Areniciny: Co nového?
Jiří Patočka
Když byly z imunitních buněk (coelomocytů) mořského mnohoštětinatého červa Arenicola marina (pískovník rybářský) izolovány dva peptidy o 21 aminokyselinách, nazvané areniciny (Ovchinnikova et al., 2004) a prokázána jejich antibakteriální aktivitu u gram-positivních i gram-negativních bakterií a také u plísní (Park a Lee 2009), byly areniciny brzy zařazeny do seznamu nejvýznamnějších farmakologicky účinných látek mořského původu, od nichž bylo očekáváno, že mohou najít reálné uplatnění v humánní medicíně (Mayer et al. 2007).
Podívejme se tedy, co se za 10 let od zařazení těchto peptidů na seznam změnilo a zda již areniciny našly předvídané uplatnění v humánní medicíně či nikoliv. Je nutné přiznat, že zatím nenašly. Neznamená to však, že za těch 10 let se v jejich výzkumu nikam nepokročilo.
Podařilo se objasnit mechanismus antibakteriálního a fungicidního účinku arenicinů (Andrä et al., 2008; Park et al., 2009, 2011; Cho a Lee, 2011a,b) a prokázat, že hlavním molekulárním cílem arenicinů je bakteriální membrána (Salnikov et al., 2011; Travkova et al., 2014). Pro další výzkum biologických účinků arenicinů bylo významné, že oba peptidy byly připraveny syntézou na pevné fázi a také rekombinantní metodou za pomocí E. coli (Ovchinnikova et al., 2007).
Vývoj nového léčiva na bázi arenicinů byl také poněkud zpomalen zjištěním, že tato membránově vázané antibiotika, které vykazují širokou škálu aktivit proti bakteriálním a houbovým patogenům, má také nepříznivou cytotoxicitu a hemolytickou aktivitu, která omezuje jejich vývoj jako kandidátních antimikrobiálních léčiv (Edwards et al., 2016). Byly rovněž připraveny syntetické deriváty arenicinu, z nichž některé mají výhodnější farmakologický profil. Je to zejména analog označovaný jako Ar-1 [V8R], v němž je valin na pozici 8 zaměněn za arginin. Peptid Ar-1 [V8R] vykazuje signifikantně sníženou cytotoxicitu vůči savčím buňkám ve vztahu k divokému typu arenicinu-1, s plně zachovanou antibakteriální účinností. Srovnávací NMR analýza prostorových struktur obou peptidů ve vodě a v prostředí napodobujícím membránu ukázala, že Ar-1 [V8R] má na rozdíl od areicínu-1 významně nižší sklony k dimerizaci. Bylo tak prokázáno, že dimerizace těchto peptidů hraje klíčovou úlohu v cytotoxicitě, ale ne v antibakteriální aktivitě (Panteleev et al., 2017).
Literatura
Andrä J, Jakovkin I, Grötzinger J, Hecht O, Krasnosdembskaya AD, Goldmann T, Gutsmann T, Leippe M. Structure and mode of action of the antimicrobial peptide arenicin. Biochem J. 2008; 410(1): 113-122.
Edwards IA, Elliott AG, Kavanagh AM, Zuegg J, Blaskovich MA, Cooper MA.
Contribution of Amphipathicity and Hydrophobicity to the Antimicrobial Activity and Cytotoxicity of β-Hairpin Peptides. ACS Infect Dis. 2016; 2(6): 442-450.
Cho J, Lee DG. The antimicrobial peptide arenicin-1 promotes generation of
reactive oxygen species and induction of apoptosis. Biochim Biophys Acta. 2011a; 1810(12): 1246-1251.
Cho J, Lee DG. The characteristic region of arenicin-1 involved with a
bacterial membrane targeting mechanism. Biochem Biophys Res Commun. 2011b; 405(3): 422-427.
Mayer AMS, Rodríguez AD, Berlinck RGS, Hamann MT. Marine pharmacology in 2003–4: Marine compounds with anthelmintic antibacterial, anticoagulant, antifungal, anti-inflammatory, antimalarial, antiplatelet, antiprotozoal, antituberculosis, and antiviral activities; affecting the cardiovascular, immune and nervous systems, and other miscellaneous mechanisms of action. Comp Biochem Physiol Part C: Toxicology & Pharmacol 2007; 145: 553-581.
Ovchinnikova TV, Aleshina GM, Balandin SV, Krasnosdembskaya AD, Markelov ML, Frolova EI, Leonova YF, Tagaev AA, Krasnodembsky EG, Kokryakov VN. Purification and primary structure of two isoforms of arenicin, a novel antimicrobial peptide from marine polychaeta Arenicola marina. FEBS Lett. 2004; 577: 209-214.
Ovchinnikova TV, Shenkarev ZO, Nadezhdin KD, Balandin SV, Zhmak MN, Kudelina IA, Finkina EI, Kokryakov VN, Arseniev AS. Recombinant expression, synthesis, purification, and solution structure of arenicin. Biochem Biophys Res Commun. 2007; 360: 156-162.
Panteleev PV, Myshkin MY, Shenkarev ZO, Ovchinnikova TV. Dimerization of the antimicrobial peptide arenicin play a key role intzhe cytotoxicity but not in the antibacterial activity. Biochem Biophys Res Commun. 2017; 482(4): 1320-1328.
Park C, Cho J, Lee J, Lee DG. Membranolytic antifungal activity of arenicin-1
requires the N-terminal tryptophan and the beta-turn arginine. Biotechnol Lett.
2011; 33(1): 185-189.
Park C, Lee DG. Fungicidal effect of antimicrobial peptide arenicin-1. Biochim
Biophys Acta. 2009; 1788(9): 1790-1796.
Salnikov ES, Aisenbrey C, Balandin SV, Zhmak MN, Ovchinnikova TV, Bechinger B. Structure and alignment of the membrane-associated antimicrobial peptide arenicin by oriented solid-state NMR spectroscopy. Biochemistry. 2011; 50(18): 3784-3795.
Travkova OG, Andrä J, Möhwald H, Brezesinski G. Influence of arenicin on phase transitions and ordering of lipids in 2D model membranes. Langmuir. 2013; 29(39): 12203-12211.
