[論文レビュー] Transmembrane and Antimicrobial Peptides. Hydrophobicity, Amphiphilicity and Propensity to Aggregation

Malak Pirtskhalava, Boris Vishnepolsky+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 23, 2013

Antimicrobial Peptides and Activities参考文献 127被引用数 12

ひとこと要約

このレビューは、抗菌ペプチド（AMPs）と膜貫通ペプチドを区別する主要な物理化学的特性として疎水性、両親媒性、自己凝集性を分析する。両者とも膜への相互作用にこれらの特性に依存するが、AMPsは膜破壊を可能にする特徴的な凝集バイアスおよび両親媒性パターンを示しており、耐性菌を標的とする新規抗菌剤の設計原理を提供する。

ABSTRACT

Development of the new antimicrobial agents against antibiotic resistance pathogens is the nowadays challenge. Antimicrobial peptides (AMP) occur as important defence agents in many organisms and offer a viable alternative to conventional antibiotics. Therefore they have become increasingly recognized in current research as templates for prospective antibiotic agents. The efficient designing of the new antimicrobials on the basis of antimicrobial peptides requires comprehensive knowledge on those general physical-chemical characteristics which allow to differ antimicrobial peptides from non-active against microbs ones. According to supposed mechanisms of action, AMP interact with and physically disrupt the bacterial membranes. Consequently, hydrophobicity, amphiphilicity and intrinsic aggregation propensities are considered as such major characteristics of the peptide, which determine the results of peptide-membrane interactions. For some kind of peptides such characteristics as hydrophobicity, amphiphilicity and aggregation bias determines their ability to compose transmembrane domain of the membrane protein, whilst for others the same properties are respond for their antimicrpobial activity, i.e. give them ability of membrane permeability and its damage. In this review we analyze the data about hydrophobicity, amphiphilicity and intrinsic aggregation propensities available in literature in order to compare antimicrobial and transmembrane peptides and show what is the common and what is the difference in this respect between them.

研究の動機と目的

• 抗菌ペプチド（AMPs）と膜貫通ペプチドを区別する物理化学的特性を特定すること。
• 疎水性、両親媒性、および固有の凝集性がペプチド-膜相互作用に与える影響を理解すること。
• これらの特性が膜への挿入および破壊に果たす共通および特異的な役割を明確にすること。
• AMPのテンプレートに基づいた合理的な新規抗菌剤設計のフレームワークを提供すること。
• 増加する抗菌薬耐性の状況において、AMPsが従来の抗菌薬の代替として持つ可能性を評価すること。

提案手法

• ペプチドにおける疎水性、両親媒性、凝集性に関する文献を系統的レビューすること。
• 物理化学的パラメータを用いた膜貫通ペプチドと抗菌ペプチドの比較分析。
• 疎水性モーメントやアミノ酸配列分布などのペプチド構造的特徴の評価。
• シーケンスに基づく予測モデルを用いた固有の凝集性の評価。
• 孔形成やバイレイヤー破壊を含む膜相互作用メカニズムに関するデータの統合。
• 既存の生物物理学的原則を用いてペプチドの性質と生物学的機能の相関を導くこと。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 どのような物理化学的特性が抗菌ペプチドと膜貫通ペプチドを区別するか？
• RQ2 疎水性と両親媒性は、AMPsにおける膜への挿入および破壊にどのように寄与するか？
• RQ3 固有の凝集性が抗菌ペプチドの活性に及ぼす影響はどの程度か？
• RQ4 AMPsと膜貫通ペプチドにおいて、疎水性と両親媒性の役割は、どのような点で類似または相違するか？
• RQ5 AMPsの凝集行動を制御することで、その治療的潜在能力を向上させることは可能か？

主な発見

• 疎水性と両親媒性は、膜貫通ペプチドと抗菌ペプチドの両方の機能にとって不可欠であり、膜への付着を可能にする。
• 抗菌ペプチドは膜貫通ペプチドよりも自己凝集性が顕著であり、これは膜への孔形成を促進する可能性がある。
• 疎水性面と親水性面が分離した両親媒性構造が、AMPsにおける膜破壊の主要な決定要因である。
• 疎水性と両親媒性のバランスが、ペプチドがリピッドバイレイヤーに挿入し、不安定化させる能力に影響を与える。
• 固有の凝集性はAMPsにおいて顕著であり、孔形成や膜破壊能と相関している。
• 共通する物理化学的特徴があるにもかかわらず、AMPsと膜貫通ペプチドは、生物学的活性を規定する特定の配列パターンや凝集ダイナミクスにおいて相違する。