Park, Kyoungsoo;Songyub Shin;Kyungsoo Hahm;Kim, Yangmee
한국생물물리학회:학술대회논문집
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한국생물물리학회 2001년도 학술 발표회 진행표 및 논문초록
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pp.29-29
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2001
Leukocytes are important elements in the host defense against microbial infections. A variety of antimicrobial peptides named as the cathelicidin family have been identified from leukocytes. PMAP-23 derived from porcine myeloid cells is an antimicrobial peptide belong to the cathelicidin family. PMAP-23 was reported to have potent growth inhibition activity against bacterial and tumor cells with no hemolytic activity.(omitted)
Inflammatory skin diseases such as atopic dermatitis (AD) and rosacea were complicated by barrier abrogation and deficiency in innate immunity. The first defender of epidermal innate immune response is the antimicrobial peptides (AMPs) that exhibit a broad-spectrum antimicrobial activity against multiple pathogens, including Gram-positive and Gram-negative bacteria, viruses, and fungi. The deficiency of these AMPs in the skin of AD fails to protect our body against virulent pathogen infections. In contrast to AD where there is a suppression of AMPs, rosacea is characterized by overexpression of cathelicidin antimicrobial peptide (CAMP), the products of which result in chronic epidermal inflammation. In this regard, AMP generation that is controlled by a key ceramide metabolite S1P-dependent mechanism could be considered as alternate therapeutic approaches to treat these skin disorders, i.e., Increased S1P levels strongly stimulated the CAMP expression which elevated the antimicrobial activity against multiple pathogens resulting the improved AD patient skin.
Park Eu-Jin;Chae Young-Kee;Lee Jee-Young;Lee Byoung-Jae;Kim Yang-Mee
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제16권9호
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pp.1429-1433
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2006
Application of recombinant protein production and particularly their isotopic enrichment has stimulated development of a range of novel multidimensional heteronuclear NMR techniques. Peptides in most cases are amenable to assignment and structure determination without the need for isotopic labeling. However, there are many cases where the availability of $^{15}N$ and/or $^{13}C$ labeled peptides is useful to study the structure of peptides with more than 30 residues and the interaction between peptides and membrane. CRAMP (Cathelicidin-Related AntiMicrobial Peptide) was identified from a cDNA clone derived from mouse femoral marrow cells as a member of cathelicidin-derived antimicrobial peptides. CRAMP was successfully expressed as a GST-fused form in E. coli and purified using affinity chromatography and reverse-phase chromatography. The yield of the CRAMP was 1.5 mg/l 1. According to CD spectra, CRAMP adopted ${\alpha}$-helical conformation in membrane-mimetic environments. Isotope labeling of CRAMP is expected to make it possible to study the structure and dynamic properties of CRAMP in various membrane systems.
Park, Kyong-Soo;Shin, Song-Yub;Hahm, Kyung-Soo;Kim, Yang-Mee
Bulletin of the Korean Chemical Society
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제24권10호
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pp.1478-1484
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2003
CRAMP was identified from a cDNA clone derived from a mouse femoral marrow cells as a member of cathelicidin-derived antimicrobial peptide. Tertiary structure of CRAMP in TFE/$H_2O$ (1 : 1, v/v) solution has been determined by NMR spectroscopy previously and consists of two amphipathic $\alpha-helices$ from Leu4 to Lys10 and from Gly16 to Leu33. These two helices are connected by a flexible region from Gly11 to Gly16. Analysis of series of fragments composed of various portion of CRAMP revealed that an 18-residue fragment with the sequence from Gly16 to Leu33 (CRAMP-18) was found to retain antibacterial activity without cytotoxicity. The effects of two Phe residues at positions 14 and 15 of CRAMP-18 on structure, antibacterial activity, and interaction with lipid membranes were investigated by $Phe^{14,15}$${\rightarrow}$ Ala substitution (CRAMP-18-A) in the present study. Substitution of Phe with Ala in CRAMP-18 caused a significant reduction on antibacterial and membrane-disrupting activities. Tertiary structures of CRAMP-18 in 50% TFE/$H_2O$ (1 : 1, v : v) solution shows amphipathic ${\alpha}$-helix, from $Glu^2{\;}to{\;}Leu^{18}$, while CRAMP-18-A has relatively short amphipathic ${\alpha}$-helix from $Leu^4{\;}to{\;}Ala^{15}$. These results suggest that the hydrophobic property of $Phe^{14}{\;}and{\;}Phe^15$ in CRAMP-18 is essential for its antibacterial activity, ${\alpha}$-helical structure, and interactions with phospholipid membranes.
Acinetobacter baumannii is known for its multidrug antibiotic resistance. New approaches to treating drug-resistant bacterial infections are urgently required. Cathelicidin-related antimicrobial peptide (CRAMP) is a murine antimicrobial peptide that exerts diverse immune functions, including both direct bacterial cell killing and immunomodulatory effects. In this study, we sought to identify the role of CRAMP in the host immune response to multidrug-resistant Acinetobacter baumannii. Wild-type (WT) and CRAMP knockout mice were infected intranasally with the bacteria. CRAMP-/- mice exhibited increased bacterial colony-forming units (CFUs) in bronchoalveolar lavage (BAL) fluid after A. baumannii infection compared to WT mice. The loss of CRAMP expression resulted in a significant decrease in the recruitment of immune cells, primarily neutrophils. The levels of IL-6 and CXCL1 were lower, whereas the levels of IL-10 were significantly higher in the BAL fluid of CRAMP-/- mice compared to WT mice 1 day after infection. In an in vitro assay using thioglycollate-induced peritoneal neutrophils, the ability of bacterial phagocytosis and killing was impaired in CRAMP-/- neutrophils compared to the WT cells. CRAMP was also essential for the production of cytokines and chemokines in response to A. baumannii in neutrophils. In addition, the A. baumannii-induced inhibitor of κB-α degradation and phosphorylation of p38 MAPK were impaired in CRAMP-/- neutrophils, whereas ERK and JNK phosphorylation was upregulated. Our results indicate that CRAMP plays an important role in the host defense against pulmonary infection with A. baumannii by promoting the antibacterial activity of neutrophils and regulating the innate immune responses.
Rao, Zhili;Kim, So Young;Akanda, Md Rashedunnabi;Lee, Su Jin;Jung, In Duk;Park, Byung-Yong;Kamala-Kannan, Seralathan;Hur, Jin;Park, Jung Hee
Molecules and Cells
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제42권3호
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pp.262-269
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2019
The porcine myeloid antimicrobial peptide (PMAP), one of the cathelicidin family members, contains small cationic peptides with amphipathic properties. We used a putative lysozyme originated from the bacteriophage P22 (P22 lysozyme) as a fusion partner, which was connected to the N-terminus of the PMAP36 peptide, to markedly increase the expression levels of recombinant PMAP36. The PMAP36-P22 lysozyme fusion protein with high solubility was produced in Escherichia coli. The final purified yield was approximately 1.8 mg/L. The purified PMAP36-P22 lysozyme fusion protein exhibited antimicrobial activity against both Gram-negative and Grampositive bacteria (Staphylococcus aureus, Salmonella enterica serovar Typhimurium, Pseudomonas aeruginosa, and Bacillus subtilis). Furthermore, we estimated its hemolytic activity against pig erythrocytes as 6% at the high concentration ($128{\mu}M$) of the PMAP36-P22 lysozyme fusion protein. Compared with the PMAP36 peptide (12%), our fusion protein exhibited half of the hemolytic activity. Overall, our recombinant PMAP36-P22 lysozyme fusion protein sustained the antimicrobial activity with the lower hemolytic activity associated with the synthetic PMAP36 peptide. This study suggests that the PMAP36-P22 lysozyme fusion system could be a crucial addition to the plethora of novel antimicrobials.
항균 펩타이드(Antimicrobial peptides(AMPs)는 그람 양성, 그람 음성 세균과 진균병원체에 대항하는 생명체에서 중요한 역할을 하는 물질이다. 인간의 Cathelicidin 항균 펩타이드는 임상학적으로 사용할 수 있는 여러 가지의 생물학적 활성을 가진다. 항균 펩타이드의 생산 비용은 재조합 방법으로 낮출 수가 있다. 대장균은 저렴하며 손쉬운 조작이 가능하기 때문에 다른 재조합 단백질처럼 항균 펩타이드의 발현에 훌륭한 숙주가 될 수 있다. 그러나 대장균에서의 항균 펩타이드의 과발현은 항균 펩타이드가 과발현 되었을 때 대장균에 독성을 보일 수 있으므로 어려움이 보고가 되어있다. 본 연구에서는 이러한 문제점을 극복하고자 항균 펩타이드를 Glutathione S-transferase(GST) 결합 단백질에 융합하여 항균펩타이드의 독성을 감소시키도록 설계하여 발현을 시도하였다. 이 때 발현한 항균 펩티드는 LL37과, gaegurin4과 LL37의 잡종 펩타이드 GGN4-LL37(GL32로 명명)를 GST에 융합되도록 벡터를 구축하고 설계하여 대장균에서 GST 융합단백질로 발현시켰다. 융합 단백질은 친화력 컬럼을 사용하여 분리하고 GST를 절단하여 항균펩타이드 만을 분리하였고 분리한 펩타이드는 웨스턴 블롯팅으로 확인하였고 그람 양성, 그람 음성 세균에 대하여 항균 활성을 나타내는 것을 확인하였다.
LL-37 is the only antimicrobial peptide (AMP) of the human cathelicidin family. In addition to potent antimicrobial activity, LL-37 is known to have the potential to inhibit lipolysaccharide (LPS)-induced endotoxic effects. To provide the stability to proteolytic digestion and increase prokaryotic selectivity and/or anti-endotoxic activity of two Lys/Trp-substituted 19-meric antimicrobial peptides (a4-W1 and a4-W2) designed from IG-19 (residues 13-31 of LL-37), we synthesized the diastereomeric peptides (a4-W1-D and a4-W2-D) with D-amino acid substitution at positions 3, 7, 10, 13 and 17 of a4-W1 and a4-W2, respectively and the enantiomeric peptides (a4-W1-E and a4-W2-E) composed D-amino acids. The diastereomeric peptides exhibited the best prokaryotic selectivity and effective protease stability, but no or less anti-endotoxic activity. In contrast, the enantiomeric peptides had not only prokaryotic selectivity and anti-endotoxic activity but also protease stability. Our results suggest that the hydrophobicity and ${\alpha}$-helicity of the peptide is important for anti-endotoxic activity. In particular, the enantiomeric peptides showed potent anti-endotoxic and LPS-neutralizing activities comparable to that of LL-37. Taken together, both a4-W1-E and a4-W2-E holds promise as a template for the development of peptide antibiotics for the treatment of endotoxic shock and sepsis.
[ $^{31}P$ ] powder pattern spectra were measured to investigate the aspects of the interaction between the MLV (Multilamellar vesicle) and PMAP-23, a membrane of cathelicidin family and then CSAs(chemical shift anisotropy) were calculated to indentify the extent of perturbation of phospholipid mobility by the peptides. We found that acidic phospholipid interacts strongly with PMAP-23, and the analogues which modified to increase the amphipathic property showed that larger change of CSA. The analogue which introduced positive charge showed the same effects with amphipathic property.
Shuaibing Shi;Hefan Dong;Xiaoyou Chen;Siqi Xu;Yue Song;Meiting Li;Zhiling Yan ;Xiaoli Wang ;Mingfu Niu ;Min Zhang;Chengshui Liao
Journal of Veterinary Science
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제24권3호
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pp.44.1-44.17
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2023
Background: Antibiotic resistance is a significant public health concern around the globe. Antimicrobial peptides exhibit broad-spectrum and efficient antibacterial activity with an added advantage of low drug resistance. The higher water content and 3D network structure of the hydrogels are beneficial for maintaining antimicrobial peptide activity and help to prevent degradation. The antimicrobial peptide released from hydrogels also hasten the local wound healing by promoting epithelial tissue regeneration and granulation tissue formation. Objective: This study aimed at developing sodium alginate based hydrogel loaded with a novel antimicrobial peptide Chol-37(F34-R) and to investigate the characteristics in vitro and in vivo as an alternative antibacterial wound dressing to treat infectious wounds. Methods: Hydrogels were developed and optimized by varying the concentrations of crosslinkers and subjected to various characterization tests like cross-sectional morphology, swelling index, percent water contents, water retention ratio, drug release and antibacterial activity in vitro, and Pseudomonas aeruginosa infected wound mice model in vivo. Results: The results indicated that the hydrogel C proved superior in terms of cross-sectional morphology having uniformly sized interconnected pores, a good swelling index, with the capacity to retain a higher quantity of water. Furthermore, the optimized hydrogel has been found to exert a significant antimicrobial activity against bacteria and was also found to prevent bacterial infiltration into the wound site due to forming an impermeable barrier between the wound bed and external environment. The optimized hydrogel was found to significantly hasten skin regeneration in animal models when compared to other treatments in addition to strong inhibitory effect on the release of pro-inflammatory cytokines (interleukin-1β and tumor necrosis factor-α). Conclusions: Our results suggest that sodium alginate -based hydrogels loaded with Chol-37(F34-R) hold the potential to be used as an alternative to conventional antibiotics in treating infectious skin wounds.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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