Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1053210.32607/20758251-2014-6-4-99-109Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleAcipensins - Novel Antimicrobial Peptides from Leukocytes of the Russian Sturgeon Acipenser gueldenstaedtiiАципенсины - новые антимикробные пептиды из лейкоцитов русского осетра acipenser gueldenstaedtiiShamovaO. V.ШамоваО. В.
Russian Federation
ovch@ibch.ruOrlovD. S.ОрловД. С.
Russian Federation
ovch@ibch.ruBalandinS. V.БаландинС. В.
Russian Federation
ovch@ibch.ruShramovaE. I.ШрамоваЕ. И.
Russian Federation
ovch@ibch.ruTsvetkovaE. V.ЦветковаЕ. В.
Russian Federation
ovch@ibch.ruPanteleevP. V.ПантелеевП. В.
Russian Federation
ovch@ibch.ruLeonovaYu. F.ЛеоноваЮ. Ф.
Russian Federation
ovch@ibch.ruTagaevA. A.ТагаевA. A.
Russian Federation
ovch@ibch.ruKokryakovV. N.КокряковВ. Н.
Russian Federation
ovch@ibch.ruOvchinnikovaT. V.ОвчинниковаТ. В.
Russian Federation
ovch@ibch.ruInstitute of Experimental Medicine, Northwest Branch of the Russian Academy of Medical SciencesНИИ экспериментальной медицины СЗО РАМНSaint-Petersburg State UniversityСанкт-Петербургский государственный университетShemyakin and Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of SciencesИнститут биоорганической химии им. акад. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАНMoscow Institute of Physics and Technology (State University)Московский физико-технический институт (государственный университет)1512201464VOL 6, NO4 (2014)ТОМ 6, №4 (2014)9910917012020Copyright ©; 2014, Shamova O.V., Orlov D.S., Balandin S.V., Shramova E.I., Tsvetkova E.V., Panteleev P.V., Leonova Y.F., Tagaev A.A., Kokryakov V.N., Ovchinnikova T.V.Copyright ©; 2014, Шамова О.В., Орлов Д.С., Баландин С.В., Шрамова Е.И., Цветкова Е.В., Пантелеев П.В., Леонова Ю.Ф., Тагаев A.A., Кокряков В.Н., Овчинникова Т.В.2014Shamova O.V., Orlov D.S., Balandin S.V., Shramova E.I., Tsvetkova E.V., Panteleev P.V., Leonova Y.F., Tagaev A.A., Kokryakov V.N., Ovchinnikova T.V.Шамова О.В., Орлов Д.С., Баландин С.В., Шрамова Е.И., Цветкова Е.В., Пантелеев П.В., Леонова Ю.Ф., Тагаев A.A., Кокряков В.Н., Овчинникова Т.В.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10532

Antimicrobial peptides (AMPs) play an important role in the innate defense mechanisms in humans and animals. We have isolated and studied a set of antimicrobial peptides from leukocytes of the Russian sturgeon Acipenser gueldenstaedtii belonging to a subclass of chondrosteans, an ancient group of bony fish. Structural analysis of the isolated peptides, designated as acipensins (Ac), revealed in leukocytes of the Russian sturgeon six novel peptides with molecular masses of 5336.2 Da, 3803.0 Da, 5173.0 Da, 4777.5 Da, 5449.4 Da, and 2740.2 Da, designated as Ac1-Ac6, respectively. Complete primary structures of all the isolated peptides were determined, and the biological activities of three major components - Ac1, Ac2, and Ac6 - were examined. The peptides Ас1, Ас2, Ас3, Ас4, and Ac5 were found to be the N-terminal acetylated fragments 1-50, 1-35, 1-49, 1-44, and 1-51 of the histone Н2А, respectively, while Ас6 was shown to be the 62-85 fragment of the histone Н2А. The peptides Ac1 and Ac2 displayed potent antimicrobial activity towards Gram-negative and Gram-positive bacteria (Escherichia coli ML35p, Listeria monocytogenes EGD, MRSA ATCC 33591) and the fungus Candida albicans 820, while Ac6 proved effective only against Gram-negative bacteria. The efficacy of Ac 1 and Ac2 towards the fungus and MRSA was reduced upon an increase in the ionic strength of the solution. Ac1, Ac2, and Ac6, at concentrations close to their minimum inhibitory concentrations, enhanced the permeability of the E.coli ML35p outer membrane to the chromogenic marker, but they did not affect appreciably the permeability of the bacterial inner membrane in comparison with a potent pore-forming peptide, protegrin 1. Ac1, Ac2, and Ac6 revealed no hemolytic activity against human erythrocytes at concentrations of 1 to 40 μM and had no cytotoxic effect (1 to 20 μM) on K-562 and U-937 cells in vitro. Our findings suggest that histone-derived peptides serve as important anti-infective host defense molecules.

