Here, we demonstrate the use of MALDI-TOF as a fast and simple analytical approach to evaluate the DNA-binding capability of various peptides. Specifically, by varying the amino acid sequence of the peptides consisting of lysine (K) and tryptophan (W), we identified peptides with strong DNA-binding capabilities using MALDI-TOF. Mass spectrometric analysis reveals an interesting novel finding that lysine residues show sequence selective preference, which used to be considered as mediator of electrostatic interactions with DNA phosphate backbones. Moreover, tryptophan residues show higher affinity to DNA than lysine residues. Since there are numerous possible combinations to make peptide oligomers, it is valuable to introduce a simple and reliable analytical approach in order to quickly identify DNA-binding peptides.
DNA double-strand break (DSB) is a serious treat for the cells including mutations, chromosome rearrangements, and even cell death if not repaired or misrepaired. Ku heterodimer regulatory DNA binding subunits (Ku70/Ku80) bound to double strand DNA breaks are able to interact with 470-kDa DNA-dependent protein kinase catalytic subunit (DNA-PKcs), and the interaction is essential for DNA-dependent protein kinase (DNA-PK) activity. The Ku80 mutants were designed to bind Ku70 but not DNA end binding activity and the peptides were treated in breast cancer cells for co-therapy strategy to see whether the targeted inhibition of DNA-dependent protein kinase (DNA-PK) activity sensitized breast cancer cells to ionizing irradiation or chemotherapy drug to develop a treatment of breast tumors by targeting proteins involved in damage-signaling pathway and/or DNA repair. We designed domains of Ku80 mutants, 26 residues of amino acids (HN-26) as a control peptide or 38 (HNI-38) residues of amino acids which contain domains of the membrane-translocation hydrophobic signal sequence and the nuclear localization sequence, but HNI-38 has additional twelve residues of peptide inhibitor region. We observed that the synthesized peptide (HNI-38) prevented DNA-PKcs from binding to Ku70/Ku80, resulting in inactivation of DNA-PK complex activity in breast cancer cells (MDA-465 and MDA-468). Consequently, the peptide treated cells exhibited poor to no DNA repair, and became highly sensitive to irradiation or chemotherapy drugs. The growth of breast cancer cells was also inhibited. These results demonstrate the possibility of synthetic peptide to apply breast cancer therapy to induce apoptosis of cancer cells.
Choi, Suk-Jung;Sperinde, Jeffrey J.;Szoka, Francis C. Jr.
Molecules and Cells
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v.19
no.1
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pp.54-59
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2005
Deoxyribonuclease I (DNase I) is a divalent cation dependent endonuclease and thought to be a significant barrier to effective gene delivery. The only known DNase I-specific inhibitor is monomeric actin which acts by forming a 1:1 complex with DNase I. Its use, however, is restricted because of tendency to polymerize under certain conditions. We screened two random phage peptide libraries of complexity $10^8$ and $10^9$ for DNase I binders as candidates for DNase I inhibitors. A number of DNase I-binding peptide sequences were identified. When these peptides were expressed as fusion proteins with Escherichia coli maltose binding protein, they inhibited the actin-DNase I interaction ($IC_{50}=0.1-0.7{\mu}M$) and DNA degradation by DNase I ($IC_{50}=0.8-8{\mu}M$). Plasmid protection activity in the presence of DNase I was also observed with the fusion proteins. These peptides have the potential to be a useful adjuvant for gene therapy using naked DNA.
In order to study the role of C-terminal aromatic region of T4 endonuclease V in the interaction with substrate DNA, NMR and Fluorescence spectrum were recorded. Analysis of flu orescence emission spectra showed that C-terminal region of T4 endonuclease V is in or very near the binding site. In the HSQC spectrum of $^{15}N$-Tyr-labeled T4 endonuclease V*DNA complex, the broadening of a peak was observed. It is presumed that this peak corresponds to one among three tyrosine residues which belong to the WYKYY segment of C-terminal region of T4 endonuclease V. Interactions of peptide fragments consisting of C-terminal residues of T4 endonuclease V with DNAs(TT-, T^T-DNA) were investigated by NMR and Fluorescence experiment. The results suggest that two peptide fragments themselves bind to DNAs and their binding pattern is not an intercalation mode.
Hypoxia-inducible factor-$1{\alpha}/{\beta}$ (HIF-$1{\alpha}/{\beta}$) is a heterodimeric transcriptional activator that mediates gene expression in response to hypoxia. HIF-$1{\alpha}$ has been noted as an effective therapeutic target for ischemic diseases such as myocardiac infarction, stroke and cancer. By using a yeast two-hybrid system and a random peptide library, we found a 16-mer peptide named F29 that directly interacts with the bHLH-PAS domain of HIF-$1{\alpha}$. We found that F29 facilitates the interaction of the HIF-$1{\alpha/\beta}$ heterodimer with its target DNA sequence, hypoxia-responsive element (HRE). The transient transfection of an F29-expressing plasmid increases the expression of both an HRE-driven luciferase gene and the endogenous HIF-1 target gene, vascular endothelial growth factor (VEGF). Taken together, we conclude that F29 increases the DNA-binding ability of HIF-$1{\alpha}$, leading to increased expression of its target gene VEGF. Our results suggest that F29 can be a lead compound that directly targets HIF-$1{\alpha}$ and increases its activity.
