An NMR Study on the Phase Changes of Lipid Bilayers by Antimicrobial Peptides

The phase changes of 1-palmitoyl-$d_{31}$-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphatidylcholine (POPC_$d_{31}$) bilayers distorted by an antimicrobial peptide, a magainin 2 or an aurein 3.3 were investigated by using $^2H$ solid-state NMR (SSNMR) spectroscopy. From the theoretical simulation of the experimental $^2H$ solid-state NMR spectra the geometric structure constants and the lateral diffusion coefficients were obtained in the peptide-lipid mixture phases. Within five days of the peptide action on the lipid bilayers only the distorted alignment of the bilayers were measured but after 100 days an elliptic toroidal pore structure and an inverted hexagonal phase were formed in the presence of magainin 2 and aurein 3.3, respectively. In order to investigate the effect of an anionic lipid molecule on the actions of two peptides on the lipid bilayer, the same experiments were performed on the POPC_$d_{31}$/1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphatidylglycerol (POPG) bilayer and the significant differences in the actions of two peptides on two bilayers of POPC_$d_{31}$ and POPC_$d_{31}$/POPG were measured.

항균성 펩타이드에 의한 지질 이중막의 상 변화에 대한 NMR 연구

1-Palmitoyl-$d_{31}$-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphatidylcholine (POPC_$d_{31}$)로 이루어진 지질 이중막에 항균성 펩타이드 magainin 2와 aurein 3.3이 작용했을 때 일어나는 상변화를 중수소 고체 핵자기 공명 스펙트럼을 관측하여 탐구하였다. 측정된 중수소 고체 핵자기 공명 스펙트럼의 선모양을 이론적 모델 구조를 통하여 모사함으로써, 펩타이드-지질 혼합상태의 기하학적 구조상수 및 동력학적 표면 확산 계수 등을 구하였다. 펩타이드의 혼합 이후 5일 이내의 짧은 작용시간에는 지질 이중막의 정렬이 파괴되는 현상이 나타났으나, 100일 이후에는 magainin 2에 의해서는 타원형 원환체 기공 (elliptic toroidal pore)이, aurein 3.3에 의해서는 6각형 단면 막대구조 상(hexagonal phase)이 관측되었다. 지질 이중막 표면의 전하밀도가 항균성 펩타이드의 작용에 미치는 효과를 보기 위해 산성 지질인 1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphatidylglycerol (POPG)를 함유한 POPC_$d_{31}$/POPG 지질 이중막에 대해서도 동일한 실험을 수행하였다. 동일한 ${\alpha}$-나선형 구조를 가지는 두 펩타이드가 두 종류의 지질 이중막에 작용하는 과정의 차이를 확인할 수 있었다.