Comparison of NMR structures and model-membrane interactions of 15-residue antimicrobial peptides derived from bovine lactoferricin

摘要

LFB (FKCRRWQWRMKKLGA-HN₂) is a 15-residue linear antimicrobial peptide derived from bovine lactoferricin, which has antimicrobial activity similar to that of the intact 25-residue disulfide-cyclized peptide. Previous alanine-scan studies, in which all of the residues in LFB were individually replaced with Ala, showed that the 2 tryptophan (Trp) residues of LFB were crucial to its antimicrobial activity. When either Trp6 or Trp8 was replaced with Ala (LFBA6 and LFBA8, respectively), these 2 peptides were almost devoid of antimicrobial activity. We determined the structures of LFB, LFBA6, and LFBA8 bound to membrane-mimetic SDS micelles using NMR spectroscopy, and studied their interactions with different phospholipid-model membranes. The membrane interactions of LFB exhibited little correlation with its antimicrobial activity, suggesting that the mechanism of action of LFB involves intracellular targets. However, the much higher antimicrobial activity of LFB compared with LFBA6 and LFBA8 might result, in part, from the formation of energetically favorable cation-π interactions observed only in LFB. Information about the importance of Arg and Trp cation-π interactions will provide insight for the future design of potent antimicrobial peptidomimetics.Le LFB (FKCRRWQWRMKKLGA-NH₂) est un peptide linéaire anti-microbien de 15 résidus dérivé de la lactoferricine bovine qui exerce la même activité antimicrobienne que le peptide cyclique intact constitué de 25 résidus, maintenu par un pont disulfure. Des études de balayage à l'alanine, dans lesquelles tous les résidus du LFB ont été remplacés individuellement par une Ala, ont démontré que les 2 résidus Trp du LFB étaient essentiels à son activité antimicrobienne. La substitution du résidu Trp6 ou Trp8 par une Ala a produit 2 peptides (respectivement LFBA6 et LFBA8) presque totalement dépourvus d'activité antimicrobienne. Nous avons déterminé les structures du LFB et des formes LFB6 et LFB8 liées à des micelles de SDS membrano-mimétiques par spectroscopie RMN et étudié leur interaction avec différents modèles de membranes de phospholipides. Les interactions membranaires du LFB ne révèlent qu'une faible corrélation avec son activité antimicrobienne, suggérant que le mécanisme d'action du LFB implique probablement des cibles intracellulaires. Cependant, l'activité antimicrobienne largement supérieure du LFB par rapport à celles des formes LFBA6 ou LFBA8 peut résulter, du moins en partie, d'interactions cation-π énergétiquement favorables, observées uniquement dans le LFB. Une meilleure connaissance de l'importance de l'Arg et du Trp dans les interactions cation-π fournira les bases nécessaires à la conception d'agents peptido-mimétiques antimicrobiens puissants.