具有任意伸展结构的新型两栖类皮肤抗菌肽的构效关系及与生物膜作用的分子机制

基本信息
批准号:31272314
项目类别:面上项目
资助金额:81.00
负责人:尚德静
学科分类:
依托单位:辽宁师范大学
批准年份:2012
结题年份:2016
起止时间:2013-01-01 - 2016-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:王澈,勾萌,王孝敏,许永廷,孙玥,孙丽,马利杰,魏诗,王贺
关键词:
抗菌肽选择性杀菌机制任意伸展结构构效关系
结项摘要

Several different models of AMPs have been proposed to explain how, following initial attachment, antibacterial peptides insert into the bacterial membrane to form transmembrane pores which result in membrane permeabilization. Regardless of their precise mode of action, the activities of AMPs are almost universally dependent upon amphiphilic α-helical structure, as hydrophobic regions are necessary to interact directly with the lipid components of the membrane, while hydrophilic regions either interact with the phospholipid head groups or face the lumen of the pore. Generally, these models can explain the poreforming ability of α-helical AMPs; however, the mechanisms utilized by random coil peptides have not been as well studied. While some random coil AMPs can exhibit high antimicrobial activity, there is little experimental evidence to indicate which of these models is applicable to peptides with random coil conformation. Different from the known AMPs with amphiphilic α-helical structure, we obtained a novel AMPs chensinin-1 with selective bactericidal activity against Gram-positive bacteria from the skin secretions of Chinese brown frog which specially mainly adopted an random coil structure in membrane-mimetic environment. So, chensinin-1 may be a novel lead molecule for the study of AMPs with atypical structure. In order to understand better the biological activities of AMPs with random coil conformation, we are first planing to study the structure-activity relationship by the effect of helicity, hydrophobicity, amphipathicity and amino acid composition on antimicrobial and hemolytic activity. Furthermore, we are particularly interested in the bactericidal mechanism of AMPs with random coil conformation. To do that, we will systematiclly studied the bactericidal way and target of AMPs with random coil conformation by the changes in structure of cytoplasmic membrane, membrane receptor, organelle and DNA. We hope that this present study will provide an additional stimulus to consideration of these molecules as a new class of therapeutic agents.

目前提出的抗菌肽的作用机制模型都是基于静电引力与细胞膜上阴离子磷脂结合,并通过特有的两亲性α-helix结构插入膜磷脂双分子层形成短暂的膜孔洞或胶束而杀死细菌。尽管已经发现的抗菌肽结构各异,但认为两亲性α-helix结构是具备抗菌活性的重要结构特征。我们从两栖类皮肤分泌物中发现一类具有任意伸展结构的新型抗菌肽能以微摩尔浓度选择性杀死G+细菌。对于这类非两亲性α-helix结构的抗菌肽选择性杀死细菌的现象很显然无法用以前提出的杀菌机制来解释。本研究从螺旋度、整体疏水性和两亲性以及单个氨基酸等结构参数与抗菌活性和溶血性之间的关系研究具有任意伸展结构抗菌肽的构效关系;并从细胞膜结构和形态、细胞膜受体、细胞内细胞器以及细胞DNA复制等方面系统研究具有任意伸展结构抗菌肽杀死细菌的主要途径,作用靶点及可能的分子生物学机制,探讨经典机制以外的作用机制,为抗菌肽作为新型抗菌药物的可行性并提供理论依据。

项目摘要

目前提出的抗菌肽的作用机制模型都是基于静电引力与细胞膜上阴离子磷脂结合,并通过特有的两亲性α-helix结构插入膜磷脂双分子层形成短暂的膜孔洞或胶束而杀死细菌。尽管已经发现的抗菌肽结构各异,但认为两亲性α-helix结构是具备抗菌活性的重要结构特征。本研究选具有非α-helix结构的两栖类皮肤抗菌肽,从螺旋度、整体疏水性和两亲性以及单个氨基酸等结构参数与抗菌活性和溶血性之间的关系研究具有任意伸展结构抗菌肽的构效关系。研究采用600M核磁共振光谱(NMR)、圆二色谱(CD)、傅里叶红外光谱(FTIR)等测定了具有任意伸展结构抗菌肽chensinin-1和衍生物chensinin-1b的二级结构,并合成了25个系列化合物从螺旋度、整体疏水性和两亲性以及单个氨基酸等结构参数与抗菌活性和溶血性之间的关系研究具有任意伸展结构抗菌肽的构效关系;并从细胞膜结构和形态、细胞膜受体、细胞内细胞器以及细胞DNA复制等方面系统研究具有任意伸展结构抗菌肽杀死细菌的主要途径,作用靶点及可能的分子生物学机制。研究结果发现具有任意伸展结构抗菌肽chensinin-1系列抗菌肽的作用靶点是细菌细胞膜,虽然没有典型螺旋结构,但其高阳离子性(生理条件下净正电荷7,偏酸性条件下净正电荷10)促使其与细菌细胞膜紧密结合,chensinin-1b的三个色氨酸分子的膜插入特性,使得肽能够扰乱细胞膜的稳定性,并以carpet作用机制形成膜孔洞,杀死细菌。chensinin-1b与细胞壁成分LPS的相互作用成了其杀死革兰氏阴性细菌的关键点:chensinin-1b能插入G-细菌细胞外膜LPS聚体结构中,并使得LPS聚体解聚,从而透过细菌细胞壁,直接作用在其靶点细菌细胞膜上。探讨具有任意伸展结构抗菌肽在经典机制以外的作用机制,为抗菌肽作为新型抗菌药物的可行性并提供理论依据。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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