Диссертации » Биологические науки » Биохимия

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Изучение антимикробных пептидов из целомоцитов пескожила Arenicola marina L.
ВАК РФ 03.00.04, Биохимия

Автореферат диссертации по теме "Изучение антимикробных пептидов из целомоцитов пескожила Arenicola marina L."

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

КРАСНО ДЕМБСКАЛ АННА ДМИТРИЕВНА

ИЗУЧЕНИЕ АНТИМИКРОБНЫХ ШШТИДОВ ИЗ ЦЕЛОМОЦИТОВ ПЕСКОЖИЛА Агетсо1а таппа

Специальность 03.00.04. - биохимия

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Санкт-Петербург 2005

Работа выполнена на кафедре биохимии Санкт-Петербурского Государственного Университета, в лаборатории общей патологии Научно-исследовательского института экспериментальной медицины РАМН и в Учебно-Научном Центре Института Биоорганической Химии им. М. М. Шемякина и Ю А Овчинникова РАН

Научные руководители' доет-ор биологических наук, профессор

Кокряков Владимир Николаевич

кандидат химических наук Овчинникова Татьяна Владимировна

Официальные оппоненты' доктор биологических наук

Морозов Владимир Игоревич

доктор биологических наук, член-корр РАЕН Черныш Сергей Иванович

Ведущее учреждение: Институт эволюционной физиологии и биохимии им И.М. Сеченова РАН

Защита диссертации состоится . _2005 г. в /^час. на

заседании диссертационного совета Д 212.232 09 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора биологических наук при Санкт-Петербургском Государственном Университете по адресу 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., д. 7/9.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им А М. Горького Санкт-Петербургского Университета

Автореферат разослан'

_ 2005 года

Ученый секретарь диссертационного совета доктор биологических наук, профессор

£

З.И Крутсцкая

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы В последнее время все большее значение приобретает изучение механизмов врожденного иммунитета животных, который обеспечивает защиту организмов на первых этапах взаимодействия с патогенами Важнейшими молекулярными компонентами системы врожденного иммунитета являются антимикробные пептиды (АМП) (Lehrer etal., 1993, Кокряков, 1999) Исследования АМГ1 животных проводятся уже более 40 лет, однако, видовой состав изученных организмов составляет весьма незначительную часть от общего числа известных видов (Zeya, Spilznagel, 1963, Ganz et al.,1985, Boman, 2000) Наиболее широко АМП изучены у представителей позвоночных животных (особенно млекопитающих), а так же у насекомых, гораздо меньше известно об этих веществах у других групп беспозвоночных животных.

Изучение защитных систем беспозвоночных важно с точки зрения сравнительной и эволюционной иммунологии, так как многие процессы из которых слагается сложнейший иммунный ответ у позвоночных животных (распознавание своего и несвоего, фагоцитоз, синтез гуморальных факторов), характерны и для беспозвоночных и нередко представлены у этих животных в более простой и доступной для анализа форме Для понимания закономерностей эволюции эффекгорных механизмов врожденного иммунитета необходимо дальнейшее накопление знаний о структуре и функциональных свойствах АМП у разных видов живых организмов, причем особый интерес представляют исследования ключевых в эволюционном плане групп животных.

Выбор в качестве объекта исследований представителя класса многощетинковых червей (класс l'olychaela, тип Annelida) определялся тем, что, в соответствии с существующими представлениями, полихеты являются ключевой группой в эволюции трохофориых животных, давшей начало моллюскам и членистоногим, антимикробные пептиды которых изучены достаточно подробно Специальных же исследований АМП у представителей полихет ранее не проводилось.

Поиск новых АМП важен не только с фундаментальной, но и с практической точки зрения Уже сейчас некоторые изученные антимикробные пептиды (протегрин-1, магейнин) проходя1 последние стадии клинических испытаний Кроме того, широкое изучение природных АМП может служить основой для синтеза производных, обладающих еще более действенным терапевтическим эффектом

Цель исследования Целью данной работы было выявление и изучение структурных и функциональных свойств антимикробных пептидов из целомоцитов пескожила Aremcola marina L. ,

Задачи исследования

1. Поиск, выделение и очистка антимикробных пептидов;

2 Изучение физико-химических свойств, определение первичной струетуры обнаруженных пептидов,

3. Изучение функциональных свойстн выделенных пептидов,

Научная новизна работы. В результате выполненной работы впервые были выявлены и комплексно изучены антимикробные пептиды целомоцитов пескожила АгетсЫа marina L. В процессе работы было идентифицировано и получено в чистом виде 11 катионных АМП. Среди выделенных АМП были подробно исследованы две изоформы новых антимикробных пептидов названных нами ареницинами, которые можно отнести к новому структурному семейству.

Получены данные, характеризующие антимикробную (в частности, изучены некоторые аспекты механизма антимикробного действия) и гемолитическую активность арсницима-1 Основные положения, выносимые на защиту

1. Целомоциты пескожила содержат набор катионных антимикробных пептидов. Из кислых экстрактов целомоцитов выделено в чистом виде 11 антимикробных пен гидов Из них наибольший ингерсс представляют новые антимикробные пептиды арсницины, обладающие уникальной среди известных антимикробных пептидов структурой 2 Ареницин-1 является антибиотическим агентом с широким спектром действия на микроорганизмы Его антимикробная активность стабильна в широком диапазоне условий По эффективности микробоцидного действия ареницин-1 сравним с самыми сильными пептидиыми антибиотиками (дсфснсином кролика NP-1 и протегрином PG-1) Как и у подавляющего большинства антимикробных пептидов бактерицидное действие ареницина-1 определяется взаимодействием молекул пептида с цитоплазматичеекой мембраной микробной клетки.

Практическая значимость работы Антибиотические свойства ареницинов позволяют счи тать эти АМП перспективными для разработки на их структурной основе новых лекарственных препаратов, при этом небольшой размер молекул пептидов (21 аминокислота) облегчает процесс их химического синтеза.

Апробация работы Материалы диссертации были представлены на 1-й медико-биологической конференции молодых ученых Санкт-Петербурга (СПб.,1997), на межгородской конференции для молодых ученых «Актуальные проблемы патофизиологии» (СПб , 1999), на Ш-й научной конференции с международным участием « Дни иммунологии в Санкт-Петербурге' 99» (СПб , 1994), на конференции «Актуальные проблемы фундаментальных исследований тпя>ласти биологии и медицины», (СПб, 2000), на

международной KOMjfcp^yifH,"^tnnicrobial peptides" (Gordon Research Conference, Italy,

. \

5 «*# W *l>

Barga, 2003), на V научной сессии МБС Санкт-Пстсрбургского Государственно! о Университета (СПб , 2004 г), на Объединенном Иммуноло! ическом Форуме (Екатеринбург, 2004 г ), на 7-й научной конференции с международным участием «Эйлеровскис чтения» (Leonard Euler Symposium, St Petersburg State University, 2004). Публикации По материалам диссертации опубликовано 12 работ, из них 3 статьи в реферируемых журналах, 1 заявка на патент, 2 статьи в сборниках научных работ, 6 тезисов Структура и объем работы. Диссертационная работа сос гоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов, использованных в работе, результатов исследования, обсуждения, выводов и списка литературы, включающе] о 222 ссылки. Работа изложена на 149 страницах машинописного текста и иллюстрирована 53 рисунками и 5 таблицами

Материалы и методы исследования

Исследования проводили па беломорских полихетах - пескожилах, Arenicola manna L Червей собирали в августе, после окончания сезона размножения, на верхней литорали в районе морской биологической станции СПбГУ (Чупиш.кая губа Белого моря) Проводили цитохимический анализ целомоцитов как в интактном состоянии, гак и при индуцированном фагоцитозе. Фагоцитарную активность целомоцитов пескожила наблюдали при введении в целомическую полость взвеси зимозана

Для получения целомоцитов в целомическую полость живогаого в районе туловищных сегментов вводили стерильную иглу для переливания крови и собирали целомическую жидкость в стерильные пробирки Целомоциты отделяли центрифугированием при 400 g в течении 10 мин и фиксировали 10% уксусной кислогой Полученную суспензию клеток центрифугировали при 2000 g в течении 1 часа, (+4 С) Супернатант (Эо) отбирали Осадок клеток разрушали гомогенизацией в 10% уксусной кислоте Процедуру экстракции повторяли 4-5 раз (Э1-Э5) Для обессоливания и концентрации экстракты подвергали ультрафильтрации через фильтр "Amicon" YM-1 (США). Дальнейшее разделеиис_препаратов проводили с помошью препаративного электрофореза в ПААГ (Harwig et al., 1994) на приборе Bio-Rad, модель - AG501-X8 (США) Для получения высокоочищенных.препаратов катионных антимикробных пептидов применяли обратно-фазовую высоко-эффективную жидкостную хроматографию (ОФВЭЖХ) (хроматограф Gold System (Beckman, США), колоноки Vydac С18, 5мкм, 250x4.1 мм или Zorbach CI8, 5мкм, 150x4.1 мм) В ходе работы использовали системы растворителей. 100% ацетонитрип - 0,1% ТФУ или 100% ацетонитрил - 0,13% ГФМК.

На каждом этапе очистки производился электрофоретический анализ препарата в ПААГ в кислой буферной системе (Panyim.Chalkey, 1969) и в щелочной буферной системе в присутствии ДС-Na (Schägger, Von Jagow, 1987).

Молекулярную массу пептидов оценивали по результатам электрофореза в присутствии ДС-Na (Weber, Osborn, 1969). Точную молекулярную массу устанавливали с помощью масс-спектрометричесюого анализа на MALDI-TOF масс-спектрометре Voyager DE ("Perseptive Biosystem Inc Framingham, MA, США) на базе ЦКП фонда ТВН.

Наличие дисульфидных связей в молекуле пептида устанавливали с помощью восстановления пептидов дитиотриетолом и последующего алкилирования 4-винил-пиридином. Образцы анализировали на масс-спектрометре.

Аминокислотные последовательности пептидов определяли методом автоматической деградации по Эдману. Секвенирование проводилось в Учебно-Научном Центре Института Биоорганической Химии им. M. M Шемякина и Ю А Овчинникова РАН на секвенаторе «491 Procise» (РЕ Applied Biosystem, США).

Анализ гомологии полученных аминокислотных последовательностей с имеющимися в мировых базах данных белковыми и пептидными последовательностями проводили с помощью поисковой системы BLAST (http//www ncbi.nlm nih gov/BLAST) Антимикробную активность экстрактов оценивали методом наложения геля после проведения ЭФ на чашку с культурой микроорганизма (Lehrer et al, 1991) Антимикробную активность проб на разных стадиях очистки оценивали методом радиальной диффузии в агарозном геле с культурой микроорганизма (Lehrer et al, 1991) В случае изучения влияния на активность пептидов различных условий среды в состав буфера для нижнего геля (в норме 10 мМ натрий-фосфатный буфер, pH 7,4) вносились соответствующие изменения (вносили 100-300 mM NaCl, изменяли pH буфера от 5,8 до 8, добавляли 1 мМ цитрат Na или 0,1% питательную среду) Для определения минимальной ингибирующей концентрации (МИК) в отношении микроорганизмов тестировались последовательные разведения пептида в два раза от 100 мкг/мл до <1 мкг/мл. Точка пересечения графика линейной регрессии значений антимикробной активности с осью абсцисс принималась в качестве МИК Влияние на антимикробную активность очищенных пептидов сыворотки крови кролика оценивалось с помощью антимикробного теста в жидкой среде в присутствии ресазурина Метод основан на превращении этого вещества из окисленной (максимум поглощения при 602 ни) в восстановленную форму (максимум поглощения при 571 нм) под действием бактериальных дегидрогеназ (Shiloh et al., 1997; Gabrielson et al., 2002). Рост бактерий оценивали фотометрически Результаты, получаемые этим методом, хорошо коррелируют с результатами, получаемыми общепринятым в микробиологических исследованиях методом подсчета колоний (Shiloh et al., 1997)

Бактерицидное действие ареницина оценивалось методом подсчета колоний.

