Peptyd LL-37 (17-29)

[Dr. Wen Mei]

 demonstrujemy samoorganizację przeciwdrobnoustrojowego ludzkiego rdzenia aktywnego LL-37 (pozostałości 17-29) w białkową włókienkę gęsto upakowanych helis. Powierzchnia włókna szklanego obejmuje naprzemienne hydrofobowe i dodatnio naładowane zygzakowate pasy, które prawdopodobnie leżą u podstaw interakcji i późniejszego zakłócenia ujemnie naładowanych dwuwarstw lipidowych, takich jak błony bakteryjne. LL-3717–29 Odpowiednio tworzy szerokie, wstążkowe, termostabilne włókna w roztworze, które współlokalizują się z komórkami bakteryjnymi. Analizy mutagenezy sterowane strukturą potwierdzają rolę samoorganizacji w aktywności przeciwbakteryjnej. LL-3717–29 przypomina, w sekwencji i zdolności do tworzenia amfipatycznych włókienek helikalnych, bakteryjny cytotoksyczny peptyd PSMα3, który łączy się w krzyżowe włókna amyloidowe α. Dowodzi to spiralnych, samoorganizujących się, podstawowych elementów budulcowych w królestwach życia i wskazuje na potencjalne strukturalne mechanizmy mimikry. Odkrycia ujawniają białko włókienkowe, które wykonuje aktywność biologiczną i oferują rusztowanie dla funkcjonalnych i trwałych biomateriałów do szerokiego zakresu zastosowań medycznych i technologicznych.

Wprowadzenie
Łączenie podstawowych cząsteczek biologicznych w struktury nitkowate zapewnia szerokie możliwości projektowania materiałów inspirowanych biologicznie do zastosowań medycznych i technologicznych1,2,3,4,5,6,7,8. Jednym z takich zastosowań jest zaspokojenie pilnej potrzeby zwalczania agresywnych mikroorganizmów, oporności, infekcji za pomocą materiałów, które umożliwiają biodostępność doustną, stabilność w trudnych warunkach i długi okres przydatności do spożycia. Peptydy przeciwdrobnoustrojowe (AMP) są kanonicznymi składnikami wrodzonego układu odpornościowego wielu organizmów9. Samoorganizacja AMP ma znaczenie funkcjonalne i może zwiększyć aktywność przeciwdrobnoustrojową10. Niektóre AMP łączą się w dobrze uporządkowane włókna, które przypominają amyloidy11,12,13,14, o których wiadomo, że tworzą włókna krzyżowe β złożone ze ściśle powiązanych arkuszy β i są związane z chorobami neurodegeneracyjnymi i ogólnoustrojowymi15,16. Odpowiednio, ostatnie dowody na właściwości przeciwdrobnoustrojowe wśród niektórych ludzkich amyloidów sugerują potencjalną fizjologiczną rolę białek znanych jako patologiczne17,18,19,20,21.

Nasze wcześniejsze odkrycia wykazały migotanie amyloidu krzyżowo α cytotoksycznego peptydu moduliny α3 (PSMα3) rozpuszczalnego w fenolu wydzielanego przez patogenną bakterię Staphylococcus aureus22,23. Włókna te składają się wyłącznie z α-helis, które układają się prostopadle do osi włókienkowej w połączone "arkusze", tak jak β-nici łączą się w włókna krzyżowe β amyloidu24. PSMα3 jest toksyczny dla ludzkich komórek, a niektóre z jego obcięć i mutantów wykazują działanie przeciwbakteryjne25,26,27. Ogólnie rzecz biorąc, PSMα3 zapewnia związek między toksyczną aktywnością przeciwko komórkom ludzkim i bakteryjnym a unikalnymi spiralnymi włóknami amyloidowymi22,23. Co więcej, architektura ta oferuje rusztowanie do projektowania różnych nanostruktur supramolekularnych1,8. Chociaż pochodzą z różnych organizmów, PSMα3 wykazują podobieństwo sekwencji do ludzkiego LL-37 (hLL-37) (ryc. uzupełniający. 1), produkt rozkładu białek hCAP-18, który odgrywa ważną rolę w pierwszej linii obrony przed patogenami28, który jest również znany z samodzielnego składania się29,30. Migotanie LL-37 stwierdzono jako krytyczne dla wiązania DNA i wpływania na receptory w układzie odpornościowym31. Zarówno PSMα3, jak i hLL-37 są rozszczepiane in vivo na aktywne obcięcia o różnych aktywnościach32,33,34,35,36. Niektóre fragmenty hLL-37 wykazują zróżnicowany wachlarz selektywności wobec szczepów drobnoustrojów i dodatkowe funkcje w układzie odpornościowym34,37,38. Proteazy bakteryjne mogą również rozszczepiać LL-37, przypuszczalnie w celu degradacji lub uwolnienia czynników wirulencji36. Tutaj wykazujemy, że aktywny peptyd rdzeniowy hLL-37, zawierający reszty 17-19 (hLL-3717–29), utworzył nadhelikalne, wysoce stabilne włókna, które oddziałują z komórkami bakteryjnymi. Mutageneza sterowana strukturą wspierała prawdopodobny aktywny układ włókienkowy.