برهم‌کنش بین پپتید ضدمیکروبی ‌پارداکسین با غشای D‌PPC ‎‌ به کمک ‌شبیه‌سازی دینامیک مولکولی

نویسندگان

1 گروه میکروب‌شناسی، دانشکده پزشکی، دانشگاه علوم پزشکی شهید بهشتی، ‌تهران، ایران ‌

2 گروه زیست‌شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ‌ایران ‌

3 گروه مهندسی علوم زیستی، دانشکده علوم و فنون نوین، دانشگاه تهران، تهران، ‌ایران

4 گروه زیست‌شناسی، دانشکده علوم پایه، دانشگاه شهید مدنی آذربایجان، تبریز، ‌ایران

چکیده
اهداف: به‌دلیل ظهور مقاومت‌های دارویی در سلول‌های سرطانی علیه داروهای رایج، امروزه توجه زیادی به توسعه داروهای ضدسرطان با مکانیزم‌های عملکرد جدید معطوف شده است. پارداکسین یک پلی‌پپتید نوروتوکسیک با خاصیت دوگانه‌دوستی است. هدف تحقیق حاضر بررسی برهمکنش پپتید ضدمیکروبی پارداکسین با غشای دولایه DPPC (متشکل از ۱و۲- دی‌پالمیتوئیل-اس‌ان-گلیسرو-۳-فسفاکولین) مدل با استفاده از شبیه‌سازی‌های دینامیک مولکولی بود.

مواد و روش‌ها: در مطالعه شبیه‌سازی حاضر شبیه‌سازی‌ها برای محیط‌های غشایی مختلف تحت شرایط pH خنثی طراحی شد. ابتدا سیستم عامل لینوکس برای نصب نرم‌افزار گرافیکی VMD ۱.۸.۶ (دینامیک مولکولی ویژوال) به ‌کار رفت. سپس نرم‌افزار گرومکس ۴.۵.۵ برای انجام همه شبیه‌سازی‌ها استفاده شد. ساختار pdb پپتید مورد نظر (۱XC۰) از بانک اطلاعاتی پروتئین تهیه شد و در شبیه‌سازی پپتید- لیپید از دولایه لیپیدی DPPC استفاده شد.

یافته‌ها: در مدت ۵۰۰نانوثانیه شبیه‌سازی، پپتید به داخل غشا نفوذ کرد. در سیستم DPPC تعداد پیوندهای هیدروژنی بین پپتید و دولایه لیپیدی ابتدا افزایش پیدا کرد و سپس تا پایان شبیه‌سازی تقریباً ثابت باقی ماند و متناسب با تعداد پیوندهای هیدرژنی بین پپتیدها و آب به‌مرور زمان کاهش پیدا کرد. پارداکسین با سطح غشا تماس و به غشا وارد شد. در حضور پپتید، ضخامت غشا و محدوده هر لیپید کاهش ولی ضریب نفوذ غشا افزایش یافت.

نتیجه‌گیری: مکانیزم عمل پارداکسین به ساختار دولایه غشایی وابسته است، به‌طوری که پپتید پارداکسین با سطح غشای دولایه لیپیدی DPPC تماس و به آن وارد می‌شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


