Катионные пептиды как перспективные соединения для терапии бактериальных осложнений при атопическом дерматите: оценка антибактериальной активности

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Обоснование. Атопический дерматит в ряде случаев имеет тяжёлое хроническое персистирующее течение, что существенно влияет на качество жизни больных и ограничивает их работоспособность вплоть до инвалидизации. Снижение эффективности антибактериальных препаратов на фоне развития к ним резистентности микроорганизмов осложняет терапию атопического дерматита и актуализирует разработку новых противомикробных средств.

Цель исследования — дизайн, синтез и оценка антибактериальной активности катионных пептидов и водного раствора фуллерена С60 для создания на их основе препаратов с биологической активностью, в том числе противовоспалительной, противоаллергической и антибактериальной.

Материалы и методы. Объектами исследования были разработанные линейные и дендримерные катионные пептиды, структуру которых подтверждали масс-спектрометрией (MALDI-TOF). Водный раствор фуллерена С60 получали по уникальной, разработанной ранее запатентованной технологии. Анализ антибактериальной активности проводили методом диффузии в агар с использованием дисков (скрининг), а также методом последовательных разведений, который использовался для определения минимальной бактерицидной концентрации исследуемых соединений.

Результаты. В рамках проведённых исследований разработано и синтезировано 42 катионных пептида, содержащих от 7 до 25 аминокислот с зарядами от +5 до +16, с молекулярной массой, не превышающей 5000 Да. Скрининг методом диффузии в агар с использованием дисков выявил 15 пептидов, показавших активность в отношении штамма Escherichia coli Dh5α. Методом подсчёта колоний показано, что пептиды АВ-14, АВ-17 и АВ-18 проявляли бактерицидную активность относительно бактериального штамма E. coli Dh5α в концентрациях 0,03, 0,15 и 0,74 ммоль/л соответственно, превышавшую таковую ампициллина (0,74 ммоль/л), который выступал в роли положительного контрольного препарата, в несколько раз. Анализ водного раствора фуллерена С60 не выявил у него наличия антибактериальной активности.

Заключение. Получен ряд катионных пептидов, имеющих в своём составе гидрофобные и положительно заряженные аминокислоты. Наиболее активные пептиды (АВ-14 и АВ-17) имеют протяжённые амфифильные участки с α-спиральной структурой, а их высокая антибактериальная активность обусловливает перспективность дальнейших исследований для разработки на их основе антибактериальных терапевтических средств.

Об авторах

Анастасия Андреевна Галкина

Государственный научный центр «Институт иммунологии»

Email: anastasia.a.galkina@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4521-0813
SPIN-код: 7329-0197
Россия, Москва

Дарья Константиновна Болякина

Государственный научный центр «Институт иммунологии»

Email: bolyakina.dasha@gmail.com
ORCID iD: 0009-0006-2223-1514
Россия, Москва

Анастасия Витальевна Шатилова

Государственный научный центр «Институт иммунологии»

Email: av.timofeeva@nrcii.ru
ORCID iD: 0000-0003-3780-2878
SPIN-код: 1988-1536
Россия, Москва

Артем Андреевич Шатилов

Государственный научный центр «Институт иммунологии»

Email: aa.shatilov@nrcii.ru
ORCID iD: 0000-0002-4675-8074
SPIN-код: 6768-5796
Россия, Москва

Марина Олеговна Бабихина

Государственный научный центр «Институт иммунологии»

Email: mbabihina@gmail.com
ORCID iD: 0009-0000-5935-1647
SPIN-код: 4621-0268
Россия, Москва

Алла Константиновна Голомидова

Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии»

Email: alla_golomidova@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9893-0270
SPIN-код: 9954-3759

канд. биол. наук

Россия, Москва

Александра Александровна Никонова

Государственный научный центр «Институт иммунологии»

Email: aa.nikonova@nrcii.ru
ORCID iD: 0000-0001-9610-0935
SPIN-код: 1950-5594

канд. биол. наук

Россия, Москва

Сергей Михайлович Андреев

Государственный научный центр «Институт иммунологии»

Email: andsergej@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0001-8297-579X
SPIN-код: 2542-5260

канд. хим. наук

Россия, Москва

Дмитрий Анатольевич Кудлай

Государственный научный центр «Институт иммунологии»

Email: D624254@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-1878-4467
SPIN-код: 4129-7880