Антимикробные пептиды (АМП) являются важнейшими компонентами системы врожденного иммунитета человека и животных. Охарактеризован ряд АМП, выделенных нами из лейкоцитов русского осетра Acipenser gueldenstaedtii - представителя подкласса хрящевых ганоидов, формирующих наиболее древнюю группу костных рыб. Структурный анализ пептидов, названных аципенсинами (Ac), показал, что лейкоциты осетра содержат шесть пептидов с молекулярными массами 5336.2, 3803.0, 5173.0, 4777.5 и 5449.4 и 2740.2 Да, обозначенных Ac1-Ac6 соответственно. Нами определены полные первичные структуры всех выделенных пептидов и исследована биологическая активность трех главных компонентов - Ас1, Ас2 и Ac6. Установлено, что Ас1, Ас2, Ас3, Ас4 и Ас5 представляют собой N-концевые ацетилированные фрагменты 1-50, 1-35, 1-49, 1-44 и 1-51 гистона Н2А соответственно, а Ас6 является фрагментом 62-85 гистона Н2А. Выделенные из лейкоцитов пептиды Ас1 и Ас2 обладают высокой антимикробной активностью в отношении грамотрицательных и грамположительных бактерий ( Escherichia coli ML-35p, Listeria monocytogenes EGD, MRSA ATCC 33591), а также гриба Candida albicans 820. Ас6 активен только в отношении грамотрицательной бактерии. Активность Ac1 и Ас2 в отношении гриба и MRSA снижалась при повышении ионной силы раствора. В концентрациях, близких к минимальным ингибирующим, Ас1, Ас2 и Ас6 увеличивали проницаемость наружной мембраны E. coli ML-35p для хромогенного маркера, но их влияние на проницаемость цитоплазматической мембраны бактерии не было существенным по сравнению с действием мембраноактивного пептида протегрина 1. Все три аципенсина не проявляли гемолитической активности в отношении эритроцитов человека в диапазоне концентраций от 1 до 40 мкМ и не оказывали цитотоксических эффектов на клетки К-562 и U-937 (1-20 мкМ) in vitro. Обнаружение в лейкоцитах осетра антимикробных пептидов, производных гистона Н2А, свидетельствует в пользу предположения о биологически значимой роли гистонов и их фрагментов в обеспечении противоинфекционной защиты.

