein receptors, showing different activity levels even among homologous peptides. Another important feature is their ability to interact directly with membrane phospholipids, in a fast and concentration-dependent way. The mechanism of action of peptide HR1 on model membranes was investigated comparatively to other mast cell degranulating peptides (Mastoparan, Eumenitin and Anoplin) to evidence the features that modulate their selectivity. Using vesicle leakage, single-channel recordings and zeta-potential measurements, we demonstrated that HR1 preferentially binds to anionic bilayers, accumulates, folds, and at very low concentrations, is able to insert and create membrane spanning ion-selective pores. We discuss the ion selectivity character of the pores based on the neutralization or screening of the peptides charges by the bilayer head group charges or dipoles. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

Potassium Current in Mature Bovine Spermatozoa

Ion channels have been assigned a pivotal importance in various sperm functions and are therefore promising targets for contraceptive development. The lack of data on channel functionality and pharmacology has hampered this goal. This is a consequence of technical problems of applying electrophysiological techniques to spermatozoa due to their small size and form. By using a laminin coating to increase adherence of spermatozoa and nystatin in the patch pipette for pore formation, we have adapted the whole-cell recording technique to study currents in mature uncapacitated bovine spermatozoa. Employing these conditions, in the head region, patched spermatozoa could be transferred into the whole-cell configuration. For the first time we document an outward rectifying current in mature bovine spermatozoa was blocked by tetraethyl ammonium (TEA) chloride. The observation of a shift in the reversal potential as a response to changes in the extracellular concentration of K+ ions allowed us to identify this current as K+ selective. This result shows that K+ channels in the head region of mature uncapacitated bovine spermatozoa can be suitably investigated using the whole-cell recording patch-clamp technique.

Structural and biological characterization of three novel mastoparan peptides from the venom of the neotropical social wasp Protopolybia exigua (Saussure)

The venom of the Neotropical social wasp Protopolybia exigua(Saussure) was fractionated by RP-HPLC resulting in the elution of 20 fractions. The homogeneity of the preparations were checked out by using ESI-MS analysis and the fractions 15, 17 and 19 (eluted at the most hydrophobic conditions) were enough pure to be sequenced by Edman degradation chemistry, resulting in the following sequences:Protopolybia MPI I-N-W-L-K-L-G-K-K-V-S-A-I-L-NH2 Protopolybia-MP II I-N-W-K-A-I-I-E-A-A-K-Q-A-L-NH2 Protopolybia-MP III I-N-W-L-K-L-G-K-A-V-I-D-A-L-NH2All the peptides were manually synthesized on-solid phase and functionally characterized. Protopolybia-MP I is a hemolytic mastoparan, probably acting on mast cells by assembling in plasma membrane, resulting in pore formation; meanwhile, the peptides Protopolybia-MP II and -MP III were characterized as a non-hemolytic mast cell degranulator toxins, which apparently act by virtue of their binding to G-protein receptor, activating the mast cell degranulation. (C) 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

A stability transition at mildly acidic pH in the alpha-hemolysin (alpha-toxin) from Staphylococcus aureus

The effects of mildly acidic conditions on the free energy of unfolding (Delta G(u)(buff)) of the pore-forming alpha-hemolysin (alpha HL) from Staphylococcus aureus were assessed between pH 5.0 and 7.5 by measuring intrinsic tryptophan fluorescence, circular dichroism and elution time in size exclusion chromatography during urea denaturation, Decreasing the pH from 7.0 to 5.0 reduced the calculated Delta G(u)(buff) from 8.9 to 4.2 kcal moI(-1), which correlates with an increased rate of pore formation previously observed over the same pH range, It is proposed that the lowered surface pH of biological membranes reduces the stability of alpha HL thereby modulating the rate of pore formation. (C) 1999 Federation of European Biochemical Societies.

IDENTIFICATION OF A PUTATIVE MEMBRANE-INSERTED SEGMENT IN THE ALPHA-TOXIN OF STAPHYLOCOCCUS-AUREUS

To gain a fuller understanding of the regions of the Staphylococcus aureus alpha-toxin important in pore formation, we have used Forster dipole-dipole energy transfer to demonstrate that a central glycine-rich region of alpha-toxin (the so-called ''hinge'' region) inserts deeply into the bilayer on association of toxin with liposomes. Mutant alpha-toxins with unique cysteine (C) residues at positions 69 and 130 [Palmer, M., et al. (1993) J. Biol. Chem. 268, 11959) were reacted with the C-specific fluorophore acrylodan, which acted as an energy donor. The chosen acceptor was N-(7-nitrobenz-2-oxa-13-diazol-4-yl)-1,2-bis(hexadecanoyl) -sn-glycero-3-phosphoethanolamine (NBD-PE). Measurement of the degree of donor quenching with increasing NBD-PE in the inner bilayer leaflet enables the distance of closest approach between donor and acceptor to be estimated. For toxin labeled with acrylodan at position 130 (in the hinge region), this distance is approximately 5 +/- 2 Angstrom, showing that the probe is close to the inner surface of the liposomes. A second probe labeled at position 69 (in the N-terminal domain) shows negligible energy transfer, indicating a distance of closest approach >40 Angstrom. This implies that this N-terminal region remains ''outside'' the liposome. We propose a model in which the central region of the alpha-toxin inserts into the membrane and possibly participates in forming the wall of the pore.

It only takes one to do many jobs: Amphotericin B as antifungal and immunomodulatory drug

Amphotericin B acts through pore formation at the cell membrane after binding to ergosterol is an accepted dogma about the action mechanism of this antifungal, and this sentence is widely found in the literature. But after 60 years of investigation, the action mechanism of Amphotericin B is not fully elucidated. Amphotericin B is a polyene substance that is one of the most effective drugs for the treatment of fungal and parasite infections. As stated above, the first mechanism of action described was pore formation after binding to the ergosterol present in the membrane. But it has also been demonstrated that AmB induces oxidative damage in the cells. Moreover, amphotericin B modulates the immune system, and this activity has been related to the protective effect of the molecule, but also to its toxicity in the host. This review tries to provide a general overview of the main aspects of this molecule, and highlight the multiple effects that this molecule has on both the fungal and host cells. © 2012 Mesa-Arango, Scorzoni and Zaragoza.

Estudo por dinâmica molecular da estabilidade conformacional de dímeros do peptídeo Eumenine mastoparan-AF em água e mistura TFE-água

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Estudos das propriedades estruturais de análogos substituídos com 'TRP POT.2,7 ou 24' do fragmento com 30 resíduos da região amino-terminal da Esticolisina II

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Simulações por dinâmica molecular fine-e coarse-grained das interações intermoleculares entre peptídeos antimicrobianos da família Mastoparano e membranas modelo

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Differential Effect of Solution Conditions on the Conformation of the Actinoporins Sticholysin II and Equinatoxin II

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Eletroquimioterapia em cães e gatos

The eletrochemotherapy is a new treatment option for neoplasms that involves the application of chemotherapeutic drugs endovenously or intralesionally, associated with local severe and short duration electrical pulses. The electrical pulses promote destabilization of the cell membrane, causing transitory pore formation and facilitating the entry of chemotherapeutic agents inside the cells, increasing its cytotoxicity. This therapy allows for lower doses of chemotherapy drugs compared to conventional chemotherapy, resulting in the decrease of side effects and costs of treatment. The eletrochemotherapy has proved effective in the treatment of cancer regardless of its histological origin and location. This review aims to highlight possibilities to use this treatment in Veterinary Oncology