д-р мед. наук

Россия, Москва

Надежда Николаевна Шершакова

Государственный научный центр «Институт иммунологии»

Email: nn.shershakova@nrcii.ru
ORCID iD: 0000-0001-6444-6499
SPIN-код: 7555-5925

канд. биол. наук

Россия, Москва

Муса Рахимович Хаитов

Государственный научный центр «Институт иммунологии»; Российский национальный исследовательский медицинский университет имени Н.И. Пирогова

Автор, ответственный за переписку.
Email: mr.khaitov@nrcii.ru
ORCID iD: 0000-0003-4961-9640
SPIN-код: 3199-9803

д-р мед. наук, профессор, чл.-корр. РАН

Россия, Москва; Москва

Список литературы

  1. Клинические рекомендации «Атопический дерматит». Российское общество дерматовенерологов и косметологов, Российская ассоциация аллергологов и клинических иммунологов, Союз педиатров России, 2020. 81 с.
  2. Wollenberg A., Bsarbarot S., Bieber T., et al. Consensus-based European guidelines for treatment of atopic eczema (atopic dermatitis) in adults and children: Part I // J Eur Acad Dermatol Venereol. 2018. Vol. 32, N 5. P. 657–682. doi: 10.1111/jdv.14891
  3. Capozza K., Gadd H., Kelley K., et al. Insights from caregivers on the impact of pediatric atopic dermatitis on families: "I'm tired, overwhelmed, and feel like i'm failing as a mother" // Dermatitis. 2020. Vol. 31, N 3. P. 223–227. doi: 10.1097/DER.0000000000000582
  4. Ong P.Y., Leung D.Y. Bacterial and viral infections in atopic dermatitis: A comprehensive review // Clin Rev Allergy Immunol. 2016. Vol. 51, N 3. P. 329–337. doi: 10.1007/s12016-016-8548-5
  5. Wang V., Keefer M., Ong P.Y. Antibiotic choice and methicillin-resistant Staphylococcus aureus rate in children hospitalized for atopic dermatitis // Ann Allergy Asthma Immunol. 2019. Vol. 122, N 3. P. 314–317. doi: 10.1016/j.anai.2018.12.001
  6. Sugarman J.L., Hersh A.L., Okamura T., et al. A retrospective review of streptococcal infections in pediatric atopic dermatitis // Pediatr Dermatol. 2011. Vol. 28, N 3. P. 230–234. doi: 10.1111/j.1525-1470.2010.01377.x
  7. Altunbulakli C., Reiger M., Neumann A.U., et al. Relations between epidermal barrier dysregulation and Staphylococcus species-dominated microbiome dysbiosis in patients with atopic dermatitis // J Allergy Clin Immunol. 2018. Vol. 142, N 5. P. 1643–1647. doi: 10.1016/j.jaci.2018.07.005
  8. Baker S. Infectious disease. A return to the pre-antimicrobial era? // Science. 2015. Vol. 347, N 6226. P. 1064–1066. doi: 10.1126/science.aaa2868
  9. Rodríguez-Rojas A., Moreno-Morales J., Mason A.J., Rolff J. Cationic antimicrobial peptides do not change recombination frequency in Escherichia coli // Biol Lett. 2018. Vol. 14, N 3. P. 20180006. doi: 10.1098/rsbl.2018.0006
  10. Prestinaci F., Pezzotti P., Pantosti A. Antimicrobial resistance: A global multifaceted phenomenon // Pathog Glob Health. 2015. Vol. 109, N 7. P. 309–318. doi: 10.1179/2047773215Y.0000000030
  11. Makarova O., Johnston P., Rodriguez-Rojas A., et al. Genomics of experimental adaptation of Staphylococcus aureus to a natural combination of insect antimicrobial peptides // Sci Rep. 2018. Vol. 8, N 1. P. 15359. doi: 10.1038/s41598-018-33593-7
  12. El Shazely B., Yu G., Johnston P.R., Rolff J. Resistance evolution against antimicrobial peptides in Staphylococcus aureus alters pharmacodynamics beyond the MIC // Front Microbiol. 2020. N 11. P. 103. doi: 10.3389/fmicb.2020.00103
  13. Yu G., Baeder D.Y., Regoes R.R., Rolff J. Predicting drug resistance evolution: Insights from antimicrobial peptides and antibiotics // Proc Biol Sci. 2018. Vol. 285, N 1874. P. 20172687. doi: 10.1098/rspb.2017.2687
