[논문 리뷰] Transmembrane and Antimicrobial Peptides. Hydrophobicity, Amphiphilicity and Propensity to Aggregation

Malak Pirtskhalava, Boris Vishnepolsky외 1명|arXiv (Cornell University)|2013. 07. 23.

Antimicrobial Peptides and Activities참고 문헌 127인용 수 12

한 줄 요약

이 리뷰는 항미생물 펩타이드(AMPs)와 수용성 막 펩타이드를 구분하는 핵심 물리화학적 특성으로 친수성, 양친화성 및 응집 경향성을 분석한다. 이는 양쪽 펩타이드가 이러한 특성을 바탕으로 세포막과 상호작용하지만, AMPs는 막 파괴를 가능하게 하는 고유한 응집 성향과 양친화성 패턴을 보이며, 내성 병원성 미생물을 표적으로 삼는 새로운 항균제 설계 원칙을 제공한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 항미생물 펩타이드(AMPs)와 수용성 막 펩타이드를 구분하는 물리화학적 특성을 규명하는 것.
• 친수성, 양친화성 및 내재된 응집 경향성이 펩타이드-막 상호작용에 어떻게 영향을 미치는지 이해하는 것.
• 이러한 특성들이 막 통합 및 파괴에 있어 공통적이고 차별적인 역할을 어떻게 수행하는지 명확히 하는 것.
• AMP 템플릿을 기반으로 한 합리적인 설계 프레임워크를 제공하는 것.
• 항생제 내성 증가 추세에 대비하여 AMPs가 전통적 항생제의 대안이 될 잠재력을 평가하는 것.

제안 방법

• 친수성, 양친화성 및 펩타이드의 응집 경향성에 관한 문헌에 대한 체계적 검토.
• 물리화학적 파rameter를 사용한 수용성 막 펩타이드와 항균 펩타이드의 비교 분석.
• 친수성 모멘트 및 잔기 분포와 같은 펩타이드 구조적 특성 평가.
• 서열 기반 예측 모델을 통한 내재된 응집 경향성 평가.
• 공극 형성 및 이중층 파괴를 포함한 막 상호작용 메커니즘에 대한 데이터 통합.
• 펩타이드 특성과 생물학적 기능 간의 상관관계를 유도하기 위해 기존의 물리화학적 원리 활용.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 어떤 물리화학적 특성이 항균 펩타이드와 수용성 막 펩타이드를 구분하는가?
• RQ2 친수성과 양친화성이 AMPs의 막 통합 및 파괴에 어떻게 기여하는가?
• RQ3 내재된 응집 경향성이 항균 펩타이드의 활성에 어느 정도 영향을 미치는가?
• RQ4 AMPs와 수용성 막 펩타이드 간에 친수성과 양친화성의 역할은 유사한가, 혹은 다른가?
• RQ5 AMPs의 응집 행동을 조절하여 치료 잠재력을 향상시킬 수 있는가?

주요 결과

• 친수성과 양친화성은 수용성 막 펩타이드와 항균 펩타이드 모두의 기능에 필수적이며, 막 부착을 가능하게 한다.
• 항균 펩타이드는 수용성 막 펩타이드보다 더 높은 자가응집 성향을 보이며, 이는 막 공극 형성에 기여할 수 있다.
• 고립된 친수성 면과 친수성 면을 가진 양친화적 구조는 AMPs에서 막 파괴의 핵심 결정 요소이다.
• 친수성과 양친화성 간의 균형은 펩타이드가 지질 이중층에 통합되고 불안정하게 만들 수 있는 능력에 영향을 미친다.
• 내재된 응집 경향성은 AMPs에서 더 두드러지며, 공극 형성 또는 막 파괴 능력과 관련이 있다.
• 공통된 물리화학적 특성을 공유하고 있음에도 불구하고, AMPs와 수용성 막 펩타이드는 생물학적 기능을 규정하는 특정 서열 패tern과 응집 역학에서 차이를 보인다.