Для определения воздействия пептида на проницаемость внугренней мембраны coli

применяли методику, разработанную в лаборатории проф. Р Лерера (Lehrer et al., 1988), в

качестве тест-микроба использовали специальный штамм Escherichia coli ML-35p, характеризующийся конститутивной экспрессией ß-галактозидазы.

Определение гемолитической активности пептидов проводили по стандартной методике, с использованием эритроцитов человека Измерение поглощения проб при длине полны 540 нм производили на спектрофотометре Multiskan MS-353 (Labsystems, США) Позитивным контролем (100% лизис) служил Тритон Х-100, негативным контролем - раствор для проб (001% уксусная кислота) За 50% Эффективную Концентрацию (ЭК50) принимали значение концентрации пептида, при которой уровень гемолиза составлял 50% от вызванною тритоном Х-100.

Миграция целомоцитов оценивалась по стандартной методике с помощью 48-луночной камеры Бойдсна для микрохемотаксиса (Neuroprobe, MD, USA). Использовались поликарбонатные мембраны (Neuroprobe), размер пор 3 мкм

Высокоочищенные препараты дефеисинов человека (HNP-1,2,3), дефенсииов кролика (NP-1,2,3,4,5) и протегрина-1 получены в лаборатории Общей Патологии НИИЭМ путем выделения из лейкоцитарной массы (Ganz et al, 1985, Harwig et a!, 1993a, Kokryakov et al ,1993), индолицидин и ареминин-1 синтезированы с использованием Вос-технологии в лаборатории химии пептидов НИИОЧБ к х и Колодкиным Н И и Афониной М А Статистическую обработку результатов опытов проводили с использованием традиционных методов вариационной статистики Представленные данные являются усредненными значениями (среднее ± стандартное отклонение), полученными в трех независимых экспериментах, в каждом эксперименте проводили три параллельных опыта Достоверность различий между средними двух групп оценивали с помощью t-критерия Стьюдента на уровне значимости р<0,05 Обработку данных проводили с помощью программ Sigma Plot 4 0 и Microsoft Excel 2000.

Результаты исследования и их обсуждение.

1. Выделение антимикробных пептидов из целомоцитов пескожила

Электрофоретический анализ экстрактов целомоцитов пескожила в неденатурирующих условиях (в кислой буферной системе) выявил присутствие многих фракций, в том числе, но подвижности сравнимых с дефенсинами кролика NP-1-5 Экстракт Эо оказался более гетерогенным по составу, чем Э) и последующие, особенно в области катодных компонентов (Рис 1, А) Дальнейшее тестирование антимикробной активности методом наложения геля показало, что в экстрактах присутствует целый ряд фракций, обладающих антимикробной активностью в отношении 2-х видов бактерий (Рис 1, Б, В). Фуигицидной активное! мо обладала только одна мажорная фракция, по длине пробега соответствующая дефенсипам кролика NP-4 и NP-5, которая обнаруживается во всех экстрактах (Рис 1, Г)

12 3 4

12 3 4

1 2 3

12 3 4

Рис. I Результаты антимикробного тсста методом наложения геля.

А-электрофореграмма в ПААГ экстрактов целомоцитов пескожила (10% уксусной к-той ) в кислой буферной системе,

Б- агарозиый гель с культурой рамогркцагсльных бактерий Escherichia coli, после наложения геля А, В- агарозиый гель с культурой грамположительиых бактерий Listeria monocytogenes, после наложении геля А, Г- агарозиый гель с культурой гриба Candida albicans, после наложения геля А, 1- маркерная смесь лефснсинов кролика (NP-1,2,3,4,5), 2- Э0 первичный экстракт целомоцитов (бет гомогенизации), 3- Ot вторичный экстракт целомоцитов (с гомогенизацией), 4-Dj вторичный дестракт целомоцитов (с гомогенизацией)

В совокупности, в кислых экстрактах целомоцитов пескожила как действующие антибактериальные начала были идентифицированы и выделены в чистом виде 11 катионных пептидов с молекулярными массами 1121 Да , 1159 Да, 1450 Да, 1745 Да, 2007 Да, 2450 Да, 2758 Да, 2773 Да, 3287 Да, 3627 Да и 4670 Да. Доминирующими фракциями являются две изформы пептидов, названных нами ареницин-1 (2758 Да) и ареницин-2 (2773 Да), по порядку их элюции с колонки ВЭЖХ (Рис. 2, А)

I,

В

Х4кДя

6 кДл 2,8кДя

- Д

1 * " 1 2 3 12 3 4

Рис. 2 Получение чистых фракций «рснициноп с помощью ОФВЭЖХ;

А- ВЭЖХ хроматограмма объединенных фракций после ВЭЖХ I, подвергнутых повторному разделению в градисш« ацетонитрила от 10 ;[П 40% за 60 минут Разделение проводилось нп колонке УуйасС-18 (1x25см)(Буфер А 0,1%ТФУ, Г.уфср К 100% Ацсгонитрил)

Б- Электрофорегрямма в ПААГ очищенных с помошыо ОФВЭЖХ фракций арсницшгов в щелочной буферной системе х о присутствии ДС-Ыя (I -ареницин-1,2- ареницин-2, 3 - смесь маркерных белков,) В- Электрофорегрямма в ПААГ очищенных с помощью ОФВЭЖХ фракшгё пептидов в кислой буферной системе (1 - ареницин-1, 2-ареницин-2, З-экстрактЭ) целомоцитов 10% уксусной кислотой, 4- смссь дефеиеннов кролика)

Анализ антимикробной активности чистых фракций ареницинов показал, что они обладают высокой активностью в отношении трех групп микроор! анизмов, сравнимой с активностью дефеисина кролика (NP-1) и протегрина(РО-1) в тех же концентрациях. Различий между ареницинами 1 и 2 в действии на микроорганизмы не обнаружилось. Опыты по выделению ареиицинов проводились нами многократно (па материале разных лет), и каждый раз, в результате использования разработанной нами схемы очистки, удавалось выделить пептиды с такими же свойствами Эю может свидетельствовать о том, что экспрессия данных пептидов является конститутивной, по крайней мере, на данном этапе жизненного цикла животных, и, по-видимому, является важным компонентом защиты организма от инфекции 2. Определение структуры арсницинов

Масс-спектрометрический анализ ареницинов после процедуры алкилирования показал, что в результате модификации молекулярная масса каждого пептида возросла на 212 Да. Это свидетельствует о наличии в каждом пептиде двух остатков цистеина, образующих внутримолекулярную дисульфидную связь.

После автоматической деградации по Эдману были установлены первичные последовательности ареницинов (Рис. 3)

Ареницин-1 RWCVYAYVR V RCVLVRYRRCW 2758 Да

Ареницин-2 RWCVYAYVR 1. RGVLVRYRRCW 2773 Да

Рис. 3 Аминокислотные последовательности ареницинов

Оба пептида состоят из 21 аминокислотного остатка и отличаются друг от друга всего лишь одной консервативной заменой в 10-ом положении (валин иа изолейцин) Структуры содержат 9 гидрофобных и 6 положительно заряженных аминокислотных остатков Характер распределения этих остатков придает молекулам ареницинов амфипатические свойства Суммарный положительный заряд молекулы равен +6. а расчетная изоэлекгрическая точка (р!) соответствует 10 9. В 3-ем и в 20-ом положении находятся два остатка цистеина, образующие дисульфидную связь Молекула, таким образом, оказывается замкнутой в кольцо.

Ареницины можно отнести к группе пептидов с 1-ой дисульфидной связью (Boman, 2000). В составе этой группы описаны многочисленные пептиды из кожи земноводных (в основном лягушек), которые характеризуются общей структурой, построенной по принципу лассо (имеют длинный И-тсрмимальный линейный хвост и небольшое 6-членное кольцо на С-юонце) (Morikawa et el., 1992; Simmaco et al., 1993). К этой же группе относится танатин, выделенный из гемолимфы насекомого Podisus maculiventris (orp.llemiptcra) (Fehibaum et at, 1996), его структура содержит 8-члениое кольцо.

Молекулы ареницинов формируют 18-члеиное кольцо Компьютерный анализ аминокислотной последовательности зрелого пептида с помощью поисковой системы BLAST не выявил какой-либо гомологии с имеющимися в базах данных белковыми последовательностями В свете вышеизложенных данных можно рассматривать ареницины как первых представителей нового структурного семейства антимикробных пептидов 3. Изучение антимикробной активности яреиицииа-1

Определение минимальных ингибирующих концентраций ареницина-1 в отношении целого ряда микроорганизмов показало, что ареницин-1 является эффективным антибиотическим веществом с широким спектром действия (таб. 1)

Исследуемый пептид проявлял сходную активность против всех тестируемых микробов, его МИК во всех случаях не превышали I мкМ. Таблица 1. Минимнльныс ингибирующне концюггряции (МИК) прсницнш1-1 и отношении роста некоторых микроорганизмов

Микроорганизм МИК (мкМ)

грамотрицательные бактерии / Escherichia coli Ml.-3Sp 0 55±0 10

¡.Escherichia coll M-17 0 93 ± 0 20

3.hscherichla coli A l€C 25922 0 44 ±0 10

4.Pseudomonas aerußiilasa 0.55 ±0 10

граиположнтелькые бактерии 5.Listeria monocytogenes EGD 093 ±020

6 Staphylococcus aureus MR A1ÜC 33591 074±0 15

7.Staphylococcus aureus SG 51J 081 ±0 15

8.Staphylococcus aureus A1CC 25293 081 ±0 15

грибы 9. Candida albicans S20 0 55 ±0 10

Сравнение антимикробного действия разных пептидов показывает, что ареницин по своей эффективности в отношении протестированных микробов, сопоставим с самыми сильными пептидными антибиотиками - протегрином и дефенсином кролика №-]. Фунгицидная активность ареницина почти на порядок больше, чем таковая индолицидина и дсфеисина человека (таб. 2).

Таблица 2. Сравнение МИК разных антимикробных пептидов

Минимальны иигибируюшая концентрация (мкМ)

Ареницин-1 Протсгрин-1 Индолицидин HNP-1 NP-I

Escherichia coli ML-35p 0 55± 0 10 0 27± 0 05 1 30± 0 50 214± 0 50 0 45±0 10

P aeruginosa 0 55* 0 10 0.27* 0 05 0 45±0 10

listeria monocytogeneEOD 0 9Э± 0 20 0 19*005 ! 40*0 60 3 66± 0 80 0 27± 0 05

S. aureus MR Л1Х2С 33S9I 0 74± 0 15 1 29±0 20 0 45± 0 10

Candida albicans 810 0 55±0.10 0 39± 0 05 5 36± 1 20 5 3fcH 50 0 67± 0 10

Изучение влияния на антимикробную активность ареницина-1 различных факторов среды (повышенной ионной силы, изменения рН, присутствия в среде двухвалентных катионов и

уровня метаболизма микробной клетки) показало, что антибактериальная активность ареницина-1 под воздействием исследуемых факторов изменяется незначительно Изменение условий тестирования сильнее всего влияет на фунгицидную активность ареницииа, существенно ослабляя ее Наиболее действенными факторами являются повышенное содержание соли и уровень метаболизма клеток гриба. Тем не менее, хотя и весьма ослабленная, эта активность все-таки сохраняется в довольно широком диапазоне условий (ТабЗ)

Таблица 3. Влияние мя антимикробную активность ареницина-1 различных факторов среды.