  14. Hollmann A., Martinez M., Maturana P., et al. Antimicrobial peptides: Interaction with model and biological membranes and synergism with chemical antibiotics // Front Chem. 2018. N 6. P. 204. doi: 10.3389/fchem.2018.00204
  15. Pfalzgraff A., Brandenburg K., Weindl G. Antimicrobial peptides and their therapeutic potential for bacterial skin infections and wounds // Front Pharmacol. 2018. N 9. P. 281. doi: 10.3389/fphar.2018.00281
  16. Joo H.S., Fu C.I., Otto M. Bacterial strategies of resistance to antimicrobial peptides // Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci. 2016. Vol. 371, N 1695. P. 20150292. doi: 10.1098/rstb.2015.0292
  17. Falanga A., Del Genio V., Galdiero S. Peptides and dendrimers: How to combat viral and bacterial infections // Pharmaceutics. 2021. Vol. 13, N 1. P. 101. doi: 10.3390/pharmaceutics13010101
  18. Hoskin D.W., Ramamoorthy A. Studies on anticancer activities of antimicrobial peptides // Biochim Biophys Acta. 2008. Vol. 1778, N 2. P. 357–375. doi: 10.1016/j.bbamem.2007.11.008
  19. Веснина Л.Э., Мамонтова Т.В., Микитюк М.В., и др. Влияние фуллерена С60 на функциональную активность фагоцитарных клеток // Экспериментальная и клиническая фармакология. 2011. Т. 74, № 6. С. 26–29. doi: 10.30906/0869-2092-2011-74-6-26-29
  20. Andreev I., Petrukhina A., Garmanova A., et al. Penetration of fullerene C60 derivatives through biological membranes // Fullerenes, Nanotubes, and Carbon Nanostructures. 2008. Vol. 16, N 2. Р. 89–102. doi: 10.1080/15363830701885831
  21. Shershakova N.N., Andreev S.M., Tomchuk A.A., et al. Wound healing activity of aqueous dispersion of fullerene C60 produced by "green technology" // Nanomedicine. 2022. N 47. Р. 102619. doi: 10.1016/j.nano.2022.102619
  22. Zhai H.J., Zhao Y.F., Li W.L., et al. Observation of an all-boron fullerene // Nat Chem. 2014. Vol. 6, N 8. P. 727–731. doi: 10.1038/nchem.1999
  23. Михеев И.В. Анализ водных дисперсий немодифицированных фуллеренов: Автореф. дис. ... канд. хим. наук: 02.00.02. Место защиты: Моск. гос. ун-т им. М.В. Ломоносова. Москва, 2018. 20 с.
  24. Bunz H., Plankenhorn S., Klein R. Effect of buckminsterfullerenes on cells of the innate and adaptive immune system: An in vitro study with human peripheral blood mononuclear cells // Int J Nanomedicine. 2012. N 7. P. 4571–4580. doi: 10.2147/IJN.S33773
  25. Kim C.H. Immune regulation by microbiome metabolites // Immunology. 2018. Vol. 154, N 2. P. 220–229. doi: 10.1111/imm.12930
  26. Shershakova N., Baraboshkina E., Andreev S., et al. Anti-inflammatory effect of fullerene C60 in a mice model of atopic dermatitis // J Nanobiotechnol. 2016. Vol. 14, N 1. P. 1483–1493. doi: 10.1186/s12951-016-0159-z
  27. Andreev S., Purgina D., Bashkatova E., et al. Study of fullerene aqueous dispersion prepared by novel dialysis method. Simple way to fullerene aqueous solution // Fullerenes Nanotubes Carbon Nanostructur. 2015. Vol. 23, N 9. P. 792–800. doi: 10.1080/1536383X.2014.998758
  28. Gunasekera S., Muhammad T., Strömstedt A.A., et al. Alanine and lysine scans of the LL-37-derived peptide fragment KR-12 reveal key residues for antimicrobial activity // Chembiochem. 2018. Vol. 19, N 9. P. 931–939. doi: 10.1002/cbic.201700599
  29. Cândido E.S., Cardoso M.H., Chan L.Y., et al. Short cationic peptide derived from archaea with dual antibacterial properties and anti-infective potential // ACS Infect Dis. 2019. Vol. 5, N 7. P. 1081–1086. doi: 10.1021/acsinfecdis.9b00073