innate immunityantimicrobial peptidessturgeon leukocyteshistone H2A derivativesacipensinантимикробные пептидыаципенсиныврожденный иммунитетлейкоциты осетрапроизводные гистона Н2АThis work was supported by a grant from the Federal Target Program “Research and Development on Priority Directions of Scientific-Technological Complex of Russia for 2014–2020” (agreement #14.604.21.0104). Unique identifier for Applied Scientific Research (project) 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 прикладных научных исследований (проекта) RFMEFI60414X0104.[1] Kokryakov V.N. // Ocherki o vrozhdennom immunutete (Essays on the innate immunity). St-Petersburg: Nauka. 2006, P.261[2] Rieger A.M., Barreda D.R. // Dev. Comp. Immunol. 2011, V.35, №12, P.1238-1245[3] Cole A.M., Weis P., Diamond G. // J. Biol. Chem. 1997, V.272, №18, P.12008-12013[4] Douglas S.E., Gallant J.W., Gong Z., Hew C. // Dev. Comp. Immunol. 2001, V.25, №2, P.137-147[5] Shai Y., Fox J., Caratsch C., Shih Y.L., Edwards C., Lazarovici I.O., P. I.O. // FEBS Lett. 1988, V.242, P.161-166[6] Shike H., Lauth X., Westerman M.E., Ostland V.E., Carlberg J.M., Van Olst J.C., Shimizu C., Bulet P., Burns J.C. // Eur. J. Biochem. 2002, V.269, P.2232-2237[7] Park C., Lee J., Park I., Kim M., Kim S. // FEBS Lett. 1997. V. 411. № 2-3. 1997, V.411, №2-3, P.173-178[8] Wang G., Li J., Zou P., Xie H., Huang B., Nie P., Chang M. // Fish Shellfish Immunol. 2012, V.33, №3, P.522-531[9] Guo M., Wei J., Huang X., Huang Y., Qin Q. // Fish Shellfish Immunol. 2012, V.32, №5, P.828-838[10] Marel Mv., Adamek M., Gonzalez S.F., Frost P., Rombout J.H., Wiegertjes G.F., Savelkoul H.F., Steinhagen D. // Fish Shellfish Immunol. 2012, V.32, №3, P.494-501[11] Maier V.H., Dorn K.V., Gudmundsdottir B.K., Gudmundsson G.H. // Molecular Immunology. 2008, V.45, P.3723-3730[12] Chang C., Pleguezuelos O., Zhang Y., Zou J., Secombes C. // Infection and Immunity. 2005, V.73, P.5053-5064[13] Chang C., Zhang Y., Zou J., Nie P., Secombes C. // Antimicrobial Agents and Chemotherapy. 2006, V.50, P.185-195[14] Scocchi M., Pallavicini A., Salgaro R., Bociek K., Gennaro R. // Comp. Biochem. Physiol. B Biochem. Mol. Biol. 2009, V.152, №4, P.376-381[15] Bridle A., Nosworthy E., Polinski M., Nowak B. // PLoS One. 2011, V.6, №8, P.e23417[16] Birkemo G. A., Lüders T., Andersen Ø., Nes I.F., Nissen-Meyer J. // Hipposin, a histone-derived antimicrobial peptide in Atlantic halibut (Hippoglossus hippoglossus). // Biochimica et Biophisica Acta. 2003, V.1646, P.207-215[17] Park I.Y., Park C.B., Kim M.S., Kim S.C. // FEBS Lett. 1998, V.437, P.258-262[18] Richards R.C., O’Neil D.B., Thibault P., Ewart K.V. // Biochem. Biophis. Res. Commun. 2001, V.284, P.549-555[19] Shamova O., Orlov D., Stegemann C., Czihal P., Hoffmann R., Brogden K., Kolodkin N., Sakuta G., Tossi A., Sahl H.G. // International Journal of Peptide Research and Therapeutics. 2009, V.15, №1, P.31-35[20] Harwig S.S., Chen N.P., Park A.S.K., Lehreer R.I. // Anal. Biochem. 1993, V.208, P.382-346[21] Schagger H., von Jagow G. // Anal. Biochem. 