组氨酸引入对抗菌肽的生物活性、构效关系及肽与金属离子相互作用的影响
发布时间：2021-09-30 14:40
目前,耐药菌已成为严重威胁人们健康和生命的严重临床问题,抗菌肽（AMPs）被认为是常规抗生素对抗耐药菌威胁的潜在替代物。自然界中大多数阳离子抗菌肽不含组氨酸,只有部分含有组氨酸,而组氨酸的侧链咪唑基团往往使得这些抗菌肽具有与含其它阳离子氨基酸不同的性质,如易受金属离子的影响等。然而,组氨酸对阳离子抗菌肽结构、功能的影响还不是很清楚。因此,本研究拟以两种天然阳离子抗菌肽Polybia-MPI（MPI）和Protonectin（Pro）为研究对象,探究将组氨酸引入天然的、不含组氨酸的阳离子抗菌肽中而对抗菌肽的活性、构效关系、稳定性、毒性及肽对金属离子的响应等的影响。MPI和Pro分别是从社会性黄蜂Polybia paulista、Agelaia pallipes pallipes的毒液中分离出来的阳离子抗菌肽,具有较好的抗细菌、抗真菌活性和较低的细胞毒性,其中MPI序列中含三个赖氨酸,Pro的序列中含有一个赖氨酸。首先我们探讨了用组氨酸全部替换赖氨酸对MPI的抗菌活性、稳定性、二级结构、细胞毒性和细胞选择性的影响。研究发现,与MPI相比,His-Polybia-MPI（HMPI）只表现与M...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
抗菌肽的生物学功能（图片引自[51]）
兰州大学博士研究生学位论文组氨酸引入对抗菌肽的生物活性、构效关系及肽与金属离子相互作用的影响7成桶形通道，例如alamethicin[72]、pardaxin[73,74]和protegrins[20]。在环形孔模型中，肽段垂直插入脂质双层中，但不存在特定的肽-肽相互作用[75]。肽诱导脂质双层的局部弯曲，其孔的一部分由肽形成，而一部分由磷脂头基形成（图1.2），动态和短暂的脂肽超分子被称为“环孔”。与桶形孔相比，该模型的显著特征是双分子层的排列：在桶形孔中，脂质的疏水性和亲水性排列得以维持，而在环形孔中，双分子层的疏水性和亲水性排列被破坏。由于孔在分解时是瞬时的，一些肽易位到内质单层，进入细胞质并可能靶向细胞内组分[76]。环形孔的其他特征包括离子选择性和离散尺寸[38]。研究发现，许多AMPs会形成环形孔，例如magainin2[77]、lacticinQ[77]、aurein2.2[78]和melittin[75,77]。图1.2抗菌肽的三种膜渗透模型（图片引自[79]）AMPs也可以在膜上不形成特定孔的情况下起作用，地毯模型是其典型代表[38,53,77]（图1.2）。AMPs平行于脂质双层吸附并达到阈值浓度以覆盖膜表面，从而形成“地毯”，产生类似洗涤剂的作用，膜的完整性丧失，其最终通过形成胶束而使膜裂解，膜双层结构最终塌陷成胶束。地毯模型不需要膜结合的肽单体的特定的肽-肽相互作用，也不需要肽插入疏水核心形成跨膜通道或特定的肽结构[38]。通过地毯模型起作用的AMPs包括cecropin[80]、indolicidin[31]、aurein1.2[81]和LL-37[53]。除了上述模型外，还有其他相关模型，例如Shai-Huang-Matsazuki模型，界面活性模型和电穿孔模型[77]。有人提出，类似地毯的机制是环形孔模型的先决条件[77]。使用成像技术已经针对细菌细胞膜研究了几种AMPs的作用机理
兰州大学博士研究生学位论文组氨酸引入对抗菌肽的生物活性、构效关系及肽与金属离子相互作用的影响10图1.3AMPs细胞选择性的分子基础（图片引自[114]）AMPs的阳离子性质有助于细胞选择性[115]，因为细菌细胞膜的表面比哺乳动物细胞膜带更多的负电荷（图1.3）。细菌的细胞膜富含酸性磷脂，例如磷脂酰甘油和心磷脂。在极端情况下，磷脂酰甘油约占表皮葡萄球菌内膜磷脂的90％。具有较高负电荷脂质水平的细菌对magainin更敏感[108]。细菌细胞壁还包含阴离子分子，例如革兰氏阴性细菌细胞外膜中的脂多糖（LPS）和革兰氏阳性细菌肽聚糖中的磷壁酸。相反，在哺乳动物细胞中，酸性磷脂通常位于质膜的内部单层中（图1.3）[116]。外部单层主要由两性离子磷脂酰胆碱和鞘磷脂组成，而带负电荷的神经节苷脂以次要成分存在。最近，李等人的研究结果表明神经节苷脂在buforinIIb肽进入细胞内的过程中起关键作用[117]。两亲性肽的疏水表面与细胞表面上的两性离子磷脂之间的疏水相互作用在AMPs与哺乳动物细胞膜的相互作用中起主要作用。许多生物物理研究都支持这一概念，例如溶血肽与磷脂酰胆碱具有很强的相互作用，而非溶血肽则没有[42,118-120]。近来，已经有人建议将阴离子硫酸化的糖胺聚糖（例如硫酸乙酰肝素）用作富含Arg并可穿透细胞的肽进入细胞的分子门户[121]。具有多个Arg残基的AMPs可以通过糖胺聚糖途径进入细胞内。据报道，缺少精氨酸的magainin不与硫酸化的糖胺聚糖相互作用[122]。除了细胞表面电荷以外，还有一些因素也有助于抗菌肽的细胞选择性[123]，例如，哺乳动物细胞中稳定膜的胆固醇可保护细胞免受AMPs的攻击。内部负跨膜电位能通过促进带正电荷的肽插入膜而使膜通透性改