  30. De Breij A., Riool M., Cordfunke R.A., et al. The antimicrobial peptide SAAP-148 combats drug-resistant bacteria and biofilms // Sci Transl Med. 2018. Vol. 10, N 423. P. eaan4044. doi: 10.1126/scitranslmed.aan4044
  31. Stein T., Vater J., Kruft V., et al. The multiple carrier model of nonribosomal peptide biosynthesis at modular multienzymatic templates // J Biol Chem. 1996. Vol. 271, N 26. P. 15428–15435. doi: 10.1074/jbc.271.26.15428
  32. Huang Y., Huang J., Chen Y. Alpha-helical cationic antimicrobial peptides: Relationships of structure and function // Protein Cell. 2010. Vol. 1, N 2. P. 143–152. doi: 10.1007/s13238-010-0004-3
  33. Mahlapuu M., Håkansson J., Ringstad L., Björn C. Antimicrobial peptides: An emerging category of therapeutic agents // Front Cell Infect Microbiol. 2016. Vol. 27, N 6. P. 194. doi: 10.3389/fcimb.2016.00194
  34. Dias A.P., da Silva Santos S., da Silva J.V., et al. Dendrimers in the context of nanomedicine // Int J Pharm. 2020. N 573. P. 118814. doi: 10.1016/j.ijpharm.2019.118814
  35. Brahmachary M., Krishnan S.P., Koh J.L., et al. ANTIMIC: А database of antimicrobial sequences // Nucleic Acids Res. 2004. N 32. P. D586–589. doi: 10.1093/nar/gkh032
  36. Lu J., Xu H., Xia J., et al. D- and unnatural amino acid substituted antimicrobial peptides with improved proteolytic resistance and their proteolytic degradation characteristics // Front Microbiol. 2020. N 11. P. 563030. doi: 10.3389/fmicb.2020.563030
  37. Jia F., Wang J., Peng J., et al. D-amino acid substitution enhances the stability of antimicrobial peptide polybia-CP // Acta Biochim Biophys Sin (Shanghai). 2017. Vol. 49, N 10. P. 916–925. doi: 10.1093/abbs/gmx091
  38. Moiola M., Memeo M.G., Quadrelli P. Stapled peptides-a useful improvement for peptide-based drugs // Molecules. 2019 Vol. 24, N 20. P. 3654. doi: 10.3390/molecules24203654
  39. Migoń D., Neubauer D., Kamysz W. Hydrocarbon stapled antimicrobial peptides // Protein J. 2018. Vol. 37, N 1. P. 2–12. doi: 10.1007/s10930-018-9755-0
  40. Verdine G.L., Hilinski G.J. Stapled peptides for intracellular drug targets // Methods Enzymol. 2012. N 503. P. 3–33. doi: 10.1016/B978-0-12-396962-0.00001-X
  41. Gan B.H., Gaynord J., Rowe S.M., et al. The multifaceted nature of antimicrobial peptides: Current synthetic chemistry approaches and future directions // Chem Soc Rev. 2021. Vol. 50, N 13. P. 7820–7880. doi: 10.1039/d0cs00729c
  42. Park C.B., Yi K.S., Matsuzaki K., et al. Structure-activity analysis of buforin II, a histone H2A-derived antimicrobial peptide: The proline hinge is responsible for the cell-penetrating ability of buforin II // Proc Natl Acad Sci USA. 2000. Vol. 97, N 15. P. 8245–8250. doi: 10.1073/pnas.150518097
  43. Li D., Yang Y., Li R., et al. N-terminal acetylation of antimicrobial peptide L163 improves its stability against protease degradation // J Pept Sci. 2021. Vol. 27, N 9. P. e3337. doi: 10.1002/psc.3337
  44. Vineeth Kumar T., Asha R., George S. Identification and functional characterisation of Esculentin-2 HYba peptides and their C-terminally amidated analogs from the skin secretion of an endemic frog // Nat Prod Res. 2021. Vol. 35, N 8. P. 1262–1266. doi: 10.1080/14786419.2019.1644636
  45. Hirano M., Saito C., Yokoo H., et al. Development of antimicrobial stapled peptides based on magainin 2 sequence // Molecules. 2021. Vol. 26, N 2. P. 444. doi: 10.3390/molecules26020444
  46. Nguyen H.L., Trujillo-Paez J.V., Umehara Y., et al. Role of antimicrobial peptides in skin barrier repair in individuals with atopic dermatitis // Int J Mol Sci. 2020. Vol. 21, N 20. P. 7607. doi: 10.3390/ijms21207607