Микроорганизм Минимальные ингибирующие концекграцнн, мкМ

рИ 7 4 100 мМ NaCl р115 8 рНЕО 1 мМ цитрат Na пктатемная среда (0.1%)

Е. cohML-S5p 0 55±0 10 1 10±020 0.72±0 15 0 90±0 20 0.47± 0 10 0.1 »±0.05

/. monocytogenes EGD 0 93±0 20 0.55± 0 20 0Э±005 0 55± 0 10 043±010 03U0.0S

Candida albicans 820 0 55±0 10 9 05± 2 50 7 00±0 50 0 72± 0 20 I 50± 0 20 9 10± 2.50

С практической точки зрения особенно важным является устойчивость антимикробной активности ареницина в гиперосмотаческих условиях. Так, при заболевании муковисцидозом содержание NaCl в поверхностной жидкости дыхательных путей может достигать 120 мМ, и антимикробные пертиды, продуцируемые клетками слизистого эпителия дыхательных путей теряют в таких условиях свою активность (Goldman et al, 1997; Bals et al.,1998) На эгом факте базируется одна из гипотез возникновения хронических инфекций респираторной системы при этом заболевании (Gibson et al., 2003). Микробиологические исследования легких больных муковисцидозом показывают, что основными патогенами являются Pseudomonas aeruginosa и Staphylococcus aureus Спектр действия ареницина-1, включает в себя штаммы микроорганизмов этих видов (таб 1), что делает перспективными дальнейшие прикладные разработки терапевтических средств для лечения данного заболевания на струюурной основе ареницинов. 4. Изучение механизма бактерицидного действия ареницина-] В отношении большинства антимикробных пептидов обоснованным считается представление о том, что главной мишенью их воздействия на микроорганизмы являются поверхностные структуры клеток и собственно цитоплазматическая мембрана. Однако в последнее время появились данные, свидетельствующие, что для некоторых пептидов подобный механизм действия не свойственен или же не является основной причиной гибели клетки

Ареницин-1 способен к быстрому увеличению проницаемости внутренней мембраны Е coh (Рис. 5). Проницаемость начинает резко возрастать практически сразу же после

добавления пеитида, латентный период составляет всего 2-4 минуты. Эта способность сохраняется даже при очень низких концентрациях пептида (0 5 мкг/мл), что составляет 0 36 МИК (правда, в этом случае лаг-период увеличивается до 5 минут) Лаг-период перед началом процесса пермеабилизации, соответствует, видимо, стадии аккумуляции пептида на поверхности мембраны до достижения пороговой концентрации, необходимой для дальнейшего разрушительного действия.

Повреждение мембран бактерии является ключевым моментом в процессе гибели клетки под воздействием арскицина При сопоставлении двух графиков отчетливо видна корреляция между увеличением проницаемости цитоплазматической мембраны и бактерицидным действием пептида Бактерицидное действие ареницина начинает проявляться в течение первых 5 минут инкубации, а через 10 минут уже практически не остается жизнеспособных клеток (Рис б). Скорость с которой ареницин-1 убивает бактериальные клетки является еще

l-f

J Т

- - • преницин (О 6 мкМ) _

I 7 13 19 25 31 37 43 49 55 время инкубации (мин)

Рис. 5 Влияние ареницнна-1 II« изменение проницаемости цитоплазматической мембраны Escherichia coli; доверительные интервалы каждого значения не превышали 0 04

* О 5 10 15 20 30 40 ОС время инкубации (мин) Рис.6 Зависимость бактерицидного действия ареницина в отношения Esfhcrichi» coli от времени инкубации

одной важной функциональной характеристикой этого пептида В сравнительных экспериментах по влиянию на проницаемость цитоплазматической мембраны Ecoti различных по структуре пептидов наиболее сходным с ареницином по характеру действия оказался прогегрин. Механизм действия протегрина связывают с формированием в мембране стабильных, структурированных пор (Yang et а!, 2000), возможно подобный механизм действия свойственен и ареницину. 5. Изучение гемолитической активности арсиицина-1.

Известно, что многие антимикробные пептиды способны к проявлению цитотоксичности в отношении эукариотических клеток Частным случаем является способность к повреждающему воздействию на мембраны эритроцитов Поэтому при изучении новых веществ, с потенциальной возможностью использования в медицинской практике, необходимо установить наличие и характер их гемолитической активности

При тестировании ареницина в стандартных условиях выяснилось, что начиная с концентрации 4 мкМ, он проявляет способность к гемолизу эритроцитов человека, хотя даже при высоких концентрациях 100%-го гемолиза не происходит (Рис 7) При низких же концентрациях ареницина (1 и 2 мкМ) гемолиз практически не наблюдается, однако :>ги концентрации уже превышают МИК в отношении всех протестированных микроорганизмов (таб. 1).

В физиологических условиях действие пептида на клетки-мишени должно происходите в присузствии различных эндогенных факторов организма, например, белков плазмы крови Для многих антимикробных пептидов установлено, что они могут связываться с некоторыми белками сыворотки крови, в частности с ингибиторами сериновых протеаз (Panyutich, Ganz, 1991) Такое взаимодействие может предотвращать гемолиз и является одним из защитных механизмов организма против аутоциготоксичности собственных антимикробных нем гидов Тестирование арснициноа, как и протегринов в присутствии сыворочки кропи кролика показало, что в данном случае гемолитическая активность обоих пептидов резко снижается (уже при 2% сыворотке более чем в два раза, 10% сыворотка ингибировала гемолиз, вызываемый ареницином, полностью) (Рис. 7).

Для препарата, используемого в терапии, важно, чтобы взаимодействие с сывороткой крови предотвращая цитотоксичность, не оказывало негативного влияния на антимикробную активность тестируемого пептида Как выявилось в наших экспериментах, ареницин-1 полностью удовлетворяет этому требованию (Рис. 8) Такой же эффект наблюдался и в случае протегрина (Shi & Ganz, 1998), а-дефенсинов человека (Chaly et al., 2000) Ото свойство так же говорит в пользу возможности применения ареницина на практике. Механизмы, лежащие в основе такого дифференциального воздействия белков сыворотки крови на различные биологические активности антимикробных пептидов пока недостаточно изучены.

___ '£

Я

3 <о

о

а

о 40

г?

--т

/ /

т

-Л

И Интактные бактерии Б coli Р Бактерии + аремнцнн-1 (I мкМ; 0 Бактерии + сыворотка (5%)

I

Ю 15 20 25

«иртрация папнде (мкМ)

депорт-} -о- депорт-1, 2%ажропа

ярэмнН

ярами««-! 2%сы)фпм « if»«t«9t-l, 5%алорогю

-т----

30 35 40 45 »

Рис 7 Гемоли гичсскяя активность лреннцина-! и нротегрина-1, влияние присутствия нормальной сыворотки крови кролика

Рис. 8 Влияние сыворотки крови иа антимикробную активность ареницина а отношении Escherichia coli; *-достоверное отличие от ко»ггроля (интахтных бактерий), -достоверное отличие от антимикробного действия сыворотки крови, р<0 05

Ббльшая часть функциональных свойств ареницинов является вполне объяснимой с позиций основных существующих на сегодняшний день представлений о взаимосвязи структуры и активности антимикробных пептидов Ареницины можно кратко охарактеризовать, как небольшие амфипатические циклические молекулы, несущие большой положительный заряд Обычно такая структура является очень стабильной, устойчивой к воздействию протеаз, и должна придавать молекуле сильные мембраиоактивные свойства Пептиды, имеющие подобный тип строения (например, протегрины (Kokryakov et al., 1993)) характеризуются широким спектром действия, сильной эффективностью, ус гоичивос i ы<> к изменению условий среды, в частности к солености, а так же существенной гемолитической активностью.

6. Исследование способности врсницииа-1 вызывать направленную миграцию целомоцитов пескожила

Многие антимикробные пептиды млекопитающих в дополнение к своей основной функции микробоцидных агентов обладают целым рядом других биологических активностей В частности, они могут выступать в качестве модуляторов защитных реакций (Gallo, 2002, Bevins, 2003, Yang et al, 2004) В нашей работе была предпринята попытка выявить присутствие у ареницина хемотаксичсской активности в отношении целомоцитов пескожила. Полученные предварительные результаты свидетельствуют о способности ареницина вызывать направленную миграцию клеток целомической жидкости, при этом оптимальными концентрациями пептида оказались 4-6 мкг/мл Полученные нами данные согласуются с результатами работы японских ученых (Niyonsaba et а!, 2004), исследовавших хемотаксис нейтрофилов, обработанных TNF-a, к ß-дефенсинам человека hBD-1,2

7. Исследование первичной структуры других АМП из целомоцитов пескожила Кроме ареницинов, пока удалось частично расшифровать первичную структуру только двух из других выделенных пептидов (1745 Да и 2450 Да). Оказалось, что они имеют гомологию с К-концевыми фра! ментами гистонов Н2А и НЗ, соответственно (Рис. 4).

Фрагмент (1-9) пептида 1745 Дя AGLQFPVGR

Фрагмент (21-29) гисгона Н2А из AGLQFPVGR (100% гомология)

PtayntrwtfwiircriW

Рис. 4 Частичные аминокислотные последовательности пептидов 1745 Да и 2450 Да Наличие антимикробной активности у частей более крупных молекул, появляющихся в результате протеолитического расщепления, было многократно описано (Вотап, 2000, Scott& Hancock, 2000, Zasloff, 2002). Наибольшее число производных с антимикробной

;; Poiycliaeta)

Фрагмент (1-9) пептида 2450 Да Фрагмент (28-36) гисгона НЗ из

BSAPATGGV

KSAPATGGV (89% гомология)

активностью известно для гис гонов (Kim et al ,1998, Park I et al., 1998, Birkemo et al., 2003). В частности, два производных гистона HI А были выделены из активированных гранулоцитов человека (Wang et al, 2002).

Одновременное присутствие различающихся по структуре АМГ1 в клетках, участвующих в защитных реакциях, является обычным для многих изученных видов животных и может быть объяснено тем, что в процессе эволюции отбирался набор молекулярных матриц, который наиболее эффективно осуществлял защиту организма-хозяина от патогенов, характерных для конкретной экологической ниши.

Выводы

1. Осуществлены поиск, выделение, физико-химический и функциональный анализ антимикробных пептидов из целомоцитов пескожила (Arenicola manna !.., Annelida). Установлено, что в целомоцитах пескожила содержится по крайней мере 11 катионных антимикробных пептидов с различной молекулярной массой (1121 Да , 1159 Да, 1450 Да, 1745 Да, 2007 Да, 2450 Да, 2758 Да, 2772 Да, 3287 Да, 3627 Да и 4670 Да). Получены высокоочищснныс препараты выявленных пептидов.

2 Среди всех обнаруженных в целомоцшах пескожила антимикробных пептидов два (с молекулярной массой 2758 Да и 2772 Да) являются доминирующими и проявляют наибольшую антимикробную активность по сравнению с другими пептидами, выявленными в настоящей работе Установлена первичная структура этих антимикробных пептидов, представляющих собой изоформы, и названных нами ареницин-1 и ареницин-2. Молекулы ареницинов состоят из 21 аминокислотного остатка, среди которых 9 гидрофобных и 6 положительно-заряженных Остатки цистеина, расположенные в 3-ем и 20-м положении образуют внутримолекулярную дисульфидную связь, формируя 18-членное кольцо. Подобная структура является уникальной среди известных антимикробных пептидов, что позволяет отнести ареницины к отдельному структурному семейсшу.

3 Ареницин-1 является эффективным антибиотическим препаратом с широким спектром микробоцидного действия Этот пептид проявлял активность в отношении грамположительных бактерий Listeria monocytogenes 1ХЮ, Staphylococcus aureus MR ATCC 33591, Staphylococcus aureus SO 51!. Staphylococcus aureus ATCC 25293, грамотрицательных бактерий' Escherichia coli ML-35p, Escherichia coli M-17, Escherichia coli ATCC 25922, Pseudomonas aeruginosa и грибов Candida albicans 820. Минимальные ингибирующие концентрации арешщина-1 в отношении всех 9-ти протестированных штаммов не превышают 1мкМ.

4. Антимикробная активность ареницина-1 стабильна в широком диапазоне условий (при

разных концентрациях NaCl (0-300мМ), при различных значениях рН (5 8-8.0), уровне метаболизма микробной клетки, в присутствии хелатора двухвалентных катионов цитрата натрия). Важной функциональной особенностью ареницина-1 является сохранение антимикробной активности в присутствии 5% нормальной сыворотки крови кролика. S. Изучение механизма бактерицидного действия ареницина-1 в отношении грамотрицательных бактерий IC.coli ML-35p выявило, что оно связано с повреждением цитоплазматической мембраны клетки. Бактерицидное действие ареницина-1 начинает проявляться в течении первых 5 минут инкубации, через 10 минут уже практически не остается жизнеспособных клеток.

6 Ареницин-1 способен повреждать эритроциты человека. Гемолитическая активность ареницина начинает проявляться при довольно высоких концентрациях (4 мкМ) намного превышающих его МИК в отношении микроорганизмов. ЭК50 составляет 25 мкМ

Список публикаций по теме диссертации

I. Мату ко ва А Д. Поиск, выделение и очистка катонных антимикробных пептидов из целомоцитов пескожила (Aremcola marina) // Материалы 1-й медико-биологической конференции молодых ученых Санкт-Петербурга, СПб ,1997, с.49-50.

2 Мату ко ва А.Д.. Алешина ГМ.. Кокряков В Н Изучение антимикробных пет идов животных // Материалы третьей научной конференции с международным участием «Дни иммунологии в Санкт-Петербурге» Медицинская иммунология, 1999, Т1, №3-4, с 18-19.

3 Магу кона А. Д.. Алешина Г.М., Кокряков В.Н. Изучение антимикробных пен гидов из целомоцитов пескожила // Материалы научной конференции «Актуальные проблемы патофизиологи». СПб, 1999, с. 85-86

4 Краснодсмбская А Д. Алешина Г.М.. Краснодембский Е Г. Кокряков В 11 Антимикробные пептиды из целомоцитов пескожила Aremcola marina И Материалы научной конференции «Актуальные проблемы фундаментальных исследований в области биологии и медицины», посвященной 110-летию института экспериментальной медицины СПб., 2000, с 87-88

5. Краснодембская А.Д.. Алешина ГМ., Лодыгин П А, Овчинникова ТВ , Краснодембский Е Г, Кокряков В.Н. Новые антимикробные пептиды из целомоцитов пескожила Aremcola marina (J'olychaela, Annelida) //Вестник СПбГУ, 2001,Сер 3, вып.4, J&27, с. 104-108

6. Краснодембская А.Д. Алешина ГМ, Кокряков В.Н, Краснодембский Е Г. Новые данные об антимикробных пептидах у пескожила Aremcola manna (Annelida, Polychaeta) // Материалы V научной сессии морской биологической станции Санкт-Петербургского Государственного Университета, СПб., 2004, с.9-10

7. Краснодембская А.Д.. Алешина ГМ, Кокряков В.Н, Овчинникова ТВ., Краснодембский Е.Г. Описание двух новых антимикробных пептидов из целомоцитов кольчатого червя

Aremcola marina. Съезд Иммунологов России Russian Journal of Immunology, 2004, vol 9, suppl. 1, p. 74

8 Овчинникова T В , Алешина Г M , Баландин С В, Маркелов M Л , Краснодембская А Д.. Кокряков В. H Пептидные антибиотики ареницины из морского червя Aremcola marina, принадлежащие к новому структурному типу антимикробны* пептидов и обладающие широким спектром антимикробного действия // Заявка на патент РФ №2004103808/13(004051), зарегистрирована 10 02.2004 г, 10 с.

9 Кокряков В Н., Алешина Г.М., Шамооа О В , Леонова Л Е„ Лодыгин П А , Цвсткова Е В , Берлов M H , Краснодембская А Д . Меньшенин А В. Антибиотические пептиды как регуляторные молекулы // Нервная система, 2004, вып 37, с 52-63

10 Краснодембская А Д . Алешина Г.М , Кокряков В Н, Попова В А , Краснодембский Е Г Оценка разнообразия антимикробных пептидов из целомоцитов пескожила Aremcola тагта (Annelida, Polychaela) II Вестник СПбГУ, 2004, Сер.З, Вып 4, с. 93-97

11 Краснодембская А Д.. Краснодембский Е Г., Кокряков В.Н Ареницин, новый антимикробный пептид из целомоцитов беломорской полихеты Aremcola marina может быть хемоаттрактантом // " Естествознание н гуманизм" Сборник научных работ под редакцией акад Н.Н Ильинских, Сибирский Государственный Медицинский Университет, Томск, 2004, Том l,Nl,c.68-70

12. Ovchinnikova T , Aleshina О , Balandin S., Krasnodembskava A . Markelov M , Frolova E , Leonova Y , Tagaev A , Krasnodcmbsky E , Kokryakov V Purification and primary structure of two isoforms of arenicin, a novel antimicrobial peptide from marine polychaeta Aremcola marina II FEBS Lett, 2004, vol. 577, p.209-214.

Подписано в печать 04.04.05. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л.0.93. Тираж 100 экз.Заказ № 12.

ЦОП типографии Издательства СПбГУ. 199061, С-Петербург, Средний пр., 41.

Il,

1 t

t

Jl

€ 834 О

РНБ Русский фонд '

2006-4 5440

*

i

t

i

г

< J

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Краснодембская, Анна Дмитриевна

ВВЕДЕНИЕ.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1 Краткая история вопроса.

1.2 Структурное разнообразие АМП.

1.3 Молекулярная биология антибиотических пептидов.

1.4 Механизмы антимикробного действия антибиотических пептидов.

• 1.5. К вопросу о разнообразии антимикробных пептидов.

1.6 Функциональные свойства АМП, отличные от антимикробной активности.

1.7 Прикладные исследования.

1.8 О состоянии современных знаний об АМП у разных групп животных.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Изучение антимикробных пептидов из целомоцитов пескожила Arenicola marina L."

Актуальность проблемы.

Микроорганизмы представляют собой постоянную угрозу для всех многоклеточных животных, которые сохраняют способность к самоподдержанию и самовоспроизведению лишь постольку, поскольку могут противостоять агрессивному потенциалу окружающей их микробной флоры. Необходимым условием эволюции всего живого являлось развитие защитных механизмов, т.е. способности противостоять инфекциям - иммунитета.

Иммунитет представляет собой совокупность факторов, способных распознавать, изолировать, уничтожать или ограничивать экспансию чужеродных элементов. Уже в середине 20-го века иммунологи четко различали иммунитет естественный и приобретенный. Первый из них понимали как «невосприимчивость, обусловленную врожденными биологическими особенностями, присущими данному виду, как наследуемый видовой признак» (цит. По А. Зильберу). Приобретенный иммунитет рассматривали как резистентность к инфекции, возникшую в течение индивидуальной жизни вследствие контакта с потенциальным патогеном. В дальнейшем для обозначения естественного иммунитета были предложены термины «врожденный» и «неспецифический». Приобретенный иммунитет определили как «специфический» или «адаптивный».

У беспозвоночных и древнейших позвоночных животных (круглоротых) защиту от инфекций и паразитарных инвазий обеспечивает совокупность факторов врожденного иммунитета.

У позвоночных животных в дополнение к врожденной появилась система иммунитета адаптивного, основными чертами которого являются индуцибельность, высокая специфичность, формирование иммунологической «памяти». Врожденный иммунитет обеспечивает защиту на первых этапах взаимодействия организма с патогенами и играет важную роль в модуляции и регулировании дальнейших адаптивных процессов. Именно с помощью механизмов врожденного иммунитета осуществляется контроль над уровнем естественной микрофлоры организма.

В последнее время все большее значение приобретает изучение механизмов врожденного иммунитета. Особый интерес представляет группа беспозвоночных животных. Успешное выживание в среде, изобилующей микроорганизмами свидетельствует об эффективности функционирования их защитных систем. При этом многие процессы, из которых слагается сложнейший иммунный ответ у позвоночных, у беспозвоночных нередко представлены в более простой и доступной для анализа форме.

Врожденный иммунитет складывается из клеточного и гуморального звеньев. Наиболее распространенными и универсальными являются механизмы фагоцитоза и агрегации клеток полости тела, гемоцитов или целомоцитов у беспозвоночных, и нейтрофилов и макрофагов у млекопитающих. Гуморальные факторы представлены белками плазмы крови или цел омической жидкости (Кокряков В.Н., 1999; Хаитов, 2000; Климович В.Б., 2002).

В течение последних 20 лет стало ясно, что традиционное представление об эффекторных молекулах врожденного иммунитета является неполным без учета роли катионных антимикробных пептидов (АМП). Открытие этих веществ вызвало очень большой интерес исследователей во всем мире, и накопленные к настоящему моменту сведения позволяют сделать вывод о том, что антибиотические пептиды являются ведущими молекулярными компонентами системы врожденного иммунитета. Эти вещества являются древнейшими факторами защиты всех видов живых организмов и обнаруживаются в органах и тканях, для которых наиболее вероятен контакт с внешним патогеном, (поверхностные и слизистые эпителии, гранулы фагоцитарных клеток, гемолимфа и целомическая жидкость), что косвенно свидетельствует в пользу их участия в обеспечении неспецифической антимикробной резистентности (Кокряков, 1999).

К АМП относят группу пептидов, обладающих следующими свойствами: они положительно заряжены (минимальный положительный заряд +2, чаще +4,+5, в зависимости от содержания аминокислотных остатков лизина, аргинина и гистидина), имеют низкую молекулярную массу (не более ЮкДа) и формируют такую третичную структуру, в которой гидрофобные и гидрофильные боковые радикалы аминокислот пространственно разобщены, т.е. молекула является амфипатической (важную роль в стабилизации подобной структуры играют внутримолекулярные дисульфидные связи). Эти свойства лежат в основе механизма действия АМП на клетки патогенов. Действие подавляющего большинства АМП направлено на дестабилизацию и в конечном итоге разрушение клеточной мембраны, что вызывает серьезные системные повреждения, несовместимые с жизнедеятельностью микробной клетки.

Помимо трех указанных выше общих качеств АМП демонстрируют большое разнообразие первичных и надпервичных структур и имеют разный характер функциональной активности.

Многие АМП проявляют высокую активность против грам-отрицательных и грам-положительных бактерий, грибов, некоторых оболочечных вирусов (дефенсины), некоторые цитотоксичны в отношении эукариотических клеток. Другие пептиды имеют более ограниченный спектр действия (цекропины, профенины). Даже небольшие изменения в структуре молекулы могут оказывать значительное влияние на ее активность. Понимание соответствия между структурой и активностью является одним из важнейших направлений исследований. В дополнение к основной функции умерщвления микроорганизмов, некоторые изученные антимикробные пептиды (в частности дефенсины человека) обладают целым спектром функциональных свойств, свидетельствующих об их участии во взаимодействии систем врожденного и приобретенного иммунитета (хемотаксическим, способностью к модуляции продукции цитокинов, антисептическим, кортикостатическим и др.) (Кокряков, 1999; Gennaro, Zanetti, 2000; Yang et al., 2004).

Показана возможная роль и в других физиологических процессах (атерогенезе, заживлении ран и свертывании крови (а-дефенсины) (Raj, Dentino, 2002)), есть данные о воздействии дефенсинов человека и насекомых на ионные каналы (MacLeod et al., 1991; Bateman et al, 1996).

Все это указывает на многофункциональность антимикробных пептидов, реализация которой может в значительной степени определять эффективность защитных реакций организма (Кокряков, 1999).

Необходимо учитывать, что in vivo АМП действуют кооперативно друг с другом и другими факторами системы врожденного иммунитета, обеспечивая наиболее эффективную защитную реакцию организма-хозяина.

Хотя исследования АМП животных проводятся уже более 40 лет, видовой состав организмов, которые были изучены в этой области, составляет ничтожную часть от общего числа известных видов.

Для понимания закономерностей эволюции механизмов противоинфекционной защиты, необходимо дальнейшее накопление знаний о структуре и функциональных свойствах АМП у разных видов живых организмов. С точки зрения сравнительной биохимии представляет интерес изучение АМП у представителей ключевых в эволюционном плане групп животных.

Поиск новых АМП важен не только с фундаментальной, но и с практической точки зрения. Как антимикробные агенты АМП весьма перспективны для разработки на их основе новых лекарственных препаратов, «антибиотиков животного происхождения». Они лишены многих недостатков свойственных традиционно применяемым антибиотикам (против их действия редко вырабатывается резистентность, не развивается эндотоксемия), и представляют собой сформировавшиеся в процессе эволюции молекулярные матрицы, естественные для организмов (Кокряков, 1999; Gennaro, Zanetti, 2000; Gallo et al., 2002; Bevins, 2003; Yang et al., 2004).

Выбор в качестве объекта исследований представителя класса многощетинковых червей кл. Polychaeta (т. Annelida) определялся тем, что, в соответствии с современными представлениями, полихеты являются ключевой группой в эволюции трохофорных животных, давшей начало моллюскам и членистоногим. Антимикробные пептиды у этих животных еще не были обнаружены другими исследователями, хотя были описаны другие (высокомолекулярные) белковые антимикробные факторы (Cooper et al., 2002).

Цель и задачи исследования.

Целью данной работы было выявление и изучение структурных и функциональных свойств антимикробных пептидов из целомоцитов пескожила Arenicola marina L. Для достижения этой цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Поиск, идентификация и очистка антимикробных пептидов;

2. Изучение физико-химических свойств, определение первичной структуры выделенных пептидов;

3. Изучение функциональных свойств выявленных пептидов. Научная новизна

В работе впервые было проведено комплексное изучение антимикробных пептидов целомоцитов пескожила и показано, что они обладают целым спектром антимикробных пептидов.

Был выявлен и очищен до гомогенного состояния ряд антимикробных пептидов. Среди выделенных пептидов было охарактеризовано две изоформы новых антимикробных пептидов названных нами ареницинами, которые можно отнести к новому структурному семейству.

Получены данные, характеризующие антимикробную и гемолитическую активность ареницина-1.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Целомоцигы пескожила содержат целый ряд катионных антимикробных пептидов Из целомоцитов выделено в чистом виде 11 антимикробных пептидов. Среди всех охарактеризованных антимикробных пептидов особый интерес представляют новые антимикробные пептиды ареницины. Ареницины являются пептидами с уникальной структурой, принадлежащей к новому структурному семейству.

2. Ареницин-1 является эффективным антибиотическим агентом с широким спектром действия на микроорганизмы, причем его антимикробная активность остается стабильной в широком диапазоне условий. Как и у подавляющего большинства антимикробных пептидов бактерицидное действие ареницина-1 является следствием взаимодействий молекулы пептида с цитоплазматической мембраной клетки. По эффективности микробоцидного действия ареницин-1 сравним с самыми сильными пептидными антибиотиками. Несмотря на присущую ареницину способность вызывать гемолиз эритроцитов, гемолитическая активность начинает проявляться при высоких концентрациях пептида, намного превышающих минимальные ингибирующие концентрации, установленные в отношении микроорганизмов.

Заключение Диссертация по теме "Биохимия", Краснодембская, Анна Дмитриевна

5. Вы воды

1. Осуществлены поиск, выделение, физико-химический и функциональный анализ антимикробных пептидов из целомоцитов пескожила (Arenicola marina L., Annelida). Установлено, что в целомоцитах пескожила содержится, по крайней мере, 11 катионных антимикробных пептидов с различной молекулярной массой (1121 Да , 1159 Да, 1450 Да, 1745 Да, 2007 Да, 2450 Да, 2758 Да, 2772 Да, 3287 Да, 3627 Да и 4670 Да). Получены высокоочищенные препараты выявленных пептидов.

2. Среди всех обнаруженных в целомоцитах пескожила антимикробных пептидов два (с молекулярной массой 2758 Да и 2772 Да) являются доминирующими и проявляют наибольшую антимикробную активность по сравнению с другими пептидами, выявленными в настоящей работе. Установлена первичная структура этих антимикробных пептидов, представляющих собой изоформы, и названных нами ареницин-1 и ареницин-2. Молекулы ареницинов состоят из 21 аминокислотного остатка, среди которых 9 гидрофобных и 6 положительно-заряженных. Остатки цистеина, расположенные в 3-ем и 20-м положении образуют внутримолекулярную дисульфидную связь, формируя 18-членное кольцо. Подобная структура является уникальной среди известных антимикробных пептидов, что позволяет отнести ареницины к отдельному структурному семейству.

3. Ареницин-1 является эффективным антибиотическим препаратом с широким спектром микробоцидного действия. Этот пептид проявлял активность в отношении грамположительных бактерий: Listeria monocytogenes EGD, Staphylococcus aureus MR ATCC 33591, Staphylococcus aureus SG 511, Staphylococcus aureus ATCC 25293, грамотрицательных бактерий: Escherichia coli ML-35p, Escherichia coli M-17, Escherichia coli ATCC 25922, Pseudomonas aeruginosa и грибов Candida albicans 820. Минимальные ингибирующие концентрации ареницина-1 в отношении всех 9-ти протестированных штаммов не превышают 1мкМ.

4. Антимикробная активность ареницина-1 стабильна в широком диапазоне условий (при разных концентрациях NaCl (О-ЗООмМ), при различных значениях рН (5.8-8.0), уровне метаболизма микробной клетки, в присутствии хелатора двухвалентных катионов цитрата натрия). Важной функциональной особенностью ареницина-1 является сохранение антимикробной активности в присутствии 5% нормальной сыворотки крови кролика.

5. Изучение механизма бактерицидного действия ареницина-1 в отношении грамотрицательных бактерий E.coli ML-35p выявило, что оно связано с повреждением цитоплазматической мембраны клетки. Бактерицидное действие ареницина-1 начинает проявляться в течении первых 5 минут инкубации, через 10 минут уже практически не остается жизнеспособных клеток.

6. Ареницин-1 способен повреждать эритроциты человека. Гемолитическая активность ареницина начинает проявляться при довольно высоких концентрациях (4 мкМ), намного превышающих его МИК в отношении микроорганизмов. ЭК50 составляет 25 мкМ.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Краснодембская, Анна Дмитриевна, Санкт-Петербург

1. Берлов М.Н. Сравнительное исследование антимикробных белков нейтрофилов собаки и человека // Автореф. дисс. на соискание ученой степени кандидата биологических наук, СПб, 2004.

2. Громов Б.В.Строение бактерий //JL: Изд-во Ленингр. Ун-та, 1985, 192с.

3. Зильбер Л.А. Основы иммунологии // 3-е изд, М.: Медгиз, 1958, с.99-104.

4. Климович В.Б. Актуальные проблемы эволюционной иммунологии //Журнал эвол. биохимии и физиол., 2002, т.38, 5, с.442-450

5. Кокряков В.Н., Пигаревский В.И., Тарос Л.Ю. и др. Антивирусные свойства дефенсинов при экспериментальной герпетической инфекции // Патоморфология опухолей и фоновых заболеваний / Сборник научных трудов. Л.:Медицина,1989, с.122-124.

6. Кокряков В.Н. Биология антибиотиков животного происхождения //С.-Пб.: Наука,1999, 162 с.

7. Ноздрачев А.Д., Крылов Б.В., Сабанов B.C. и др. Эндогенные антибиотики дефенсины, как возможные регуляторы функционирования натриевых каналов нейронов спинномозговых ганглиев // Докл. РАН, 1997, т.355, 5, с.705-707.

8. Перс инина М.С. Исследование клеток цел омической жидкости у беломорской полихеты Arenicola marina (L.) // Автореф. дисс. на соискание ученой степени кандидата биологических наук, СПб, 1995.

9. Хаитов P.M.Физиология иммунной системы // Российский физиологический журнал,2000, т.86, 3, с.252-267

10. Шамова О.В., Лесникова М.П., Кокряков В.Н., Шхинек Э.К.,Корнева Е.А. Действие дефенсинов на уровень кортикостерона в крови и иммунный ответ при стрессе // Бюлл. экспер. биол. мед., 1993, т. 115,6, с.646-649.

11. Peptide Antibiotics (Discovery, Modes of action, and Applications). Edited by Dutton C., Haxel., McArthur H., Wax R. // NewYork-Basel, 2002, 296 pp.

12. Agerberth В., Lee J., Bergman Т., Carlquist M., BomanH.G., Mutt V., Jornvall H. Amino acid sequence of PR39 // Eur. J. Biochem., 1991, vol.202, p.849-854.

13. Akira S., Hemmi H. Recognition of pathogen-associated molecular patterns by TLR family // Immun. Letters., 2003, vol.85, p.85-95.

14. Andreu D, et al. Shortened cecropin A-melittin hybrids. Significant size reduction retains potent antibiotic activity // FEBS Lett., 1992, vol.296, p. 190-94.

15. Bals R., Goldman M., Wilson J. Mouse B-Defensin 1 is a salt-sensitive antimicrobial peptide present in epithelia of the lung and urogenital tract // Infect. Immun, 1998, vol. 66, N. 3, p. 1225-1232.

16. Bateman A. Et al. The isolation and characterization of a novel corticostatin/defensin-like peptide from the kidney // J.Biol.Chem.,1996, vol.271, p. 10654-10659.

17. Belcourt D., Singh A., Bateman A. et al. Purification of cationic cysteine-rich peptides from rat bone marrow. Primary structures and biological activity of the rat corticostatin family of peptides // Regul. Peptide., 1992, vol.40, p.87-100.

18. Belden W., Miller S. Further characterization of the PhoP regulon: identification of new PhoP-activated virulence loci // Infect. Immun.,1994, vol.62, p.5095-5101.

19. Bevins C. Antimicrobial peptides as effector molecules of mammalian host defense // Innate Immune Response, 2003, vol. 10, p.106-148.

20. Birkemo G., Luders Т., Andersen O., Ingolf I., Nissen-Meyer J. Hipposin, a histone-derived antimicribial peptide in Atlantic halibut (Hippoglossus hippiglossus L.) // Biochim. Biophys. Acta. 2003, N. 1646, p. 207-215.

21. Boman H.G., Hultmark D. Cell-free immunity in insects // Annu. Rev. Microbiol., 1987, vol. 1, 41, p.103-126.

22. Boman H., et al., Cell-free immunity in Cecropia. A model system for antibacterial proteins// Eur. J. Biochem., 1991, vol. 201, p.23-31.

23. Boman H. Peptide antibiotics: Holy or Heretic Grails of Innate Immunity // Scand. J. Immunol., 1996, vol.43, p.475-482.

24. Boman H. Innate immunity and the normal microflora. // Immunol. Reviews, 2000, vol.173, p.5-16.

25. Borenstein L., Selsted M., Lehrer R., Miller J. Antimicrobial activity of rabbit leukocyte defensins against Treponema palladium // Infect, and Immun., 1991a, vol. 59, 4, p.1359-1367.

26. Broekaert W., et al., Plant defensins: novel antimicrobial peptides as components of the host defense system // Plant Physiol., 1995, vol.108, p.1353-1358.

27. Brotz H., Bierbaum G., Leopold K., Reynolds P., Sahl H. The lantibiotic mersacidin inhibits peptidoglycan synthesis by targeting lipid II // Antimicrob. Agents Chemother., 1998, vol.42, p. 154-160.

28. Breukink E., de KruijfFB. The lantibiotic nisin, a special case or not? // Biochim. Biophys. Acta, 1999, vol.1462, p.223-234.

29. Bulet P., Dimarcq J., Hetru C. et al. A novel inducible antibacterial peptide of Drosophila carries an O-glycosylated substitution // J. Biol. Chem., 1993, vol.268, p.14893-14897.

30. Bulet P., Hetru C., Dimarcq J., Hoffinann D. Antimicrobial peptides in insects; structure and function // Develop, and compar. immun.,1999, vol.23, p.329-344.

31. Bulet P., Stocklin R., Menin L. Anti-microbial peptides: from invertebrates to vertebrates // Immunological Reviews, 2004, vol. 198, p. 169-184.

32. Casteels P., Ampe C., Jacobs F., et al. Apidaecins: antibacterial peptides from honey-bees // EMBO J., 1989, vol.8, p.2387-2391.

33. Charlet M., Chernysh S., Herve P., Hetru C., Hoffinann J., Bulet P. Innate immunity. Isolation of several cysteine rich antimicrobial peptides from the blood of a mollusc Mytilus edulis // J.Biol.Chem., 1996, vol.271,36, p.21808-21813

34. Cho J., Park C., Yoon Y., Kim S. Lumbricin I, a novel proline-rich antimicrobial peptide from the earthworm: purification, cDNA cloning and molecular characterization // Biochim. Biophys. Acta, 1998, vol. 1408, p. 67-76.

35. Cho J., Park I., Kim M., Kim S. Matrix metalloproteinase 2 is involved in the regulation of the antimicrobial peptide parasin I production in catfish skin mucosa // FEBS Lett., 2002, vol. 531, p. 459-463.

36. Cociancich S., et al. Purification and characterization of a scorpion defensin, a 4 kDa antibacterial peptide presenting structural similarities with insect defensins and scorpion toxins // Biochem. Biophys. Res. Commun., 1993, vol.194,1, p.17-22.

37. Cohn Z., Hirsch J. The isolation and properties of the specific cytoplasmic granules of rabbit polymorphonuclear leucocytes//J. Exp. Med., 1960, vol. 112, 6, p. 983-1005.

38. Cole A., Hong Т., Boo L. et al. Retrocyclin: a primate peptide that protects cells from infection by T- and M-tropic strains of HIV-1 // Proc. Natl. Acad. Sci. USA 2002, vol. 99, p. 1813.

39. Cooper E., Kauschke E., Gossarizza A. Digging for innate immunity since Darwin and MetchnikofF// BioEssays, 2002, vol. 124, p. 319-333.

40. Couto M., Harwig S., Cullor J., Hugher J., Lehrer R. e NAP-2, a novel cysteine-rich bactericidal peptide from equine leukocytes// Infect. Immun., 1992, vol.60, 2, p.5042-5047.

41. Couto M., Harwig S., Cullor J., Hughes J., Lehrer R. Identificftion of eNAP-I, an antimicrobial peptide from equine neutrophils // Infect. Immun., 1992, vol.60, 8, p.3065-3071.

42. Cowland J., Jonsen A., BorregaardN. hCAP-18, a cathelin/probactenecin-like protein of human neutrophil specific granules // FEBS Lett., 1995, vol. 368, p.173-176.

43. Daher K., Selsted M., Lehrer R. Direct inactivation of viruses by human granulocyte defensin //J.Virol., 1986, vol.60, 3, p. 1068-1074.

44. During K., Porsch P., Mahn A., Brinkmann O., Gieffers W. The non-enzymatic microbicidal activity of lysozymes // FEBS Lett., 1999, vol. 449, p. 93-100.

45. Ehret-Sabatier L., Loew D., Goyffon M. Et al. Characterization of novel cysteine-rich antimicrobial peptides from scorpion blood // J.Biol.Chem.,1996, vol.271, 47, p.29357-29364.

46. Eisenhauer P., Harwig S., Lehrer R. Cryptidins: antimicrobial defensins of the murine small intestine // Infect. Immun., 1992, vol.60, 9, p.3556-3565.

47. Ernst K., Guina Т., Miller I. How intracellular bacteria survive: surface modifications that promote resistance to host innate immune responses // J. Infect. Dis., 1999, vol.179, p.326-330.

48. Farner R., Dieckmann Т., Harwig S. et al. Solution structure of protegrin-1, a broad-spectrum antimicrobial peptide from porcine leukocytes // Chem.Biol.1996, vol.3, p.543-550.

49. Fernandes J., Kemp G., Molle G., Smith V. Antimicrobial properties of histone H2A from skin secretions of rainbow trout, Onchorynchus mykiss // Biochem., 2002, vol. 368, p. 611-620.

50. Fleischmann J., Selsted M., Lehrer R. Opsonic activity of MCP-I and MCP-2 cationic peptides from rabbit alveolar macrophages//Diagn. Microbiol. Dis., 1985, vol.3, p.233-242.

51. Fogaca A., da Silva P., Miranda M., Bianchi A., Miranda A., Ribolla P., Daffre S. Antimicrobial activity of a bovine hemoglobin fragment in the tick Boophilus microplus // J. Biol. Chem., 1999, vol. 274, p.25330-25334.

52. Frank R., Gennaro R., Schneider K., Przybylski M., Romeo D. Amino acid sequences of two proline-rich bactenecins // J. Biol. Chem., 1990, vol. 265, 31, p.18871-18874.

53. Friedrich C., Scott M., Karunaratne N., Yan H., Hancock R. Salt-Resistant Alpha-Helical Cationic Antimicrobial Peptides // Antimicrob. Agents Chemother., 1999, vol. 43, 7, p. 1542-1548.

54. Fritzig В., Heitz Т., Legrand M., Antimicrobial proteins in induced plant defence // Curr. Opin. Immunol., 1998, vol. 10, p.16-22.

55. Gallo R., Ono M., Povsic T. Et al. Syndecans, cell surface heparan sulfate proteoglycans are induced by a proline-rich antimicrobial peptide from wounds // Proc.at.Acad.Sci.USA,1994, vol.91, p.l 1035-11039.

56. Gallo R., Murakami M., Ohtake Т., Zaiou M. Biology and clinical relevance of naturally occuring antimicrobial peptides // J. Allergy Clin. Immunol., 2002, vol. 110, p. 823-831.

57. Ganz Т., Selsted M., SzklarekD., Harwig S., Daher K., Bainton D., Lehrer R. Defensins. Natural peptide antibiotics of human neutrophils. //J.Clin.Invest.,1985, vol.76, p. 1427-1435.

58. Gennaro R., Zanetti M. Structural features and biological activities of the cathelicidin-derived antimicrobial peptides // Biopolimers, 2000, vol.55, p.31-49.

59. Gera J., Lichtenstein A. Human neutrophil peptide defensins induce single strand DNA breaks in target cells // Cell. Immunol., 1991, vol.138, p.108-120.

60. Giacometti A., Cirioni O., Greganti G., Quarta M., Scalise G. In vitro activities of membrane- active peptides against gram-positive and gram-negative aerobic bacteria // Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 1998, vol.42, 12, p. 3320-3324.

61. Gibson В., Tang D., Mandrell R. Et al. Bombinin-like peptides with antimicrobial activity from skin secretions of the asian toad, Bombina orientalis // J.Biol.Chem., 1991, vol.266, p.23103-23111.

62. Gibson R., Burns J., Ramsey B. Pathophysiology and management of pulmonary infections in cystic fibrosis // American J. of Respiratory and Critical Care Med., 2003, vol. 168, p. 918-951.

63. Goldman M., Anderson M., Stolzenberg E., Kari V., Zasloff M., Wilson J. Human B-defensin-1 is a salt-sensitive antibiotic in lung that is inactivated in cystic fibrosis // Cell 1997, Vol. 88 P. 553-56

64. Gough M., Hancock R., Kelly N. Antiendotoxin potential of cationic peptide antimicrobial agents // Infection and Immunity, 1996, vol.64,12, p. 4922-4927.

65. Guina Т., Yi E., Wang H, Hackett M., Miller S. A PhoP-regulated outer membrane protease of Salmonella enterica serovar typhimurium promotes resistance to alpha-helical antimicrobial peptides // J. Bacterid., 2000, vol.182, p. 4077- 4086.

66. Hancock R., Falla Т., Brown M. Cationic bacterial peptides // Adv. Therap., 1995, vol.13, p. 135-173.

67. Hancock R. Peptide antibiotics // Lancet, 1997, vol. 349, p.412-422.

68. Hancock R., Diamond G. The role of cationic peptides in innate host defences // Trends in Microb., 2000, vol.8,9, p.402-410.

69. Hancock R., Scott M. The role of antimicrobial peptides in animal defenses // PNAS, 2000, vol.97, p.8856-8861.

70. Hancock R., Rozek A. Role of membranes in the activities of antimicrobial cationic peptides // Microbiology letters, 2002, vol.206, p.143-149.

71. Harwig S., Chen N ., Park A., Lehrer R. Purification of cysteine- rich bioactive peptides from leucocytes by continuous acid-urea-polyacrilamide gel electrophoresis // Anal. Biochem., 1993a, vol. 208, p.382-386.

72. Harwig S., Kokryakov V., Swiderek K., Panyutich E., Tan L., Aleshina G., Shamova O., Lee Т., Lehrer R. Gallinacins: cysteine-rich antimicrobial peptides of avian leukocytes // Protein Science, 1993, vol.2, 1 p. 256-260.

73. Harwig S., Kokryakov V., Swiderek K., Aleshina G., Zhao C., Lehrer R. Prophenin-1, an exceptionally proline-rich antimicrobial peptide from porcine leukocytes // FEBS Lett., 1995, vol. 362,1, p.65-69.

74. Harwig S., et al. Intramolecular disulfide bonds enhance the antimicrobial and lytic activities of protegrins at physiological sodium chloride concentrations // Eur. J. Biochem., 1996, vol. 240, p.352-357.

75. He K., Ludtke S., Worcester D., Huang H. Neutron scattering in the plane of membranes: structure of alamethicin pores. // Biophys. J., 1996a, vol. 70, p.2659-2666.

76. Heller W., Waring A., Lehrer R., HarrounT., Weiss Т., Yang L., Huan H. Membrane thinning effect of the 13-Sheet antimicrobial protegrin // Biochemistry, 2000, vol.39, p.139-145

77. Higazi A., Lavi E., Bdeir K. Et al. Defensins stimulates the binding of lipoprotein (a) to human vascular endothelial and smooth muscle cells //Blood, 1997, vol.89,2, p.4290-4298.

78. Hill C., Yee J., Selsted M., Eisenberg D. Crystal structure of defensin HNP-3, an amphiphilic dimer: mechanisms of membrane permeabilization//Science, 1991, vol.251, p.1481-1485.

79. Hirakura Y., Koabyashi S., Matsuzaki K. Specific interactions of the antimicrobial peptide cyclic B-sheet tachyplesin I with lipopolysaccharides // Biochim. Biophys. Acta, 2002, vol. 1562, p.32-36.

80. Hoffinann J. A., Reichart J. Drosophila innate immunity: an evolutionary perspective // Nature immunology, 2002, vol.3,2, p. 121-126.

81. Holak Т., Engstrom A., Kraulis P. et al. The solution conformation of the antibacterial peptide cecropin A: a nuclear magnetic resonance and dynamical simulated annealing study // Biochemistry, 1988, vol.27, p.7620-7629.

82. Hristova K., Selsted M.,White S. Interactions of monomeric rabbit neutrophil defensins with bilayers. Comparison with dimeric human defensin HNP-2 // Biochemistry, 1996, vol. 35, p. 11888-11894.

83. Hu J., Jothy S., Soomon S. Localization and measurement of corticostatic peptides from guinea pig bone marrow // Biochem. And Biophys. Res. Communs., 1991, vol.180, 1, p.558-565.

84. Hughes A., Yeager M. Coordinated amino acid changes in the evolution of mammalian defensins // J. Mol. Evol., 1997, vol. 44, p.675-682.

85. Hughes A.L. Evolutionary diversification of the mammalian defensins // CMLS. Cell. Mol.Sci., 1999, vol.56, p.94-103.

86. Hultmark D., Steiner H., Rasmuson Т., Boman H. Insect immunity. Purification and properties of three inducible bactericidal proteins from hemolymph of immunized pupae of Hyalophora cecropia // Eur. J. Biochem., 1980, vol.106, p.7-16.

87. Hultmark D. Drosophila immunity: paths and patterns // Curr. Opin. Immun., 2003, vol.15, p.12-19.

88. Ibrahim H. On the novel catalytically-independent antimicrobial function of hen egg-white lysozyme: a conformation-dependent activity II Nahrung, 1998, vol. 42, p. 187-193.

89. Ibrahim H., Matsuzaki Т., Aoki T. Genetic evidence that antibacterial activity of lysozyme is independent of its catalytic function // FEBS Lett., 2001a, vol. 506,1, p. 27-32.

90. Ibrahim H., Thomas U., Pellegrini A. A helix-loop-helix peptide at the upper lip of the active site cleft of lysozyme confers potent antimicrobial activity with membrane permeabilization action // J. Biol. Chem., 2001b, vol. 276, 47, p. 43767-43774.

91. Iwanaga S. The molecular basis of innate immunity in the horseshoe crab // Curr. Opin. Immunol., 2002, vol. 14, p. 87-95.

92. Jones D., Bevins C. Paneth cells of the human small intestine express an antimicrobial peplide gene // J. Biol. Chem., 1992, vol. 267, p. 23216-23225.

93. Jones D. Bevins C. Defensin-6 messenger RNA in human paneth cells implications for antimicrobial peptides in host defense of the human bowel // FEBS Lett., 1993, vol. 315,p. 187-92

94. Kagan В., et al. Antimicrobial defensin peptides form voltage-dependent ion-permeable channels in planar lipid bilayer membranes // Proc.Natl. Acad. Sci., USA, 1990, vol.87,1, p.210-214.

95. Kania A., Natori S. Cloning of gene cluster for sarcotoxin I, antibacterial proteins of Sarcophaga peregrina // FEBS Lett., 1989, vol. 258, p. 199-202.

96. Kim H., Yoon H., Minn I., Park C., Lee W., Zasloff M., Kim S. Pepsin-mediated processing of the cytoplasmic histone H2A to strong antimicrobial peptide buforin I // J. Immunol., 2000, vol. 165, p. 32668—32674.

97. KokryakovV., HarwigS., Panyutich E., ShevchenkoA., AleshinaG., ShamovaO., Korneva E., Lehrer R. Protegrins: leukocyte antimicrobial peptides that combine features of corticostatic defensins and tachyplesins // FEBS Lett.,1993, vol.327, 2, p.231-236.

98. Koszulla R, von Degenfeld G., Kupatt C., Krotz F., Zahler S., et al. An angiogenic role for the human peptide antibiotic LL-37/hCAP-18 // J.Clin.Invest., 2003, vol.111, p.1665-1672.

99. Kragol G., Lovas S., Varadi G., Condie B.A., Hoffmann R., Otvos L. The antibacterial peptide pyrrhocoricin inhibits the ATPase actions of DnaK and prevents chaperone-assisted protein folding // Biochem., 2001, vol.40, p. 3016- 3026.

100. Kuwata H., Yip Т., Tomita M., Hutchens T. Direct evidence of the degranulation in human stomach of an antimicribial peptide domain (lactoferricin) from ingested lactoferrin // Biochim. Biophys. Acta, 1998, vol. 1429, p. 129-141.

101. Lee S., Nakanishi K., Kustin K. The intracellular pH of tunicate blood cells: Ascidia ceratodes whole bood, morula cells, vacuoles and cytoplasm // Biochem. Biophys. Acta, 1990, vol. 1033, p. 311-317.

102. Lee I., Cho Y., Lehrer R. Styelins, broad-spectrum antimicrobial peptides from the solitary tunicate, Styela clava // Сотр. Biochem. Physiol. В., 1997a, vol. 118, p.515-521.

103. Lee I., Zhao C., Cho Y. et al. Clavanins, alpha-helical antimicrobial peptides from tunicate hemocytes // FEBS Lett., 1997b, vol.400, 2, p. 158-162.

104. Lee I.H., Cho Y., Lehrer R.I. Effects of pH and salinity on the antimicrobial properties of clavanins // Infection and Immunity, 1997c, vol.65, 7, p. 2898-2903.

105. Lehrer R., Barton A., Ganz T. Concurrent assessment of inner and outer membrane permeabilization and bacteriolysis in E. coli by multiple-wavelength spectrophotometry //J.Immunol.Methods, 1988, vol.108, p.153-158.

106. Lehrer R., Barton A., Daher K., Harwig S., Ganz Т., Selsted M. Interaction of human defensins with Escherichia coli. Mechanism of bactericidal activity // J.Clin.Invest., 1989, vol.84, 2, p.553-561.

107. Lehrer R., Roseman M., Harwig S., Jackson R., Eisenhauer P. Ultrasensitive assays for endogenous antimicrobial polypeptides // J. Immunol. Meth., 1991b, vol. 137, p.167-173.

108. Lehrer R., Lichtenstein A., Ganz T. Defensins: antimicrobial and cytotoxic peptides of mammalian cells// Annu. Rev. Immunol., 1993, vol.11, p.105-128.

109. Lehrer R., Ganz T. Defensins of vertebrate animals // Curr. Opin. Immun., 2002, vol. 14, p.96-112.

110. Lemaitre В., et al. Drosophila host defense: differential induction of antimicrobial peptide genes after infection by various classes of microorganism // Proc. Natl.Acad. Sci. USA, 1997, vol. 94, p.14614-14619.

111. Leonova L., Kokryakov V., Aleshina G.,Hong Т., Nguyen Т., Zhao C., Waring A., Lehrer R. Circular minidefensins and posttranslational generation of molecular diversity // J. Leukocyte Biol., 2001, vol.70, p. 461- 464.

112. Liechtenstein A. Meshanism of mammalian cell lysis mediated by peptide defensins// J. Clin. Invest., 1991, vol.88, p.93-100.

113. Lichtenstein A. et al., In vitro tumor cell lysis mediated by peptide defensins of human and rabbit granulocytes // Blood,1986, vol.68, p.1407-1410.

114. Linzmeier R., Michaelson D., Liu L., Ganz T. The structure of neutrophil defensin genes // FEBS Lett., 1993, vol. 321, p. 267-277.

115. Ludtke S., He K., Heller W., Harroun Т., Yang L., Huang H. Membrane pores induced by magainin // Biochemistry, 1996, vol. 35, p.13723-13728.

116. MacLeod R. et al. Corticostatic peptide cause nifedipine-sensitive volume reduction in jejunal villus enterocytes // Proc.Natl.Acad.Sci. USA.,1991, vol.88, p.552-556.

117. Maeda H., Matsura S., Yamauchi Y., Ohmori H. Resazurin as an electron acceptor in glucose oxidase-catalyzed oxidation of glucose // Chem. Pharm. Bull., 2001, vol. 49, 5, p. 622-625.

118. Maloy W., Kari U. Structure-activity studies on magainins and other host defence peptides // Biopolimers,1995, vol.37,2, p.105-122.

119. Marks D., Stein E., Cooper E. Chemotactic attraction of Lumbricus terrestris coelomocytes to foreign tissue // Dev. Сотр. Immunol., 1979, vol. 3, p. 277-285.

120. Masschalk В., Van Houdt R., Van Haver G, Michiels C. Inactivation of gram-negative bacteria by lysozyme, denatured lysozyme, and lysozyme-derived peptides under high hydrostatic pressure //Appl. Envir. Microbiol., 2000, vol. 67, 1, p. 339-344.

121. Medzhitov R., et al. A human homologue of the Drosophila Toll protein signals activation of adaptive immunity //Nature, 1997, vol. 388, p.394-397.

122. Merrifield R., Juvadi P, Andreu D, Ubach J, Boman A, Boman H. // Proc Natl Acad Sci USA 1995,92:3449-3453.

123. Meers P. Location of tryptophans in membrane-bound annexins // Biochemistry, 1990, vol. 29, p.3325-3330.

124. Morikawa N., Hagiwara K., Nakajima Т., Brevenin-1 and -2, unique antimicrobial peptides from the skin of the frog Rana brevipoda porsa // Biochem. And Biophys. Res. Communs., vol.1992, vol. 189, p. 184-190.

125. Miyasaki J., Lehrer R. P-sheet antibiotic peptides as potential dental therapeutics // Intern. J. of Antimicr. Agents, 1998, vol.9, p. 269-280.

126. Miyata Т., Tokunaga F., Yoneya T. Et al. Antimicrobial peptides, isolated from horseshoe crab hemocytes tachyplesin II, polyphemusins I and II: chemical structure and biological activity // J.Biochem., 1989, vol.104, p.663-668.

127. Moon H., Lee S., Kurata S. Et al. Purification and molecular cloning of cDNA for an inducible antibacterial protein from larvae of the Coleopteran, Tenebrio molitor // J.Biochem., 1994, vol.116, 1, p.53-58.

128. Okada M, Natori S. Mode of action of a bactericidal protein in the hemolymph of Sarcophaga peregrina (flesh-fly) larvae // Biochem. J., 1984, vol.222, p.l 19-124.

129. Nakamura Т., Furunaka H., Miyata T. Et al. Tachyplesin, a class of antimicrobial peptide from the hemocytes of the horseshoe crab (Tachypleus tridentatus) // J.Biol.Chem., 1988, vol.263, p.16709-16713.

130. Nguen Т., Cole A., Lehrer R. Evolution of primate O-defensins: a serpentine path to a sweet tooth // Peptides, 2003, vol. 24, p. 1647-1657

131. Nikaido, H., Vaara M. Molecular basis of bacterial outer membrane permeability // Microbiol. Rev., 1985, vol. 49, p. 1-32.

132. Niyonsaba F., Ogawa H., Nagaoka I. Human 6-defensins-2 functions as a chemotactic agent for tumor necrosis factor-a-treated human neutrophils // Immunology, 2004, vol. Ill, p.273-281.

133. Pace N, Najdos F., Fee L., Grimsley G., Gray T. How to measure and predict the molar absorption coefficient of a protein // Protein science, 1995, vol.4, p. 2411-2423.

134. Pan W., Liu X., Ge F., Han J., Zheng T. Perinerin, a novel antimicrobial peptide purified from the clamworm Perinereis aibuhitensis grube and its partial characterization // J. Biochem., 2004, vol.135,3, p. 297-304.

135. Panyim S, Chalkley R. High resolution acrylamide gel electrophoresis of histones // Arch. Biochem. Biophys, 1969, vol.130, 2, p.337-346.

136. Panyutich A, Ganz T. Activated alpha 2-Macroglobulin is a principal defensin-binding protein // Amer.J.Respirat.Cell and Molec.Biol., 1991, N5, p.101-106.

137. Park C., Kim H., Kim S. Mechanism of action of the antimicrobial peptide buforin II: buforin II kills microorganisms by penetrating the cell membrane and inhibiting cellular functions // Biochem. Biophys. Res. Commun., 1998, vol. 244, p.253-257.

138. Park I.Y., Park C.B., Kim M.S., Kim S.C. Parasin I, an antimicrobial peptide derived from histone H2A in the catfish, Parasilurus asotus // FEBS Letters, 1998, vol. 437, p. 258-262.

139. Patrzykat A., Zhang I., Mendoza I., Iwamaga I., Hancock R. Synergy of Histone-Derived Peptides of Coho Salmon with Lysozyme and Flounder Pleurocidin // Antimicrobial Agents and Chemotherapy,2001, vol. 45, 5, p. 1337-1342.

140. Peschel A„ Vuong C., Otto M., Gotz F. The D-alanine residues of Staphylococcus aureus teichoic acids alter the susceptibility to vancomycin and the activity of autolytic enzymes // Antimicrob. Agents Chemother., 2000, vol. 44, p.2845- 2847.

141. Qu X., et al. Secretion of type II phospholipase A2 and cryptidin by rat small intestinal Paneth cells/infect. Immun., 1996, vol. 64, p.5161-5165.

142. Raj P., Dentino A.Current status of defensins and their role in innate and adaptive immunity // FEMS microbiol. lett., 2002, vol.206, p.9-18.

143. Rice W., et al. Defensin-rich dense granules of human neutrophils // Blood, 1987, vol.70,3, p.757-765.

144. Rock F., et al. A family of human receptors structurally related to Drosophila Toll // Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1998, vol.95, p.588-593.

145. Romeo D., Skerlavaj В., Bolognesi M., Gennaro R. Structure and bactericidal activity of an antibiotic dodecapeptide purified from bovine neutrophils//J.Biol.Chem., 1988, vol.263, 20, p.9573-9575.

146. Rose F., Bailey K., KeyteJ., Chan W., Greenwood D., Mahida Y. Potential Role of Epithelial Cell-Derived Histone HI Proteins in Innate Antimicrobial Defense in the Human Gastrointestinal Tract//Inefct. Immun., 1998, vol. 66, 7, p. 3255-3264.

147. Rozek A, Friedrich C., Hancock R. Structure of the bovine antimicrobial peptide indolicidin bound to dodecylphosphocholine and sodium dodecyl sulfate micelle // Biochemistry, 200, vol. 39, p. 15765-15774.

148. Sai K. et al. Tigerenins: novel antimicrobial peptides from the Indian frog Rana tigerina // J. Biol. Chem., 2001, vol. 276, p. 2701-2707.

149. Samakovlis C, et al. The andropin gene and its product, a male-specific antibacterial peptide in Drosophila melanoguster // EMBO J., 1991., vol.10, p. 163-169.

150. Sanchez-Pulido L., Devos D., Valencia A. BRICHOS: a conserved domain in proteins associated with dementia, respiratory distress and cancer// Trends in Biochemical Sciences, 2002, vol. 27, p. 329-332.

151. Sawyer J., Martin N.,Hancock R.Interaction of macrophage cationic protein with the outer membrane of Pseudomonas aeruginosa // Infect. And Immun.,1998, vol.56, 3, p.693-698.