Kim, Chung-Hui;Cuong, Dang-Van;Kim, Jong-Su;Kim, Na-Ri;Kim, Eui-Yong;Han, Jin
The Korean Journal of Physiology and Pharmacology
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v.7
no.1
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pp.9-14
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2003
Recent studies indicated that cancer cells become resistant to ionizing radiation (IR) and chemotherapy drugs by enhanced DNA repair of the lesions. Therefore, it is expected to increase the killing of cancer cells and reduce drug resistance by inhibiting DNA repair pathways that tumor cells rely on to escape chemotherapy. There are a number of key human DNA repair pathways which depend on multimeric polypeptide activities. For example, Ku heterodimer regulatory DNA binding subunits (Ku70/Ku80) on binding to double strand DNA breaks (DSBs) are able to interact with 470-kDa DNA-dependent protein kinase catalytic subunit (DNA-PKcs), and are essential for DNA-dependent protein kinase (DNA-PK) activity. It has been known that DNA-PK is an important factor for DNA repair and also is a sensor-transmitting damage signal to downstream targets, leading to cell cycles arrest. Our ultimate goal is to develop a treatment of breast tumors by targeting proteins involved in damage-signaling pathway and/or DNA repair. This would greatly facilitate tumor cell cytotoxic activity and programmed cell death through DNA damaging drug treatment. Therefore, we designed a domain of Ku80 mutants that binds to Ku70 but not DNA end binding activity and used the peptide in co-therapy strategy to see whether the targeted inhibition of DNA-PK activity sensitized breast cancer cells to irradiation or chemotherapy drug. We observed that the synthesized peptide (HNI-38) prevented DNA-PKcs from binding to Ku70/Ku80, thus resulting in inactivation of DNA-PK activity. Consequently, the peptide treated cells exhibited poor to no DNA repair, and became highly sensitive to IR or chemotherapy drugs, and the growth of breast cancer cells was inhibited. Additionally, the results obtained in the present study also support the physiological role of resistance of cancer cells to IR or chemotherapy.
Cationic liposomes have been actively used as gene delivery vehicles despite their unsatisfactory efficiencies because of their relatively low toxicity. In this study, we designed novel heterodimeric peptides as nonviral gene delivery systems from TAT and NLS peptides using cysteine-to-cysteine disulfide bonds between the two. Mixing these heterodimeric peptides with DNA before mixing with lipofectamine resulted in higher transfection efficiencies in MCF-7 breast cancer cells than mixing unmodified TAT, NLS, and a simple mixture of TAT and NLS with DNA, but did not show an adverse effect on cell viability. In gel retardation assays, the DNA binding affinities of heterodimeric peptides were stronger than NLS but weaker than TAT. However, this enhancement was only observed when heterodimeric peptides were premixed with DNA before being mixed with lipofectamine. The described novel transfection-enhancing peptide system produced by the heterodimerization of TAT and NLS peptides followed by simple mixing with DNA, increased the gene transfer efficiency of cationic lipids without enhancing cytotoxicity.
Cloning and expression of copper-binding peptide gene in E. coli was carried out to enhance the copper-chelation capacity. E. coli was transformed with pET vector containing the copper-binding region of potato polyphenol oxidase gene and polyhistidine-coding DNA, and the copper content of E. coli harboring each vector was measured. No increase in intracellular copper was observed in E. coli harboring PPOCBpET32 vector, which contains DNA for polyphenol oxidase copper-binding region. Intracellular copper content of E. coli harboring pE728a vector, which contains one hexahistidine unit DNA, was 2,500 ppm after culturing without kanamycin, whereas E. coli harboring pET-his vector, which contains nine hexahistidine unit DNAs was 3,200 ppm.
The aim of this study was to screen for polypeptides binding specifically to LoVo human colorectal cancer cells using a phage-displayed peptide library as a targeting vector for colorectal cancer therapy. Human normal colorectal mucous epithelial cells were applied as absorber cells for subtraction biopanning with a c7c phage display peptide library. Positive phage clones were identified by enzyme-linked immunosorbent assay and immunofluorescence detection; amino acid sequences were deduced by DNA sequencing. After 3 rounds of screening, 5 of 20 phage clones screened positive, showing specific binding to LoVo cells and a conserved RPM motif. Specific peptides against colorectal cancer cells could be obtained from a phage display peptide library and may be used as potential vectors for targeting therapy for colorectal cancer.
Acyl-CoA binding proteins (ACBP) are small highly-conserved cytosolic proteins that bind long-chain acyl-CoAs. A cDNA encoding ACBP was identified from cDNA library constructed from hairy root poly $A^{+}$ RNA in expressed sequence tags (EST) analysis. The cDNA clone was 453 bp long and carried an open reading frame of 264 bp (10 kDa). The ginseng ACBP amino acid sequence was compared with other reported plant ACBPs using the CLUSTALW. Ginseng ACBP is 89%, 81%, 80%, and 73% identical with ACBP from castor bean, lilly, Digitalis and Arabidopsis, respectively. However, ginseng ACBP is 5 amino acids smaller than Arabidopsis and rape seed ACBPs. Also there is no any known signal peptide sequence in ginseng ACBP.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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