Membrane permeabilisation and antimycoplasmic activity of the 18-residue peptaibols, trichorzins PA

AbstractThe membrane permeabilisation properties of six linear natural 18-residue peptaibols, termed trichorzins PA, have been assessed on liposomes and on mollicutes (trivial name, mycoplasmas), a class of parasitic bacteria characterized by a small genome, the lack of a cell wall, a minute cell size, and the incorporation in their plasma membrane of exogenously supplied cholesterol. The trichorzins PA used in this study (PA II, PA IV–VI, PA VIII, and PA IX) differ between them by amino acid or amino alcohol substitutions at positions 4, 7, and 18, and form slightly amphipathic α-helices. They proved bactericidal for mollicutes belonging to the genera Acholeplasma, Mycoplasma, and Spiroplasma, with minimal inhibitory concentrations (3.12≤MICs≤50 μM) generally 2 to 4 fold higher than those of alamethicin F50, a related 20-residue peptide (1.56≤MICs≤12.5 μM). Spiroplasma cells were apparently not protected by the presence of spiralin on their surface. The activities of the six trichorzins PA were not influenced by their sequence variations and no synergistic effect was observed. Consistent with the marginal effect of cholesterol on the incorporation of the trichorzins PA into liposome bilayers, the antibiotic activity was independent of the amount of cholesterol in the membranes of the different mollicutes. The trichorzins PA and alamethicin inhibited the motility of Spiroplasma melliferum, the helical cells being deformed and split into coccoid forms. Membrane potential measurements in Acholeplasma laidlawii and S. melliferum showed that trichorzin PA V and alamethicin F50 very efficiently depolarized the plasma membrane of mollicutes. This was consistent with fluorescence and 23Na NMR measurements on liposomes that revealed the permeabilisation of the lipid bilayer and the nonselective ionophoric activity of the trichorzins PA. These data suggest that the bactericidal activity exhibited by the trichorzins PA on mollicutes is due to the permeabilisation of the plasma membrane

Gastrointestinal stability and cytotoxicity of bacteriocins from gram-positive and gram-negative bacteria : a comparative in vitro study

Bacteriocins are receiving increased attention as potent candidates in food preservation and medicine. Although the inhibitory activity of bacteriocins has been studied widely, little is known about their gastrointestinal stability and toxicity toward normal human cell lines. The aim of this study was to evaluate the gastrointestinal stability and activity of microcin J25, pediocin PA-1, bactofencin A and nisin using in vitro models. In addition cytotoxicity and hemolytic activity of these bacteriocins were investigated on human epithelial colorectal adenocarcinoma cells (Caco-2) and rat erythrocytes, respectively. Pediocin PA-1, bactofencin A, and nisin were observed to lose their stability while passing through the gastrointestinal tract, while microcin J25 is only partially degraded. Besides, selected bacteriocins were not toxic to Caco-2 cells, and integrity of cell membrane was observed to remain unaffected in presence of these bacteriocins at concentrations up to 400 µg/mL. In hemolysis study, pediocin PA-1, bactofencin A, and nisin were observed to lyse rat erythrocytes at concentrations higher than 50 µg/mL, while microcin J25 showed no effect on these cells. According to data indicating gastrointestinal degradation and the absence of toxicity of pediocin PA-1, bactofencin A, and microcin J25 they could potentially be used in food or clinical applications

Fate and Biological Activity of the Antimicrobial Lasso Peptide Microcin J25 Under Gastrointestinal Tract Conditions

The bacteriocin microcin J25 (MccJ25) inhibits the growth of Gram-negative pathogens including Salmonella and Shigella species, and Escherichia coli. This 21-amino acid peptide has remarkable stability to heat and extreme pH values and resistance to many proteases, thanks to a characteristic lasso structure. In this study, we used the dynamic simulator TIM-1 as gastro-intestinal tract model to evaluate the stability and antibacterial activity of MccJ25 during passage through the proximal portion of the human gastrointestinal tract. MccJ25 concentration was measured in the different simulator sections by HPLC, and inhibition of Salmonella enterica serotype Enteritidis was evaluated using qualitative and quantitative assays. LC-MS/MS analysis and subsequent molecular networking analysis on the Global Natural Product Social Molecular Networking platform (GNPS) and analysis of the peptide degradation in the presence of proteolytic enzymes mimicking the gastro-intestinal conditions permitted to delineate the fate of MccJ25 through identification of the main degradation products. MccJ25 was relatively stable under gastric conditions, but degraded rapidly in the compartment mimicking the duodenum, notably in the presence of pancreatin. Among pancreatin components, elastase I appeared primarily responsible for MccJ25 breakdown, while α-chymotrypsin was less efficient

Peptides antimicrobiens des entérobactéries (la microcine E492 est un peptide-sidérophore qui parasite les voies d'import du fer)

PARIS-BIUSJ-Thèses (751052125) / SudocPARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF

Peptides antimicrobiens des entérobactéries (étude de la voie de maturation et du mécanisme d'import de la microcine J25, peptide antimicrobien inhibiteur de l ARN polymérase)

