The interaction of mastoparan B, a cationic tetradecapeptide amide isolated from the hornet Vespa basalis, with phospholipid bilayers was studied with synthetic mastoparan B and its analogue with Ala instead of hydrophobic 12th amino acid residue in mastoparan B. MP-B and its derivative, [12-Ala]MP-B were synthesized by the solid-phase peptide synthesis method. MP-B and its analogue, [12-Ala]MP-B adopted an unordered structure in buffer solution. In the presence of neutral and acidic liposomes, the peptides took an $\alpha$-helical structure. The two peptides interacted with neutral and acidic lipid bilayers. These results indicated that the hydrophobic face in the amphipathic $\alpha$-helix of MP-B critically affected the biological activity and helical content.
A DOTAP analog labeled by NBD on the head group (DTNBD) was designed and synthesized to label DOTAP liposome. The structure was confirmed by $^1H$ NMR and FAB-MS, and the fluorescence of the newly synthesized DT-NBD was observed by fluorescent microscopy. The transfection efficiency of DOTAP liposome containing DT-NBD was comparable to commonly used NBD PE in COS7 and MCF7 cells. Furthermore, the level of cellular uptake and fluorescent intensity of fluorescent liposome containing DT-NBD was higher than NBD PE. Therefore, the novel NBD-labeled DOTAP analog seems to be effectively used for investigation of the cellular interaction and transfection mechanism of DOTAP liposome.
The mode of action of mastoparan B, an antimicrobial cationic tetradecapeptide amide isolated from the hornet Vespa basalis, toward phospholipid bilayers was studied with synthetic mastoparan B and its analogs with individual Ala instead of hydrophobic amino acids (1-Ile, 3-Leu, 6-Leu, 7-Val, 9-Trp, 13-Val, 14-Leu) in mastoparan B. Mastoparan B and its analogs were synthesized by the solid-phase method. Circular dichroism spectra showed that mastoparan B and its analogs adopted an unordered structure in buffer solution. In the presence of neutral and acidic liposomes, most of the peptides took an α-helical structure. The calcein leakage experiment indicated that mastoparan B interacted strongly with neutral and acidic lipid bilayers than its analogs. Mastoparan B also showed a more or less highly antimicrobial activity and hemolytic activity for human erythrocytes than its analogs. These results indicate that the hydrophobic face in the amphipathic α-helix of mastoparan B critically affect biological activity and helical contents.
Kim, Bieong-Kil;Doh, Kyung-Oh;Bae, Yun-Ui;Seu, Young-Bae
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.21
no.1
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pp.93-99
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2011
Amongst a number of potential nonviral vectors, cationic liposomes have been actively researched, with both gemini surfactants and bola amphiphiles reported as being in possession of good structures in terms of cell viability and in vitro transfection. In this study, a cholesterol-based diquaternary ammonium gemini surfactant (Chol-GS) was synthesized and assessed as a novel nonviral gene vector. Chol-GS was synthesized from cholesterol by way of four reaction steps. The optimal efficiency was found to be at a weight ratio of 1:4 of lipid:DOPE (1,2-dioleoyl-L-${\alpha}$- glycero-3-phosphatidylethanolamine), and at a ratio of between 10:1~15:1 of liposome:DNA. The transfection efficiency was compared with commercial liposomes and with Lipofectamine, 1,2-dimyristyloxypropyl-3-dimethylhydroxyethylammonium bromide (DMRIE-C), and N-[1-(2,3-dioleoyloxy)propyl]-N,N,N-trimethylammonium chloride (DOTAP). The results indicate that the efficiency of Chol-GS is greater than that of all the tested commercial liposomes in COS7 and Huh7 cells, and higher than DOTAP and Lipofectamine in A549 cells. Confirmation of these findings was observed through the use of green fluorescent protein expression. Chol-GS exhibited a moderate level of cytotoxicity, at optimum concentrations for efficient transfection, indicating cell viability. Hence, the newly synthesized Chol-GS liposome has the potential of being an excellent nonviral vector for gene delivery.