Sorensen OE. Antimicrobial peptides in cutaneous wound healing. In: Antimicrobial peptides: Role in ‎human health and disease. Harder J, Schröder JM. Berlin: Springer International Publishing; 2016. pp. 1-15.‎ [Link] [DOI:10.1007/978-3-319-24199-9_1]
Gaspar D, Veiga AS, Castanho MA. From antimicrobial to anticancer peptides. A review. Front Microbiol. ‎‎2013;4:294.‎ [Link]
O'Connor S, Szwej E, Nikodinovic-Runic J, O'Connor A, Byrne AT, Devocelle M, et al. The anti-cancer activity ‎of a cationic anti-microbial peptide derived from monomers of polyhydroxyalkanoate. Biomaterials. ‎‎2013;34(11):2710-8.‎ [Link]
Von Deuster CI, Knecht V. Antimicrobial selectivity based on zwitterionic lipids and underlying balance of ‎interaction. Biochimi Biophys Acta. 2012;1818(9):2192-201.‎ [Link] [DOI:10.1016/j.bbamem.2012.05.012]
Li Y, Xiang Q, Zhang Q, Huang Y, Su Z. Overview on the recent study of antimicrobial peptides: Origins, ‎functions, relative mechanisms and application. Peptides. 2012;37(2):207-15.‎ [] [DOI:10.1016/j.peptides.2012.07.001]
Chen C, Hu J, Zeng P, Pan F, Yaseen M, Xu H, et al. Molecular mechanisms of anticancer action and cell ‎selectivity of short α-helical peptides. Biomaterials. 2014;35(5):1552-61.‎ [Link]
Mihajlovic M, Lazaridis T. Charge distribution and imperfect amphipathicity affect pore formation by ‎antimicrobial peptides. Biochim Biophys Acta. 2012;1818(5):1274-83.‎ [Link] [DOI:10.1016/j.bbamem.2012.01.016]
Rahmanpour A, Ghahremanpour MM, Mehrnejad F, Moghaddam ME. Interaction of Piscidin-1 with ‎zwitterionic versus anionic membranes: A comparative molecular dynamics study. J Biomol Struct Dyn. ‎‎2013;31(12):1393-403.‎ [Link] [DOI:10.1080/07391102.2012.737295]
Fjell CD, Hiss JA, Hancock RE, Schneider G. Designing antimicrobial peptides: Form follows function. Nat ‎Rev Drug Discov. 2011;11(1):37-51.‎ [Link]
Hilchie AL, Wuerth K, Hancock RE. Immune modulation by multifaceted cationic host defense ‎‎(antimicrobial) peptides. Nat Chem Biol. 2013;9(12):761-8.‎ [Link] [DOI:10.1038/nchembio.1393]
Yedery RD, Jerse AE. Augmentation of cationic antimicrobial peptide production with histone deacetylase ‎inhibitors as a novel epigenetic therapy for bacterial infections. Antibiotics (Basel). 2015;4(1):44-61.‎ [Link] [DOI:10.3390/antibiotics4010044]
Yin LM, Edwards MA, Li J, Yip CM, Deber CM. Roles of hydrophobicity and charge distribution of cationic ‎antimicrobial peptides in peptide-membrane interactions. J Biol Chem. 2012;287(10):7738-45.‎ [Link] [DOI:10.1074/jbc.M111.303602]
Cox E, Michalak A, Pagentine S, Seaton P, Pokorny A. Lysylated phospholipids stabilize models of ‎bacterial lipid bilayers and protect against antimicrobial peptides. Biochim Biophys Acta. ‎‎2014;1838(9):2198-204.‎ [Link] [DOI:10.1016/j.bbamem.2014.04.018]
Porcelli F, Buck B, Lee DK, Hallock KJ, Ramamoorthy A, Veglia G. Structure and orientation of pardaxin ‎determined by NMR experiments in model membranes. J Biol Chem. 2004;279(44):45815-23.‎ [Link] [DOI:10.1074/jbc.M405454200]
Oren Z, Shai Y. A class of highly potent antibacterial peptides derived from pardaxin, a pore-forming ‎peptide isolated from Moses sole fish Pardachirus marmoratus. Eur J Biochem. 1996;237(1):303-10.‎ [Link] [DOI:10.1111/j.1432-1033.1996.0303n.x]
Epand RF, Ramamoorthy A, Epand RM. Membrane lipid composition and the interaction of pardaxin: The ‎role of cholesterol. Protein Pept Lett. 2006;13(1):1-5.‎
https://doi.org/10.2174/092986606774502063 [Link] [DOI:10.2174/0929866510602010001]
Bhunia A, Domadia PN, Torres J, Hallock KJ, Ramamoorthy A, Bhattacharjya S. NMR structure of ‎pardaxin, a pore-forming antimicrobial peptide, in lipopolysaccharide micelles mechanism of outer ‎membrane permeabilization. J Biol Chem. 2010;285(6):3883-95.‎ [Link] [DOI:10.1074/jbc.M109.065672]
Vad BS, Bertelsen K, Johansen CH, Pedersen JM, Skrydstrup T, Nielsen NC, et al. Pardaxin permeabilizes ‎vesicles more efficiently by pore formation than by disruption. Biophys J. 2010;98(4):576-85.‎ [Link]
Wu SP, Huang TC, Lin CC, Hui CF, Lin CH, Chen JY. Pardaxin, a fish antimicrobial peptide, exhibits ‎antitumor activity toward murine fibrosarcoma in vitro and in vivo. Mar Drugs. 2012;10(8):1852-72.‎ [Link]
Li LB, Vorobyov I, Allen TW. The role of membrane thickness in charged protein–lipid interactions. ‎Biochim Biophys Acta. 2012;1818(2):135-45.‎ [Link] [DOI:10.1016/j.bbamem.2011.10.026]
Scheraga HA, Khalili K, Liwo A. Protein-folding dynamics: Overview of molecular simulation techniques. ‎Annu Rev Phys Chem. 2007;58:57-83.‎ [Link] [DOI:10.1146/annurev.physchem.58.032806.104614]
Islami M, Mehrnejad F, Doustdar F, Alimohammadi M, Khadem-Maaref M, Mir-Derikvand M, et al. Study ‎of orientation and penetration of LAH4 into lipid bilayer membranes: pH and composition dependence. Chem ‎Biol Drug Des. 2014;84(2):242-52.‎ [Link]
Berendsen HJC, van der Spoel D, van Drunen R. GROMACS: A message-passing parallel molecular ‎dynamics implementation. Comput Phys Commun. 1995;91(1-3):43-56.‎ [Link] [DOI:10.1016/0010-4655(95)00042-E]
Berendsen HJC, Postma JPM, van Gunsteren WF, DiNola A, Haak JR. Molecular dynamics with coupling to ‎an external bath. J Chem phys.1984;81(8):3684-90.‎ [Link] [DOI:10.1063/1.448118]
Hoskin DW, Ramamoorthy A. Studies on anticancer activities of antimicrobial peptides. Biochim Biophys ‎Acta. 2008;1778(2):357-75.‎ [Link]
Liu X, Li Y, Li Zh, Lan X, Leung HM, Li J, et al. Mechanism of anticancer effects of antimicrobial peptides. J ‎Fiber Bioeng Inform. 2015;8(1):25-36.‎ [Link]