Estudio de la interacción de un péptido catiónico derivado de la Cecropina-D Gallería mellonella con sistemas de modelos de membranas multilaminares que muestran similitud con las membranas bacterianas
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Date
2021
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Publisher
Universidad Santiago de Cali
Abstract
Antimicrobial peptides are of great importance in many living organisms, since they are part of the innate immune system, performing the role of effectors in defense against infectious agents. These are found in a great diversity of living beings, from which a great variety of these molecules have been isolated, such as CECROPINA-D from Galleria mellonella; the synthetic peptide M1 of 39 amino acids that has been obtained from the sequence of Cecropina Galleria mellonella, is a cationic homologue derived from the originally extracted peptide. It is known that the antimicrobial action of these molecules is due to the attraction of opposite charges that occur between the microbial membrane with an anionic charge and the peptide with cationic charge, therefore, it causes alterations in the change of phase resulting in an increase of the permeability of the membrane. However, there is not enough information about the mechanisms of action that peptides must cause the phase change of the membrane; In this work, the effect of the peptide on the thermotropic behavior of membrane models that simulate those of bacteria, consisting of DMPC (1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine) and DMPG (1,2 -Dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphorylglycerol), respectively. Furthermore, an in-silico analysis allows us to recognize the peptide-membrane molecular interactions necessary to understand this effect. For both activities, the Differential Scanning Calorimetry (DCS) technique and Molecular Dynamics algorithms were implemented, respectively. The results confirmed the perturbation capacity of the M1 peptide. It is estimated that this capacity is given by the modulation of the physicochemical characteristics and parameters on the membrane models. A strong effect was observed in the multilamellar membranes (MLVs) formed by the mixture Phosphatidylcholine (DMPC) and Phosphatylglycerol (DMPG) in a ratio (3: 1), on the change from gel to crystalline phase with the presence of the peptide, reducing by 1, 7 ° C the temperature necessary for the transition. At 1:10 concentration of the peptide, a gel to crystalline phase change occurred without requiring energy supplied by an external system. In Molecular Dynamics, HB-type interactions were observed: hydrogen bonding; IE: electrostatic interaction; and HI: hydrophobic interaction present in the system for a time of 10 ns, distributed with data collection every 2 ns, finding a large presence of hydrogen bond-type interactions between peptide M1 and the rest of the system, with affinity for lipids of DMPG and absence of affinity with DMPC lipids, in addition the main amino acids that participated in these interactions were identified. Other data found and exposed in this work are the result of RMSD and the data of the results of the Radius of Gyration of peptide M1 in the system.
Description
Los péptidos antimicrobianos son de gran importancia en muchos organismos vivos, ya que forman parte de su sistema inmune innato, realizando el rol de efectores en la defensa contra agentes infecciosos. Estos se encuentran en gran diversidad de seres vivos, de los cuales, se han aislado una gran variedad de estas moléculas, como por ejemplo la CECROPINA-D proveniente de Gallería mellonella; el péptido sintético M1 de 39 aminoácidos que ha sido obtenido a partir de la secuencia de Cecropina Gallería mellonella, es un homólogo catiónico derivado del péptido extraído originalmente. Se conoce que la acción antimicrobiana de estas moléculas se debe a la atracción de cargas opuestas que se dan entre la membrana microbiana con carga aniónica y el péptido con carga catiónica, por lo tanto, causa alteraciones en el cambio de fase resultando en un aumento de la permeabilidad de la membrana. Sin embargo, no se tiene suficiente información sobre los mecanismos de acción que tienen los péptidos para causar el cambio de fase de la membrana; En este trabajo, se evaluará el efecto del péptido sobre el comportamiento termotrópico de modelos de membrana que simulan a las de las bacterias, constituidas por DMPC (1,2-dimiristoil-sn-glicero-3-fosfocolina) y DMPG (1,2-dimiristoil-sn-glicero-3-fosforilglicerol), respectivamente. Además, un análisis in Silico permite reconocer las interacciones moleculares péptido-membrana necesarias para entender dicho efecto. Se implementó la técnica de Calorimetría Diferencial de Barrido (DCS) y algoritmos de Dinámica Molecular, obteniendo resultados que comprobaron la capacidad de perturbación del péptido M1 a la membrana sintética. Se estima que esta capacidad está dada por la modulación de las características y parámetros fisicoquímicos sobre los modelos de membranas. Se observó un fuerte efecto en las membranas multilaminares (MLVs) formada por la mezcla Fosfatidilcolina (DMPC) y Fosfatilglicerol (DMPG) en una proporción (3:1), sobre el cambio de fase gel a cristalina con presencia del péptido, reduciendo en 1,7 °C la temperatura necesaria para la transición. En la concentración 1:10 del péptido, se presentó un cambio de fase gel a cristalina sin requerimiento de energía suministrada por un sistema externo. En la Dinámica Molecular se observó las interacciones de tipo HB: enlace de hidrógeno; IE: interacción electrostáticas; y HI: interacción hidrofóbicas presentes en el sistema durante un tiempo de 10 ns, repartido con toma de datos cada 2 ns, encontrando una gran presencia de interacciones de tipo enlaces de hidrógeno entre el péptido M1 y el resto del sistema, con afinidad por lípidos de DMPG y ausencia de afinidad con los lípidos DMPC, además se identificaron los principales aminoácidos que participaron de dichas interacciones. Otros datos encontrados y expuestos en este trabajo son el resultado de RMSD y de los datos de los resultados del Radio de Giro del péptido M1 en el sistema.
Keywords
Péptidos catiónicos análogos, Cecropina D, Galleria mellonella, Dinámica Molecular
Citation
Ante Vasquez, Cristian Geovany; Vergara Moreno, E. (2021). Estudio de la interacción de un péptido catiónico derivado de la Cecropina-D Gallería mellonella con sistemas de modelos de membranas multilaminares que muestran similitud con las membranas bacterianas. Universidad Santiago de Cali.