Park, Hyo-Min;Chung, Soo-Yeon;Go, Eun-Jung;Lee, Hwa-Jeong
Journal of Pharmaceutical Investigation
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v.33
no.3
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pp.209-213
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2003
The objective of this study was to construct the pegylated liposomes containing plasmid DNA with optimal encapsulation efficiency. Plasmid DNA $(pGL2\;clone\;753,\;{\sim}6\;kb)$ was encapsulated by the freeze/thawing method into liposomes composed of 1-palmitoyl-2-oleyl-sn-glycerol-3-phosphocholine (POPC), didodecyl dimethyl ammonium bromide (DDAB), distearoylphosphatidyl ethanolamine polyethylene glycol 2000 (DSPE-PEG 2000) and DSPE-PEG 2000-male-imide. The liposomes containing plasmid DNA were then extruded through two stacked polycarbonate filters with series of different pore sizes to control the liposome size. The plasmid DNA entrapped in the liposomes was separated from free plasmid DNA by Sephadex CL-4B column chromatography. The decreased pore size of polycarbonate filters resulted in the decreased size of liposomes. The encapsulation efficiency was markedly affected by the cationic lipid (DDAB) concentration, but to a low degree by the size of liposomes and by the amount of plasmid DNA.
The objective of this study was to establish conditions for transfection of a foreign gene into somatic cells using cationic lipid reagents and to evaluate the effects of transfection on in vitro development of somatic cell nuclear transfer (SCNT) embryos. Green fluorescent protein (GFP) gene was used as a foreign gene and a non-transfected somatic cell was utilized as a control karyoplast. Monolayers of porcine cells were established and subsequently transfected with a GFP-expressing gene (pEGFP-N1) using three types of transfection reagents (LipofectAMINE PLUS, FuGENE 6 or ExGen500). Donor cells used for SCNT included transfected fetal or adult fibroblasts and oviduct epithelial cells, either serum-fed or serum-starved. Oocytes matured in vitro for 42 h were reconstructed with either transfected or non-transfected porcine somatic cells by electric fusion and activation using a single DC pulse of 1.8 kV/cm for $30{\mu}s$ in $Ca^{2+}$ and $Mg^{2+}-containing$ 0.26 M mannitol solution. Reconstructed oocytes were subsequently cultured in NCSU-23 medium for 168 h and the developmental competence and cell number in blastocyst were compared. There were no significant differences (P>0.05) in fusion, cleavage rates or development to the blastocyst stage between non-transfected, transfected, serum-fed and serum-starved cells. However, the rates of GFP-expressing blastocysts were higher in the FuGENE 6 group (71.4%) among transfection reagents and in the fetal fibroblasts group (70.4%) for donor cells. These results indicate that fetal fibroblasts transfected with FuGENE 6 can be used as donor cells for porcine SCNT and that GFP gene can be safely used as a marker of foreign genes in porcine transgenesis.
CA(1-8)-ME(1-12) [CA-ME], composed of cecropin A(1-8) and melittin(1-12), is a synthetic antimicrobial peptide having potent antibacterial and antitumor activities with minimal hemolytic activity. In order to investigate the effects of the flexible hinge sequence, Gly-Ile-Gly, of CA-ME on antibiotic activity, CA-ME and three analogues, CA-ME1, CA-ME2, and CA-ME3, were synthesized. The Gly-Ile-Gly sequence of Ca-ME was deleted in CA-ME1 and replaced with Pro and Gly-Pro-Gly in CA-ME2 and CA-ME3, respectively. CA-ME1 and CA-ME3 showed a significant decrease in antitumor activity and phospholipid vesicle-disrupting ability. However, CA-ME2 showed similar antitumor and vesicle-disrupting activities, as compared with CA-ME. These results suggest that the flexibility or ${\beta}$-turn induced by Gly-Ile-Gly or Pro in the central part of CA-ME may be important in the electrostatic interaction of the N-terminus cationic ${\alpha}$-helical region with the cell membrane surface and the hydrophobic interaction of the C-terminus amphipathic ${\alpha}$-helical region with the hydrophobic acyl chains in the cell membrane. CA-ME3 exhibited lower antitumor and vesicle-disrupting activities than CA-ME and CA-ME2. This result suggests that the excessive ${\beta}$-turn structure caused by the Gly-Pro-Gly sequence in CA-ME3 seems to interrupt ion channel/pore formation in the lipid bilayer. We concluded that the appropriate flexibility or bilayer. We concluded that the appropriate flexibility or ${\beta}$-turn structure provided by the central hinge is responsible for the effective antibiotic activity of the antimicrobial peptides with the helix-hinge-helix structure.
