Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1043610.32607/20758251-2016-8-3-136-146Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleMinibactenecins ChBac7.Nα and ChBac7. Nβ - Antimicrobial Peptides from Leukocytes of the Goat Capra hircus.Мини-бактенецины ChBac7.5Nα и ChBac7.5Nβ - антимикробные пептиды из лейкоцитов козы Capra hircusShamovaO. V.ШамоваO. В.
Russian Federation
ovch@ibch.ruOrlovD. S.ОрловД. С.
Russian Federation
ovch@ibch.ruZharkovaM. S.ЖарковаM. С.
Russian Federation
ovch@ibch.ruBalandinS. V.БаландинС. В.
Russian Federation
ovch@ibch.ruYamschikovaE. V.ЯмщиковаE. В.
Russian Federation
ovch@ibch.ruKnappeD.КнаппеД.
Germany
ovch@ibch.ruHoffmannR.ХоффманнР.
Russian Federation
ovch@ibch.ruKokryakovV. N.КокряковВ. Н.
Russian Federation
ovch@ibch.ruOvchinnikovaT. V.ОвчинниковаT. В.
Russian Federation
ovch@ibch.ruInstitute of Experimental MedicineИнститут экспериментальной медициныSaint-Petersburg State UniversityСанкт-Петербургский государственный университетM.M. Shemyakin and Yu.A. Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry of the Russian Academy of SciencesИнститут биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАНUniversity of LeipzigЛейпцигский университет1509201683VOL 8, NO3 (2016)ТОМ 8, №3 (2016)13614617012020Copyright ©; 2016, Shamova O.V., Orlov D.S., Zharkova M.S., Balandin S.V., Yamschikova E.V., Knappe D., Hoffmann R., Kokryakov V.N., Ovchinnikova T.V.Copyright ©; 2016, Шамова O.В., Орлов Д.С., Жаркова M.С., Баландин С.В., Ямщикова E.В., Кнаппе Д., Хоффманн Р., Кокряков В.Н., Овчинникова T.В.2016Shamova O.V., Orlov D.S., Zharkova M.S., Balandin S.V., Yamschikova E.V., Knappe D., Hoffmann R., Kokryakov V.N., Ovchinnikova T.V.Шамова O.В., Орлов Д.С., Жаркова M.С., Баландин С.В., Ямщикова E.В., Кнаппе Д., Хоффманн Р., Кокряков В.Н., Овчинникова T.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10436

Antimicrobial peptides (AMPs) of neutrophils play an important role in the animal and human host defenses. We have isolated two AMPs (average molecular masses of 2895.5 and 2739.3 Da), with potent antimicrobial activity from neutrophils of the domestic goat (Capra hircus). A structural analysis of the obtained peptides revealed that they encompass N-terminal fragments (1-21 and 1-22) of the proline-rich peptide bactenecin 7.5. The primary structure of caprine bactenecin 7.5 had been previously deduced from the nucleotide sequence, but the corresponding protein had not been isolated from leukocytes until now. The obtained caprine AMPs were designated as mini-batenecins (mini-ChBac7.5Nα and mini-ChBac7.5Nβ), analogously to the reported C-terminal fragment of the ovine bactenecin 7.5 named Bac7.5mini [Anderson, Yu, 2003]. Caprine mini-ChBac7.5Nα and mini-ChBac7.5Nβ exhibit significant antimicrobial activity against Gram-negative bacteria, including drug-resistant strains of Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella spp., Acinetobacter baumannii at a range of concentrations of 0.5-4 μM, as well as against some species of Gram-positive bacteria (Listeria monocytogenes EGD, Micrococcus luteus). The eptides demonstrate lipopolysaccharide-binding activity. Similarly to most proline-rich AMPs, caprine peptides inactivate bacteria without appreciable damage of their membranes. Mini-ChBac7.5Nα and mini-ChBac7.5Nβ have no hemolytic effect on human red blood cells and are nontoxic to various cultured human cells. Therefore, they might be considered as promising templates for the development of novel antibiotic pharmaceuticals. Isolation of highly active fragments of the antimicrobial peptide from goat neutrophils supports the hypothesis that fragmentation of cathelicidin-related AMPs is an important process that results in the generation of potent effector molecules, which are in some cases more active than full-size AMPs. These truncated AMPs may play a crucial role in host defense reactions.