MccJ25 est un peptide antibactérien dont la structure tridimensionnelle en forme de lasso résulte du clivage de son précurseur McjA, et de la formation d une liaison Gly1-Glu8 sur le peptide C-terminal résultant. L étude du mode d import bactérien de MccJ25 a montré qu elle parasite un transporteur du complexe fer/ferrichrome, FhuA. MccJ25 se lie à FhuA avec un Kd de 1.2 M, pour former un complexe de stœchiométrie 2:1. La région Val11-Pro16 en épingle à cheveu de MccJ25 est nécessaire à cette interaction. L étude de la biosynthèse de MccJ25 a montré que les gènes mcjB et mcjC du cluster génétique de MccJ25 sont nécessaires à la production de MccJ25 mature. La production de McjA, McjB et McjC recombinantes a permis de montrer que McjB et McjC sont capables de catalyser la conversion de McjA en MccJ25 structurée en lasso. L étude des similarités de séquences de McjB et McjC indique que McjB réaliserait le clivage protéolytique de McjA et McjC formerait la liaison Gly1-Glu8.PARIS-BIUSJ-Thèses (751052125) / SudocPARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF

Les microcines C51 et J25, peptides antimicrobiens d'Entérobactéries (études structurales par RMN et modélisation moléculaire)

PARIS-BIUSJ-Thèses (751052125) / SudocPARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF

Peptides antimicrobiens de procaryotes et d'eucaryotes (des structures aux mécanismes d'action)

PARIS-BIUSJ-Physique recherche (751052113) / SudocSudocFranceF

Les anticorps anti-thyroperoxydase (de l'identification de la région immuno-dominante de la thyroperoxydase à l'utilisation du potentiel cytotoxique des anticorps anti-thyropéroxydase dans les cancers thyroïdiens)

Outre leur rôle de marqueur des maladies auto-immunes thyroïdiennes (MAIT), les auto-anticorps (aAc) anti-thyroperoxydase (TPO) pourraient être impliqués dans la destruction de la glande thyroïde et/ou dans l emballement du processus auto-immuns. Ils reconnaissent à la surface de la TPO des épitopes discontinus et majoritairement conformationnels regroupés en deux domaines restreints A et B, définissant la région immuno-dominante (RID). Notre équipe a participé à la caractérisation de cette RID, tout d abord en produisant des aAc recombinants humains anti-TPO spécifiques des aAc de patients atteints de MAIT. Ces aAc recombinants ont été caractérisés au niveau génétique, épitopique et terme d affinité vis-à-vis de la TPO. L utilisation de l un de ces aAc recombinant produit sous forme d Immunoglobuline entière et nommé T13 a permis de définir à la surface de la TPO quatre régions (353-363, 377-386, 713-720 et 766-775) impliquées dans la reconnaissance de la TPO par cet aAc recombinant humain anti-TPO mais également des aAc de patients.Notre étude de la région 353-363, par mutagénèse dirigée où chaque acide aminé est muté ponctuellement en Alanine, a permis de déterminer les résidus impliqués dans l interaction aAc/TPO. Après production des protéines TPO mutées, l étude de la liaison de trois aAc recombinants humains anti-TPO (T13, B4 et ICA1) et des aAc de patients atteints de MAIT a permis d identifier les résidus critiques de cette région : Histidine en position 353 (H353), Acide Aspartique 358 (D358), Arginine 361 (R361). La caractérisation de la RID devrait nous permettre d expliquer le mode de présentation de la TPO au système immunitaire lors de l apparition des MAIT. Le potentiel destructeur des aAc anti-TPO sur la glande thyroïde passe par des mécanismes de cytotoxicité à médiation cellulaire (ADCC) et/ou dépendante du Complément (CDC). Les aAc anti-TPO sont capable de lyser de cellules thyroïdiennes issues de cultures primaires en présence d une source de Complément via la voie classique (après fixation de la fraction C1q du Complément) ou via l activation de cellules effectrices, les monocytes/macrophages capables d infiltrer la thyroïde. Ce mécanisme d ADCC passerait par l activation des récepteurs Fc RI (CD64) et/ou Fc RII (CD32) exprimés par les monocytes/macrophages. Puisque les aAc de patients atteints de MAIT sont capables d exercer une activité cytotoxique, il serait intéressant de pouvoir utiliser ce potentiel destructeur afin de cibler et détruire spécifiquement les cellules cancéreuses thyroïdiennes exprimant la thyroperoxydase (tumeur primaire ou métastases). Afin de pouvoir être utilisé pour la mise en place d une immunothérapie anti-cancéreuse, un aAc recombinant humain anti-TPO produit dans le système baculovirus/cellule d insecte a été sous-cloné et exprimé dans un autre système d expression (cellules CHO). Ces aAc recombinants anti-TPO ainsi que des aAc de patients ont été utilisés dans des tests de cytotoxicité. Ils ont la capacité de lyser les cellules d une lignée de cancer papillaire thyroïdien par des mécanismes de cytotoxicité cellulaire et/ou dépendant du complément. Ces résultats encourageants pourraient permettre l émergence d une thérapie complémentaire pour traiter les cancers thyroïdiens.MONTPELLIER-BU Pharmacie (341722105) / SudocSudocFranceF

The manifold roles of microbial ribosomal peptide–based natural products in physiology and ecology

International audienc