Cho, Jaeyong;Hwang, In-Sok;Choi, Hyemin;Hwang, Ji Hong;Hwang, Jae-Sam;Lee, Dong Gun
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.22
no.11
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pp.1457-1466
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2012
Antimicrobial peptides (AMPs) exert antimicrobial activity against Gram-positive and Gram-negative bacteria, fungi, and viruses by various mechanisms. AMPs commonly possess particular characteristics by harboring cationic and amphipathic structures and binding to cell membranes, resulting in the leakage of essential cell contents by forming pores or disturbing lipid organization. These membrane disruptive mechanisms of AMPs are possible to explain according to the various structure forming pores in the membrane. Some AMPs inhibit DNA and/or RNA synthesis as well as apoptosis induction by reactive oxygen species (ROS) accumulation and mitochondrial dysfunction. Specifically, mitochondria play a major role in the apoptotic pathway. During apoptosis induced by AMPs, cells undergo cytochrome c release, caspase activation, phosphatidylserine externalization, plasma or mitochondrial membrane depolarization, DNA and nuclei damage, cell shrinkage, apoptotic body formation, and membrane blebbing. Even AMPs, which have been reported to exert membrane-active mechanisms, induce apoptosis in yeast. These phenomena were also discovered in tumor cells treated with AMPs. The apoptosis mechanism of AMPs is available for various therapeutics such as antibiotics for antibiotic-resistant pathogens that resist to the membrane active mechanism, and antitumor agents with selectivity to tumor cells.
In the present work, the interaction of lipid-based zwitterionic surfactant CDP-W with the vesicle membrane of phospholipids was investigated. For this purpose, interfacial properties such as critical micelle concentration (CMC) and surface tension were measured for the zwitterionic surfactant CDP-W and lecithin S100-3. The zeta potential of 1 wt% aqueous surfactant solutions was also measured as a function of pH to determine the iso-electric point of CDP-W surfactant, where the characteristic of CDP-W surfactant changes from a cationic surfactant to an anionic surfactant. Based on the iso-electric point measurement of CDP-W surfactant, the effects of pH change and CDP-W addition on the stability of S100-3 liposome systems were studied, such as average particle size, polydispersity index (PDI), and zeta potential. The effect of CDP-W on the fluidity characteristics of liposome membranes such as fluorescence anisotropy ratio, deformability, and melting point was investigated at pH 6 where the most stable liposomes were prepared to understand the effect of the fluidity of the liposome membrane on the encapsulation efficiency of active materials and the stability of liposome systems.
Kim, Young Hwa;Choi, Goya;Lee, Hye Won;Lee, Gwan Ho;Chae, Seong Wook;Kim, Yun Hee;Lee, Mi Young
The Korea Journal of Herbology
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v.27
no.6
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pp.37-42
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2012
Objectives : Angelica Gigantis Radix is prescribed as the root of different Angelica species on the pharmacopoeia in Korea, Japan and China. Chemical components and their biological activities were also different according to their species. A study for the development of simple method to compare Angelica roots was needed. In order to classify them, the methods such as DNA sequencing analysis and taste sensor were applied to three Angelica species like Angelica gigas, Angelica acutiloba and Angelica sinensis. Methods : PCR amplification of intergenic transcribed spacer (ITS) region was performed using ITS1 and ITS4 primer from nine Angelica roots, and then nucleotide sequence was determined. Taste pattern of samples were measured using the taste-sensing system SA402B equipped with a sensing unit, which consists of artificial lipid membrane sensor probes of anionic bitterness, astringency, saltiness, umami, and cationic bitterness (C00, AE1, CT0, AAE, and AN0, respectively). Results : As a result of comparing the similarity of the ITS region sequences, A. sinensis was discriminated from the others (A. gigas and A. acutiloba). Equally this genetic result, A. gigas and A. acutiloba showed similar taste pattern as compared to A. sinensis. Sourness, bitterness, aftertaste of bitterness, astringency, and aftertaste of astringency of A. sinensis were significantly high as compared with A. gigas and A. acutiloba. In contrast, richness was significantly low. Conclusions : These taste pattern can be used as a way of comparison of Angelica species and this technic could be applied to establish a taste pattern marker for standardization of herbs in various purposes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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