  47. Sroka-Tomaszewska J., Trzeciak M. Molecular mechanisms of atopic dermatitis pathogenesis // Int J Mol Sci. 2021. Vol. 22, N 8. P. 4130. doi: 10.3390/ijms22084130
  48. Leung D.I. Staphylococcus aureus in atopic dermatitis // Reitamo S., Luger T.A., Steinhoff M., eds. Textbook of atopic dermatitis. London: Informa Healthcare, 2008. P. 59–68.
  49. Lin Y.T., Wang C.T., Chiang B.L. Role of bacterial pathogens in atopic dermatitis // Clin Rev Allergy Immunol. 2007. Vol. 33, N 3. P. 167–177. doi: 10.1007/s12016-007-0044-5
  50. Byrd A.L., Deming C., Cassidy S.K., et al. Staphylococcus aureus and Staphylococcus epidermidis strain diversity underlying pediatric atopic dermatitis // Sci Transl Med. 2017. Vol. 9, N 397. P. eaal4651. doi: 10.1126/scitranslmed.aal4651
  51. Chng K.R., Tay A.S., Li C., et al. Whole metagenome profiling reveals skin microbiome-dependent susceptibility to atopic dermatitis flare // Nat Microbiol. 2016. Vol. 1, N 9. P. 16106. doi: 10.1038/nmicrobiol.2016.106
  52. Hanski I., von Hertzen L., Fyhrquist N., et al. Environmental biodiversity, human microbiota, and allergy are interrelated // Proc Natl Acad Sci USA. 2012. Vol. 109, N 21. P. 8334–8339. doi: 10.1073/pnas.1205624109
  53. Grice K., Sattar H., Baker H., Sharratt M. The relationship of transepidermal water loss to skin temperature in psoriasis and eczema // J Invest Dermatol. 1975. Vol. 64, N 5. P. 313–315. doi: 10.1111/1523-1747.ep12512258
  54. Ong P.Y., Ohtake T., Brandt C., et al. Endogenous antimicrobial peptides and skin infections in atopic dermatitis // N Engl J Med. 2002. Vol. 347, N 15. P. 1151–1160. doi: 10.1056/NEJMoa021481
  55. Gupta R., Gupta N. Quorum sensing, bioluminescence and chemotaxis // Gupta R., Gupta N., eds. Fundamentals of bacterial physiology and metabolism. Springer: Singapore, 2021. P. 633–652.
  56. Kanda N., Hau C., Tada Y., et al. Decreased serum LL-37 and vitamin D3 levels in atopic dermatitis: Relationship between IL-31 and oncostatin M // Allergy. 2012. Vol. 67, N 6. P. 804–812. doi: 10.1111/j.1398-9995.2012.02824.x
  57. Glatz M., Bosshard P.P., Hoetzenecker W., Schmid-Grendelmeier P. The role of Malassezia spp. in atopic dermatitis // J Clin Med. 2015. Vol. 4, N 6. P. 1217–1228. doi: 10.3390/jcm4061217
  58. Roesner L.M., Werfel T. Autoimmunity (or Not) in atopic dermatitis // Front Immunol. 2019. N 10. P. 2128. doi: 10.3389/fimmu.2019.02128
  59. Badloe F.M., de Vriese S., Coolens K., et al. IgE autoantibodies and autoreactive T cells and their role in children and adults with atopic dermatitis // Clin Transl Allergy. 2020. N 10. P. 34. doi: 10.1186/s13601-020-00338-7
  60. Pellefigues C. IgE autoreactivity in atopic dermatitis: Paving the road for autoimmune diseases? // Antibodies (Basel). 2020. Vol. 9, N 3. P. 47. doi: 10.3390/antib9030047.38
  61. Machado M., Silva S., Costa E.M. Are antimicrobial peptides a 21st-century solution for atopic dermatitis? // Int J Mol Sci. 2023. Vol. 24, N 17. P. 13460. doi: 10.3390/ijms241713460

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Интенсивность роста колоний E. coli Dh5α под воздействием пептида AB-18.

Скачать (298KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Интенсивность роста колоний E. coli Dh5α под воздействием пептида AB-17.

Скачать (294KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Интенсивность роста колоний E. coli Dh5α под воздействием пептида AB-14.

Скачать (268KB)
Метаданные

© Фармарус Принт Медиа, 2023

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах