As a biological model system for the production of an active antibacterial peptide, we have attempted the expression and secretion of insect defensin in Saccharomyces cerevisiae. Nucleotide sequences encoding mature defensin composed of 40 amino acids were fused in frame with promoter and signal sequence of Saccharomyces diastaticus glucoamylase, and mating factor $\alpha$ l[MF $\alpha$1] prosequence. The host strain, S. cerevisiae 2805 was transformed with the resulting plasmid, pSMFll The secretion of functional defensin was confirmed by growth inhibition zone assay using Micrococcus luteus as a test organism. Insect defensin was secreted to the culture supernatant in biologically active form by glucoamylase signal sequence and mating factor $\alpha$1 prosequence. Most of antibacterial activity was detected in the culture supernatant. Defensin was also active against Staphylococcus aureus and Listeria monocytogenes.
Defensins, cysteine-rich cationic polypeptides released from neutrophils, are known to have powerful antimicrobial properties. In this study, we sacrificed 30 rats to investigate the effects of ${\alpha}$-defensin 1 on detrusor muscle contractions in isolated rat bladder. From the experiments we found relaxing effects of ${\alpha}$-defensin 1 on the contractions induced by phenylephrine (PE) but not by bethanechol (BCh) in the detrusor smooth muscles. To determine the mechanisms of the effects of ${\alpha}$-defensin 1, the changes of effects on PE-induced contraction by ${\alpha}$-defensin 1 pretreatment were observed after pretreatment of Rho kinase inhibitor (Y-27632), protein kinase C (PKC) inhibitor (Calphostin C), potent activator of PKC (PDBu; phorbol 12,13-dibutyrate), and NF-${\kappa}B$ inhibitors (PDTC; pyrrolidinedithiocarbamate and sulfasalazine). The contractile responses of PE ($10^{-9}{\sim}10^{-4}$ M) were significantly decreased in some concentrations of ${\alpha}$-defensin 1 ($5{\times}10^{-9}$ and $5{\times}10^{-8}$ M). When strips were pretreated with NF-kB inhibitors (PDTC and sulfasalazine; $10^{-7}{\sim}10^{-6}$ M), the relaxing responses by ${\alpha}$-defensin 1 pretreatment were disappeared. The present study demonstrated that ${\alpha}$-defensin 1 has relaxing effects on the contractions of rat detrusor muscles, through NF-${\kappa}B$ pathway. Further studies in vivo are required to clarify whether ${\alpha}$-defensin 1 might be clinically related with bladder dysfunction by inflammation process.
To develop a yeast strain of Pichia pastoris producing an antibacterial peptide, we have attempted the expression and secretion of an insect defensin. The nucleotide sequences corresponding to mature defensin were chemically synthesized by 6 oligomers, assembled in vitro and the synthesized gene was identified by nucleotide sequencing. The prepro sequence of yeast mating factor $\alpha$1 and the defensin gene were recombined into a Pichia expression vector, pPIC9K. The resulting plasmid, pPIDE, was transformed into P. pastoris GSl15 and transformants selected on histidine-deficient minimal plates were tested for antibacterial activity against Micrococcus luteus. Four strains with different antibacterial activity were selected for further analysis. Southern hybridization and RT-PCR verified the defensin gene was maintained and transcribed in a host. Four strains were cultivated in YPD broth for 96 hours to compare cell growth and antibacterial activity, They showed no difference in cell growth, however, each strain showed different antibacterial activity pattern with culture time. The maximal activity was about 550 AU/ $m\ell$.
A defensin is an inducible antibacterial peptide from a fleshfly and contains 40 residues basic peptide with six cysteines. For the consiruction of recombinant S cerevisiae expressing defensin, the structural gene coding for active defensin was chemically synthesized and fused in fiam to GAP promoter, MFul preprosequence and the GAL7 transcription terminator, generating a recombinant plasnlid pGMD18. S. ce~evisine 2805 Gells were transror~ned to uracil prototroph by the pGMDl8 arid the transformed cells showing antibacterial activity against 111. luteus TAM1056 were selected by growth inhibition zone assay. The optimal culture conditions for the unprovement of the defensin production of a selected tmdonnant were investigated. The optirmzed medium containing 0.4% yeast extract, 2% corn steep liquor, 2.5% glucose and 0.05% $C_2CO_3$, could be determined and the optimum lemperature. and initial pH could be detennnied as $28^{\circ}C$ and pH 3, ~mpectively. The optimized conditioiis revealed the trvofold Increase in the cell growth and the fourfold in the antibaclerial activity. coinpar-ed with tllc Yl'D medium.
We investigated the biochemical properties of insect defensin expressed and secreted from Saccharomyces corevisiae. The defensin showed extremely high resistance to boiling for up to 30 min and to pH values tested from 2.0 to 12.0. The treatment of defensin with various proteases abolished antibacterial activity. However, amylases, cellulase, lipase and catalase had no effect on the activity. The defensin was purified to homogeneity through ammonium sulfate concentration of culture supernatant, SP-Sepharose column chromatography and RP-HPLC. Tricin-SDS-PAGE analysis revealed that the molecular weight of the defensin was about 4.0 kDa. The antibacterial activity of the purified defensin was verified by renaturation of stained gel and gel pouring assay using Micrococcus luteus as a test organism.
Antimicrobial peptides of insects are found and reported as immune defence system against infectious agents. The peptides are produced by fat body cells and thrombocytoids, a blood cell type. Defensin is 38-45 amino acids long and consists of an ${\alpha}$-helix linked by a loop to an antiparallel ${\beta}$-sheet. Defensin from a bumblebee, Bombus ignitus, is known to comprise 52 amino acid residues. This peptide consists of two ${\alpha}$-helixes; ACAANCLSM and KTNFKDLWDKRF and one ${\beta}$-sheet; GGRCENGVCLCR. We carried out antibacterial activity test by radial diffusion assay against Staphylococcus aureus (Gram positive), Escherichia coli (Gram negative), Pseudomonas syringae (Gram negative), Candida albicans (fungi), MDRPA, MRSA, and VRE (antimicrobial resistant microbes) with synthetic oligopeptides from Peptron (Daejeon, Korea). The predicted curtailment fragment (GGRCEVCLCR-$NH_2$) for ${\beta}$-sheet had strong antibacterial activity when internal amino acids were removed. But, curtailment fragments (ACAANCLSM-$NH_2$ and TNFKDLWDKR-$NH_2$) of ${\alpha}$-helix were not showed antibacterial activity. These synthetic oligopeptides were showed the great activity against Gram positive and negative bacteria.
Jesse W.P. Kuiper;Steven J. Verberne;Pim W. van Egmond;Karin Slot;Olivier P.P. Temmerman;Constantijn J. Vos
Hip & pelvis
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v.34
no.4
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pp.236-244
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2022
Purpose: The most recent diagnostic criteria for periprosthetic joint infection (PJI) include the use of the alpha-defensin (AD) lateral-flow (LF) test, but hip and knee arthroplasties were usually combined in previous studies. This prospective study was designed to examine the accuracy of the AD-LF test for diagnosis of PJI in chronic painful total hip arthroplasties (THA). Materials and Methods: Patients with chronic painful hip arthroplasties were prospectively enrolled between March 2018 and May 2020. Exclusion criteria included acute PJI or an insufficient amount of synovial fluid. The modified Musculoskeletal Infection Society (MSIS) criteria were primarily used for PJI diagnosis. Fifty-seven patients were included in the analysis group. Revision surgery was not performed in 38 patients, for different reasons (clinical group); these patients remain "Schrödinger's hips": in such cases PJI cannot be excluded nor confirmed until you "open the box". Results: The result of the AD-LF test was positive in nine patients and negative in 48 patients. Six patients were diagnosed with PJI. AD-LF sensitivity (MSIS criteria) was 83% (95% confidence interval [CI] 36-100%) and specificity was 92% (95% CI 81-98%). The positive and negative predictive value were 56% and 98%, respectively. Conclusion: The AD test is useful in addition to the existing arsenal of diagnostic tools, and can be helpful in the decision-making process. Not all patients with chronical painful THA will undergo revision surgery. Consequently, in order to determine the reliable diagnostic accuracy of this test, future PJI diagnostic studies should include a second arm of "Schrödinger's hips".
Lee, Jaeho;Lee, Daeun;Choi, Hyemin;Kim, Ha Hyung;Kim, Ho;Hwang, Jae Sam;Lee, Dong Gun;Kim, Jae Il
BMB Reports
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v.47
no.11
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pp.625-630
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2014
Defensins, which are small cationic molecules produced by organisms as part of their innate immune response, share a common structural scaffold that is stabilized by three disulfide bridges. Coprisin is a 43-amino acid defensin-like peptide from Copris tripartitus. Here, we report the intramolecular disulfide connectivity of cysteine-rich coprisin, and show that it is the same as in other insect defensins. The disulfide bond pairings of coprisin were determined by combining the enzymatic cleavage and mass analysis. We found that the loss of any single disulfide bond in coprisin eliminated all antibacterial, but not antifungal, activity. Circular dichroism (CD) analysis showed that two disulfide bonds, Cys20-Cys39 and Cys24-Cys41, stabilize coprisin's ${\alpha}$-helical region. Moreover, a BLAST search against UniProtKB database revealed that coprisin's ${\alpha}$-helical region is highly homologous to those of other insect defensins.
The 43-residue defensin-like peptide coprisin, which is isolated from dung bettle, Copris tripartitus, is a potent antimicrobial peptide. In our previous work, we determined the tertiary structure of coprisin and found that alpha helical region of coprisin from residue 19 to residue 30 is important for its antimicrobial activities. Here, we designed cop12mer and cop9mer analogs of coprisin based on the tertiary structure of coprisin. To investigate the relationship between hydrophobicity and antimicrobial activities and develop the potent peptide antibiotics, we designed cop9mer-1 with substitution of $His^2$ with Trp in cop9mer. The results showed that cop9mer-1 has higher toxicities as well as improved antimicrobial activities compared to cop9mer. In order to reduce the toxicity of cop9mer-1, we designed cop9mer-2 and cop9mer-3 with substitution of $Cys^3$ with Lys or Ser. Substitution of $Cys^3$ with these hydrophilic amino acids results in lower cytotoxicities compared to cop9mer-1. Cop9mer-2 with substitution of $Cys^3$ with Lys in Cop9mer-1 showed high antibacterial activities against drug resistant bacteria without cytotoxicity. Antibiotic action of cop9mer-1 analog appears to involve permeabilization of the bacterial cell membrane while cop9mer-2 and cop9mer-3 may have different mechanism of action. These results imply that that optimum balance in hydrophobicity and hydrophilicity in these 9-meric peptides plays key roles in their antimicrobial activities as well as cytotoxicities.
Park, Mee Sook;Kim, Jin Il;Lee, Ilseob;Park, Sehee;Bae, Joon-Yong;Park, Man-Seong
Biomolecules & Therapeutics
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v.26
no.3
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pp.242-254
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2018
Defensins are antimicrobial peptides that participate in the innate immunity of hosts. Humans constitutively and/or inducibly express ${\alpha}$- and ${\beta}$-defensins, which are known for their antiviral and antibacterial activities. This review describes the application of human defensins. We discuss the extant experimental results, limited though they are, to consider the potential applicability of human defensins as antiviral agents. Given their antiviral effects, we propose that basic research be conducted on human defensins that focuses on RNA viruses, such as human immunodeficiency virus (HIV), influenza A virus (IAV), respiratory syncytial virus (RSV), and dengue virus (DENV), which are considered serious human pathogens but have posed huge challenges for vaccine development for different reasons. Concerning the prophylactic and therapeutic applications of defensins, we then discuss the applicability of human defensins as antivirals that has been demonstrated in reports using animal models. Finally, we discuss the potential adjuvant-like activity of human defensins and propose an exploration of the 'defensin vaccine' concept to prime the body with a controlled supply of human defensins. In sum, we suggest a conceptual framework to achieve the practical application of human defensins to combat viral infections.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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