本文编号：3416073
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：124 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
抗菌肽的生物学功能（图片引自[51]）
兰州大学博士研究生学位论文组氨酸引入对抗菌肽的生物活性、构效关系及肽与金属离子相互作用的影响7成桶形通道，例如alamethicin[72]、pardaxin[73,74]和protegrins[20]。在环形孔模型中，肽段垂直插入脂质双层中，但不存在特定的肽-肽相互作用[75]。肽诱导脂质双层的局部弯曲，其孔的一部分由肽形成，而一部分由磷脂头基形成（图1.2），动态和短暂的脂肽超分子被称为“环孔”。与桶形孔相比，该模型的显著特征是双分子层的排列：在桶形孔中，脂质的疏水性和亲水性排列得以维持，而在环形孔中，双分子层的疏水性和亲水性排列被破坏。由于孔在分解时是瞬时的，一些肽易位到内质单层，进入细胞质并可能靶向细胞内组分[76]。环形孔的其他特征包括离子选择性和离散尺寸[38]。研究发现，许多AMPs会形成环形孔，例如magainin2[77]、lacticinQ[77]、aurein2.2[78]和melittin[75,77]。图1.2抗菌肽的三种膜渗透模型（图片引自[79]）AMPs也可以在膜上不形成特定孔的情况下起作用，地毯模型是其典型代表[38,53,77]（图1.2）。AMPs平行于脂质双层吸附并达到阈值浓度以覆盖膜表面，从而形成“地毯”，产生类似洗涤剂的作用，膜的完整性丧失，其最终通过形成胶束而使膜裂解，膜双层结构最终塌陷成胶束。地毯模型不需要膜结合的肽单体的特定的肽-肽相互作用，也不需要肽插入疏水核心形成跨膜通道或特定的肽结构[38]。通过地毯模型起作用的AMPs包括cecropin[80]、indolicidin[31]、aurein1.2[81]和LL-37[53]。除了上述模型外，还有其他相关模型，例如Shai-Huang-Matsazuki模型，界面活性模型和电穿孔模型[77]。有人提出，类似地毯的机制是环形孔模型的先决条件[77]。使用成像技术已经针对细菌细胞膜研究了几种AMPs的作用机理
兰州大学博士研究生学位论文组氨酸引入对抗菌肽的生物活性、构效关系及肽与金属离子相互作用的影响10图1.3AMPs细胞选择性的分子基础（图片引自[114]）AMPs的阳离子性质有助于细胞选择性[115]，因为细菌细胞膜的表面比哺乳动物细胞膜带更多的负电荷（图1.3）。细菌的细胞膜富含酸性磷脂，例如磷脂酰甘油和心磷脂。在极端情况下，磷脂酰甘油约占表皮葡萄球菌内膜磷脂的90％。具有较高负电荷脂质水平的细菌对magainin更敏感[108]。细菌细胞壁还包含阴离子分子，例如革兰氏阴性细菌细胞外膜中的脂多糖（LPS）和革兰氏阳性细菌肽聚糖中的磷壁酸。相反，在哺乳动物细胞中，酸性磷脂通常位于质膜的内部单层中（图1.3）[116]。外部单层主要由两性离子磷脂酰胆碱和鞘磷脂组成，而带负电荷的神经节苷脂以次要成分存在。最近，李等人的研究结果表明神经节苷脂在buforinIIb肽进入细胞内的过程中起关键作用[117]。两亲性肽的疏水表面与细胞表面上的两性离子磷脂之间的疏水相互作用在AMPs与哺乳动物细胞膜的相互作用中起主要作用。许多生物物理研究都支持这一概念，例如溶血肽与磷脂酰胆碱具有很强的相互作用，而非溶血肽则没有[42,118-120]。近来，已经有人建议将阴离子硫酸化的糖胺聚糖（例如硫酸乙酰肝素）用作富含Arg并可穿透细胞的肽进入细胞的分子门户[121]。具有多个Arg残基的AMPs可以通过糖胺聚糖途径进入细胞内。据报道，缺少精氨酸的magainin不与硫酸化的糖胺聚糖相互作用[122]。除了细胞表面电荷以外，还有一些因素也有助于抗菌肽的细胞选择性[123]，例如，哺乳动物细胞中稳定膜的胆固醇可保护细胞免受AMPs的攻击。内部负跨膜电位能通过促进带正电荷的肽插入膜而使膜通透性改
本文编号：3416073
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