Антимикробные пептиды (АМП) нейтрофилов играют важную роль в осуществлении защитных функций организма человека и животных. Из лейкоцитов домашней козы Capra hircus нами выделены два пептида (средние молекулярные массы 2895.5 и 2739.3 Да), обладающие высокой антимикробной активностью и представляющие собой N-концевые фрагменты (1-22 и 1-21) пролин-богатого пептида бактенецина 7.5 козы, структура гена которого представлена в базах данных, но соответствующий белковый продукт до настоящего времени не был выделен. Полученные АМП названы минибактенецинами (miniChBac7.5Nα и mini-ChBac7.5Nβ) по аналогии с описанным ранее С-концевым фрагментом бактенецина 7.5, выделенным из лейкоцитов овцы [Anderson, Yu, 2003]. Мини-бактенецины козы в концентрации 0.5-4 мкМ проявляют высокую антимикробную активность в отношении грамотрицательных бактерий, включая устойчивые к ряду применяемых в медицине антибиотиков штаммы Pseudomonas aeruginosa, Klebsiella spp., Acinetobacter baumannii, а также некоторых штаммов грамположительных бактерий (Listeria monocytogenes EGD, Micrococcus luteus). Исследуемые пептиды, как и большинство пролин-богатых АМП, оказывают антимикробное действие без существенного повреждения бактериальных мембран, обладают липополисахарид-связывающей активностью. Минибактенецины не токсичны по отношению к культивируемым клеткам человека, что дает основание рассматривать их как перспективные прототипы новых антибактериальных терапевтических препаратов. Обнаружение высокоактивных фрагментов антимикробного пептида в нейтрофилах козы свидетельствует в пользу гипотезы о том, что фрагментация АМП кателицидинового семейства важна для образования функционально активных молекул, в ряде случаев более активных, чем полноразмерные пептиды, и может играть значимую роль в антиинфекционной защите.

antimicrobial peptidescathelicidinsmini-bactenecinsантимикробные пептидыкателицидинымини-бактенециныThis work was supported by a grant from the Federal Target Programme Research and Development on Priority Directions of the Scientific and Technological Complex of the Russian Federation for 2014–2020 (agreement No 14.604.21.0104). Unique identifier RFMEFI60414X0104.Работа поддержана грантом ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014–2020 годы» (соглашение № 14.604.21.0104). Уникальный идентификатор RFMEFI60414X0104.[1] Yamasaki K., Schauber J., Coda A., Lin H., Dorschner R., Schechter N., Bonnart C., Descargues P., Hovnanian A., Gallo R.L. // FASEB J. 2006, V.20, №12, P.2068-2080[2] Anderson R., Yu P.L. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2003, V.312, P.1139-1146[3] Kokryakov V.N., Harwig S.S., Panyutich E.A., Shevchenko A.A., Aleshina G.M., Shamova O.V., Korneva H.A., Lehrer R.I. // FEBS Lett. 1993, V.327, P.231-236[4] Agerbert B., Lee J.Y., Bergman T., Carlquist M., Boman H.G., Mutt V., Jörnvall H. // Eur. J. Biochem. 1991, V.202, P.849-854[5] Gennaro R., Skerlavaj B., Romeo D. // Infect. Immun. 1989, V.57, P.3142-3146[6] Skerlavaj B., Gennaro R., Bagella L., Merluzzi L., Risso A., Zanetti M. // J. Biol. Chem. 1996, V.271, P.28375-28381[7] Romeo D., Skerlavaj B., Bolognesi M., Gennaro R. // J. Biol. Chem. 1988, V.263, P.9573-9575[8] Selsted M., Novotny M., Morris W., Tang Y., Smith W., Cullor J. // J. Biol. Chem. 1992, V.267, №7, P.4292-4295[9] Huttner K.M., Lambeth M., Burkin H., Burkin D., Broad T. // Gene. 1998, V.206, P.85-91[10] Zhao C., Nguen T., Liu L., Shamova O., Brogden K.A., Lehrer R.I. // Infect. Immun. 