152. Schagger H, Von Jagow G: Tricine sodium dodeculsulphate - polyacrilaaamide gel electrophoresis for the separation of proteins in the range from 1-100 kDa // Ana. Biochem. 1987, vol 166, p.368-379.

153. Scott M., Hancock R. Cationic antimicrobial peptides and their multifunctional role in the immune system // Critical reviews in immunology, 2000, vol. 20, p. 407—431.

154. Selsted M., Szklarek D, Lehrer R. Purification and antibacterial activity of antimicrobial peptides of rabbit granulocytes // Infect. Immun., 1984, vol. 45, p. 150-154.

155. Selsted M., Novotny M., Morris W. et al. Indolicidin, a novel bactericidal tridecapeptide amide from neutrophils // J.Biol.Chem., 1992b., vol.267, p.4292-4295.

156. Selsted M., Tang Y., Morris W. et al. Purification, primary structures, and antibacterial activity of p-defensins,a new family of antimicrobial peptides from bovine neutrophils // J.Biol.Chem., 1993, vol.268, 9, p.6641-6648.

157. Shai Y., Oren Z. From "carpet" mechanism to de-novo designed diastereomeric cell-selective antimicrobial peptides // Peptides, 2001, vol. 22, 10, p. 1629-1641.

158. Shai Y. Mode of action of membrane active antimicrobial peptides // Biopolimers, 2002, vol.66, p. 236-248.

159. Shi J., Ganz T. The role of protegrins and other elastase- activated polypeptides in the bactericidal properties of porcine inflammatory fluids // Infect. Immun., 1998, vol. 66, 8, p. 3611-3617.

160. Shiloh M., Ruan J., Nathan C. Evaluation of bacterial survival and phagocyte function with a fluorescence-based microplate assay // Infect. Immun., 1997, vol. 65, 8, p. 3193-3198.

161. Silverman N, ManiatisT. NF-B signaling pathways in mammalian and insect innate immunity // Genes and Development, 2001, vol. 15,18, p. 2321-2342.

162. Simmaco M., Mignogna G., Barra D., Bossa F. Novel antimicrobial peptides from skin secretion of the European frog Rana esculenta//FEBS Lett., 1993, vol. 324, p.159-161.

163. Singh A., Bateman A., Zhu Q. et al.Structure of novel human granulocytic peptide with anti ACTH activity // Biochem. And Biophys. Res. Communs., 1998, vol.155,1, p.524-529.

164. Sitaram N., Nagarai R. Interaction of the 47-residue antibacterial peptide seminaplasmin and its 13-residue fragment which has antibacterial and hemolytic activities with model membranes // Biochemistry, 1993,vol.32, p.3124-3130.

165. Skerlavaj В., Romeo D., Gennaro R. Rapid Membrane Permeabilization and Inhibition of Vital Functions of Gram-Negative Bacteria by Bactenecins // Infection and Immunity, 1990, vol. 58, 7, p. 3724-3730.

166. Staubitz P., Peschel A., Nieuwenhuizen W.F., Otto M., Gotz F., Jung G„ Jack R.W. // J. Pept. Sci., 2001, vol. 7, p. 552-554.

167. Stein E.,Cooper E. Inflammatory responses in Annelids // Amer. Zool., 1983, vol.23, p.145-156.

168. Steiner H, Hultmark D, Engstrom A. Et al.Sequence and specificity of two antibacterial proteins involved in insect immunity // Nature, 1981, vol.292, p.246-248.

169. TamJ., WuC., Yang J. Membranolytic selectivity of cystine-stabilized cyclic protegrins // Eur. J. Biochem., 2000, vol. 267, p.3289-3300.

170. Tamamura H., et al. Synyhesis of protegrin related peptides and their antimicrobial and anti-human immunodeficiency virus activity // Chem. Pharm. Bull., 1995, vol. 43, p.853-858.

171. Tanaka K., Fujimoto Y., Suzuki Y., Ohtake Т., Saito H., Kohgo Y. PI3-kinase p85alpha is a target molecule of proline-rich antimicrobial peptide to suppress proliferation of ras-transformed cells // Jpn. J. Cancer Res., 2001, vol.92, p.959-967.

172. Tang Y., Yuan J., Osapay G., Osapay K., Tran D., Miller D., Quellette A., Selsted M. A cyclic antimicrobial peptide produced in primate leukocytes by ligation of two truncated a-defensins//Science, 1999, vol.286, p.498-502.

173. Taylor S., Craig A., Fischer W., Park M., Lehrer R. Styelin D, an extensively modified antimicrobial peptide from ascidian hemocytes // J. Biol. Chem., 2000, vol. 275, 49, p. 38417-38426.

174. Territo M., Ganz Т., Selsted M., Lehrer R. Monocyte chemotactic activity of defensins from human neutrophils // J. Clin. Invest., 1989, vol. 84, p.2017-2023.

175. Tran D., Tran P.A., Tang Y.-Q. Et al. Homodimeric 9-defensins from Rhesus macaque leukocytes //J.of Biol. Chem., 2001, vol.277, 5, p.3079-3084.

176. Vizioli J., Salzet M. Antimicrobial peptides versus parasitic infections? // Trends in parasitology, 2002, vol. 18,11, p.475-476.

177. Vunnam S., Juwadi P., Merrifield R. Synthesis and antibacterial action of cecropin and proline-arginine-rich peptides from pig intestine // J. Pept. Res., 1997,vol. 49, p. 59-66.

178. Wade D., Boman A, Wahlin В., Drain C., Andreu D., Boman H., Merrifield R. All D-amino acid-containing channel-forming antibiotic peptides// Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1990, vol. 87,p.4761-4765.

179. Wang W., Cole A., Hong T et al. Retrocyclin? An antiretroviral 9-defensin, is a lectin // J. Immunol., 2003, vol.170, p.

180. Wang Y., Griffiths J., Jornval H., Agerberth В., Johansonn J. Antibacterial peptides in stimulated human granulocytes. Characterization of ubiquitinated histone HI A// Eur. J. Biochem., 2002, vol. 269, p. 512-518.

181. Wang X., Wang X., Zhang Y., Qu X., Yang S. An antimicrobial peptide of the earthworm Pheretima tschiliensis: cDNA cloning, expression and immunolocalization // Biotechnology Lett., 2003, vol.25, p. 1317-1323.

182. Weber K., Osborn H. The rebiliaty of molecular weight determination by dodecylsulfate-polyacrilamide gel electrophoresis // J Biol Chem 1969, vol. 244,16, p.4406-4412.

183. Werling D., Jungi T. TOLL-like receptors linking innate and adaptive immune response // Veter. Immunobiol. and Immunopath., 2003, vol. 91, p. 1-12.

184. White H S, Wimley W.C., Selsted M.E. Structure, function and membrane integration of defensins // Curr. Opin. In Structural Biology, 1995, vol. 5, p.521-527.

185. Wilson C., Ouellette A., Satchell D., Aybe Т., Lopez-Boado Y. Regulation of intestinal a-defensin activation by the metalloproteinase matrilysin in innate host defense. // Science, 1999, vol. 286, p.113-117.

186. Wolf A. Critical reappraisal of Waddell's technique for ultraviolet spectrophotometric protein estimation //Anal. Biochem., 1983, vol.129, lp. 145-155.

187. Wray W., Boulikas Т., Wray V., Hancock R: Silver staining of proteins in polyacrylamide gels// Anal. Biochem., 1981, vol. 5, р.118:197.

188. Wu M., Hancock R. Improved Derivatives of Bactenecin, a cyclic dodecameric antimicrobial cationic peptide // Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 1999, vol.43, 5, p. 1274-1276

189. Wu M., Maier E., Benz R., Hancock R. Mechanism of interaction of different classes of cationic antimicrobial peptides with planar bilayers and with the cytoplasmic membrane of Escherichia coli// Biochemistry, 1999, vol.38, p.7235-7242.

190. Xanthopoulos K., Lee J., et al. The structure of the gene for cecropin B, an antibacterial immune protein from Hyalophora cecropia // Eur. J. Biochem., 1988, vol. 172, p.371-376.

191. Yan H., Hancock E. Synergistic interactions between mammalian antimicrobial defense peptides // Antimicrobial Agents and Chemotherapy, 2001, vol.45, 5, p.1558-1560.

192. Yang L., Weiss Т., Lehrer R., Huang H. Crystallization of Antimicrobial Pores in Membranes: Magainin and Protegrin // Biophys. J., 2000, vol. 79, 4, p. 2002-2009.

193. Yang D., Biragin A., Hoover D. M, Lubkowski J., Oppenheim J. Multiple roles of antimicrobial defensins, cathelicidins, and eosinophil-derived neurotoxin in host-defense // Ann.Rev.Immunol., 2004, vol.22, p.06.1-06.35.

194. Yasin В., Pang M., Lehrer R. et al. Activity of Novispirin G-10, a novel antimicrobial peptide against Chlamydia trachomatis and vaginosis-associated bacteria // Exper. And Molec. Pathol., 2003, vol. 74, p. 190-195.

195. Yeaman M., Yount N. Mechanisms of antimicrobial peptide action and resistance // Pharmocol. Rev., 2003, vol.55,1, p.27-55.

196. Yu Q., Lehrer R., Tam J. Engineered Salt-insensitive a-Defensins with End- to-end Circularized Structures//Biol Chem, 2000, vol. 275, 6, p.3943-3949.

197. Zaiou M., Gallo R. L. Cathelicidins, essential gene-encoded mammalian antibiotics // J. Mol. Med., 2002, vol.80, p. 549-561.

198. Zannetti M., Gennaro R., Romeo D. Cathelicidins: a novel protein family with a common proregion and a variable C-terminal antimicrobial domain // FEBS Lett, 1995, vol. 374, p. 1-5.

199. Zang L., Rozek A., Hancock E. Interaction of cationic antimicrobial peptides with model membranes // J. of Biol. Chem., 2001, vol.276,21, p.35714-35722.

200. Zhang L., Scott M., Yan H., Mayer L., Hancock R. Interaction of Polyphemysin I and Structural analogs with bacterial membranes, lipopolysaccharide, and lipid monolayers // Biochemystry, 2000, vol.39, p. 14504-14514.

201. Zasloff M. Magainins, a class of antimicrobial peptides from Xenopus skin: isolation, characterization of two active forms and partial с DNA sequence of a precursor // Proc.Natl. Acad.Sci USA, 1987, vol.84, p.5449-5453.

202. Zasloff M. Antimicrobial peptides of multicellular organisms // Nature, 2002, vol.415, p.389-395.

203. ZeyaH., Spitznagel J. Antibacterial and enzymatic basic protein from leukocyte lysosomes: separation and identification // Science,1963, vol.142, p.1085-1087.

204. ZeyaH., Spitznagel J. Antimicrobial specificity of leukocyte lysosomal cationic proteins // Science, 1966, vol.154, p. 1049-1051.

205. Zhang L., Rozek A., Hancock R. Interaction of cationic antimicrobial peptides with model membranes // J. of Biol. Chem., 2001,vol. 276, 38, p. 35714-35722.

206. Zhang H., Kato Y. Common structural propeties specifically found in the CSaP-type antimicrobial peptides in nematodes and mollusks: evidence for the same evolutionary origin? // Develop, and Compar. Immun., 2003, vol.27, p. 499-503.

207. Zimmerman G., et al., Solution structure of bovine B-defensin-12: the peptide fold of the B-defensins is identical to that of the classical defensins // Biochemistry, 1995, vol.34,p. 13663-13671.

208. Zucht H., Raida M., Adermann K., Magert H., Forssmann W. Casocidin-I: a casein-alpha s2 derived peptides exhibits antibacterial activity // FEBS Lett., 1995, vol. 372, p.185-188.

Информация о работе
  • Краснодембская, Анна Дмитриевна
  • кандидата биологических наук
  • Санкт-Петербург, 2005
  • ВАК 03.00.04
Диссертация
Изучение антимикробных пептидов из целомоцитов пескожила Arenicola marina L. - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно
Автореферат
Изучение антимикробных пептидов из целомоцитов пескожила Arenicola marina L. - тема автореферата по биологии, скачайте бесплатно автореферат диссертации
Похожие работы