1987, V.166, P.368-379[22] Wolf P. // Anal. Biochem. 1983, V.129, №1, P.145-155[23] Lehrer R.I., Rosenman M., Harwig S.S., Jackson R., Eisenhauer P. // J. Immunol. Methods. 1991, V.137, №2, P.167-73[24] Lehrer R., Barton A., Ganz T. // J. Immunol. Methods. 1988, V.108, P.153-158[25] Artamonov A.Yu., Shamova O.V., Kokryakov V.N., Orlov D.S. // Vestnik Sankt-Peterburgskogo Universiteta. 2008, V.3, №2, P.139-142[26] Mosmann T. // Journal of Immunological Methods. 1983, V.65, P.55-63[27] Wellner D., Panneerselvam C., Horecker B.L. // Proc. Nat. Acad. Sci. 1990, V.87, P.1947-1949[28] Sambrook J., Fritsch E.F., Maniatis T. // Molecular Cloning: a laboratory manuals. 2nd ed. New York: Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989. 1989, P.1626[29] Shamova O.V., Orlov D.S., Ovchinnikova T.V., Sal Kh.G., Tver’yanovich I.A., Popova V.A., Dyubin V.A., Kokryakov V.N. // Fundamentalnye Issledovaniya. 2006, V.1, P.10-13[30] Marzluff W.F., Wagner E.J., Duronio R.J. // Nat. Rev. Genet. 2008, V.9, №11, P.843-54[31] Kim H.S., Park C.B., Kim M.S., Kim S.C. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 1996, V.229, №2, P.381-7[32] Kawasaki H., Iwamuro S. // Infect. Disord. Drug Targets. 2008, V.8, №3, P.195-205[33] Parseghian M., Luhrs K. // Biochem. Cell Biol. 2006, V.84, №4, P.589-604[34] Rose F.R., Bailey K., Keyte J.W., Chan W.C., Greenwood D., Mahida Y.R.. // Infect. Immun. 1998, V.66, P.3255-3263[35] Brix K., Summa W., Lottspeich F., Herzog V. // J. Clin. Invest. 1998, V.102, P.283-293[36] Hiemstra P.S., Eisenhauer P.B., Harwig S.S., van den Barselaar M.T., van Furth R., Lehrer R.I. // Infect. Immun. 1993, V.61, P.3038-3046[37] Bolton S.J., Perry V.H. // J. Neurocytol. 1997, V.26, P.823-831[38] Holers V.M., Kotzin B.L. // J. Clin. Invest. 1985, V.76, P.991-998[39] Evans D.L., Kaur H., Leary J. 3rd., Praveen K., Jaso-Friedmann L. // Dev Comp Immunol. 2005, V.29, №12, P.1049-64[40] Nauseef W.M., Borregaard N. // Nat. Immunol. 2014, V.15, №7, P.602-11[41] Zawrotniak M., Rapala-Kozik M. // Acta Biochim Pol. 2013, V.60, №3, P.277-84[42] Brinkmann V., Reichard U., Goosmann C., Fauler B., Uhlemann Y., Weiss D.S., Weinrauch Y., Zychlinsky A. // Science. 2004, V.303, №5663, P.1532-5[43] De Zoysa M., Nikapitiya C., Whang I., Lee J.S., Lee J. // Fish Shellfish Immunol. 2009, V.27, №5, P.639-46[44] Nagaoka I., Hirota S., Yomogida S., Ohwada A., Hirata M. // Inflamm Res. 2000, V.49, №2, P.73-9[45] Park C.B., Kim H.S., Kim S.C. // Biochem Biophys Res Commun 1998, V.244, №1, P.253-257[46] Cho J.H., Sung B.H., Kim S.C. // Biochim Biophys Acta. 2009, V.1788, №8, P.1564-9[47] Koo Y.S., Kim J.M., Park I.Y., Yu B.J., Jang S.A., Kim K.S., Park C.B., Cho J.H., Kim S.C. // Peptides. 2008, V.29, P.1102-1108[48] Bustillo M.E., Fischer A. L., LaBouyer M.A., Klaips J. A., Webb A.C., Elmore D.E. // Biochim. Biophys. Acta. 2014, V.1838, №9, P.2228-2233[49] Podda E., Benincasa M., Pacor S., Micali F., Mattiuzzo M., Gennaro R., Scocchi M. // Biochim. Biophysi. Acta. 2006, V.1760, P.1732-1740