1999, V.67, №11, P.6221-6224[11] Shamova O., Brogden K.A., Zhao C., Nguen T., Turner J., Kokryakov V., Lehrer R.I. // Infect. Immun. 1999, V.67, №8, P.4106-4111[12] Shamova O., Orlov D., Stegemann C., Czihal P., Hoffmann R., Brogden K., Kolodkin N., Sakuta G., Tossi A., Sahl H.G., Kokryakov V., Lehrer R.I. // Int. J. Pept. Res. Therap. 2009, V.15, №1, P.31-42[13] Harwig S.S., Chen N.P., Park A.S.K., Lehrer R.I. // Anal. Biochem. 1993, V.208, P.382-386[14] Schagger H., von Jagow G. // Anal. Biochem. 1987, V.166, P.368-379[15] Wolf P. // Anal. Biochem. 1983, V.129, Pt1, P.145-155[16] Lehrer R.I., Rosenman M., Harwig S.S., Jackson R., Eisenhauer P. // J. Immunol. Meth. 1991, V.137, №2, P.167-173[17] Tossi A., Scocchi M., Zanetti M., Genaro R., Storici P., Romeo D. // In Antibacterial peptide protocols / Ed. Shafer W. Totowa, N.J.: Humana Press Inc., 1998. 1998, P.133-151[18] Lehrer R.I., Barton A., Ganz T. // J. Immunol. Meth. 1988, V.108, P.153-158[19] Artamonov A.Yu., Shamova O.V., Kokryakov V.N., Orlov D.S. // Vesnik Sankt-Peterburgskogo unuversiteta. Ser. 3. Biology. [in Russian] 2008, №2, P.139-142[20] Zhao C., Nguyen T., Boo L., Hong T., Espiritu C., Orlov D., Wang W., Waring A., Lehrer R.I. // Antimicrob. Agents Chemother. 2001, V.45, №10, P.2695-2702[21] Mosmann T. // J. Immunol. Meth. 1983, V.65, P.55-63[22] Singer D., Lehmann J., Hanisch K., Härtig W., Hoffmann R. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2006, V.346, P.819-828[23] Zhao C., Nguyen T., Brogden K., Lehrer R. // EMBL/ GenBank/DDBJ databases. 1999[24] Gennaro R., Zanetti M., Benincasa M., Podda E., Miani M. // Curr. Pharmaceut. Design. 2002, V.8, P.763-778[25] Scocchi M., Tossi A., Gennaro R. // Cell. Mol. Life Sci. 2011, V.68, P.2317-2330[26] Zahn M., Kieslich B., Berthold N., Knappe D., Hoffmann R., Strater N. // Protein Pept Lett. 2014, V.21, №4, P.407-412[27] Krizsan A., Volke D., Weinert S., Sträter N., Knappe D., Hoffmann R. // Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 2014, V.53, №45, P.12236-12239[28] Mardirossian M., Grzela R., Giglione C., Meinnel T., Gennaro R., Mergaert P., Scocchi M. // Chem. Biol. 2014, V.21, №12, P.1639-1647[29] Rosenfeld Y., Lev N., Shai Y. // Biochemistry. 2010, V.49, P.853-861[30] Nan Y., Bang J., Jacob B., Park I., Shin S. // Peptides. 2012, V.35, №2, P.239-247[31] Anderson R.C., Hancock R.E.W., Yu P. // Antimicrob. Agents Chemother. 2004, V.48, №2, P.673-676[32] Braff M., Hawkins M., Di Nardo A., Lopez-Garcia B., Howell M., Wong C., Lin K., Streib J., Dorschner R., Leung D. // J. Immunol. 2005, V.174, P.4271-4278[33] Gifford J., Hunter H., Vogel H. // Cell Mol. Life Sci. 2005, V.62, №22, P.2588-2598[34] Park I.Y., Park C.B., Kim M.S., Kim S.C. // FEBS Lett. 1998, V.437, P.258-262[35] Shamova O.V., Orlov D.S., Balandin S.V., Shramova E.I., Tsvetkova E.V., Panteleev P.V., Leonova Yu.F., Tagaev A.A., Kokryakov V.N., Ovchinnikova T.V. // Acta Naturae. 2014, V.6, №4(23), P.99-109[36] Waumans Y., Baerts L., Kehoe K., Lambeir A., De Meester I. // Front. Immunol. 2015. V. 7. № 6. 387. 2015, V.7, №6.387, doi:10.3389/fimmu.2015.00387