Estudos conformacionais por dinâmica molecular de peptídeos antimicrobianos da família dos Mastoparanos em misturas de TFE-água

Abstract

Os Mastoparanos são peptídeos curtos e catiônicos extraídos do veneno de vespas. Estes peptídeos dependem de sua seqüência primária, composição, hidrofobicidade, ângulo polar, anfipaticidade e amidação do C-terminal para apresentar diferentes atividades biológicas. A conformação em hélice anfipática parece ser fundamental para interação destes peptídeos com a bicamada membranar. Neste trabalho buscamos as correlações destas características com as atividades antimicrobianas e hemolíticas apresentadas por três mastoparanos conhecidos, usando simulações por dinâmica molecular em misturas de TFE-água. Misturas de TFE-água apresentam um caráter hidrofóbico e hidrofílico assim como o ambiente membranar. Um dos peptídeos estudados é o Eumenine Mastoparano-AF (EMP-AF), no qual constatamos que a desamidação do C-terminal acarretou na desestruturação da conformação helicoidal e na perda da anfipaticidade nesta região, devido à atração eletrostática entre a carga negativa do grupo carboxila e os grupos catiônicos das cadeias laterais de alguns resíduos. Por esse fato a atividade hemolítica é perdida. Outro peptídeo investigado é o Paulista-MPI, para o qual propomos como estrutura estável uma hélice-.. anfipática. Para este caso, também exploramos as razões da existência de atividade antimicrobiana e ausência da atividade hemolítica. O outro peptídeo estudado foi o Anoplin com e sem o grupo amida do C-terminal. O Anoplin natural, Anoplin-NH2 é um peptídeo antimicrobiano. Novamente esta atividade pode ser associada com sua estrutura helicoidal anfipática que se apresenta estável por fatores como o equilíbrio eletrostático entre os grupos carregados das cadeias laterais; pela predominância dos grupos apolares das moléculas de TFE na região dos átomos eletronegativos da cadeia principal; e pela solvatação da cadeia lateral...

Mastoparans is a class of peptides extracted from wasp venom, named after their first recognized biological action, the degranulation of mast cells. They are short and cationic peptides that depending on their primary sequence, degree of charge and amidation of Cterminal present different biological activities. Fundamental for their interactions with biological membranes seems to be an amphipatic helix conformation. In this work we search for correlations among these characteristics and the antimicrobial and hemolytic activities of three known mastoparans, using molecular dynamics simulation in TFEwater mixtures. TFE-water media shows both hydrophobic and hydrophilic character and in this way mimics a membrane-like environment. The peptides studied are the Eumenine Mastoparan (EMP-AF), for which the desamidation of the C-terminal leads to the lost of the helix conformation and amphipaticity at this region, due to the electrostatic attraction among the negative charge of carboxylate group and the cationic groups of the lateral chain of some residues. Consequently the hemolytic activity is lost. Another peptide studied is Paulista-MPI, for which an amphipatic ..-helix is proposed as a stable structure. We rationalize also the reasons for its antimicrobial activities and the absence of hemolytic activity. The last peptide studied is Anoplin, the C-terminal amidated wild type and its carboxylated analog. The former type, Anoplin-NH2, is an antimicrobial and nonhemolytic peptide. Again this can be associated to the amphipatic helical structure, that we show is maintained by factors as the electrostatic equilibrium between charged groups, predominance of apolar groups of TFE molecules around the electronegative atoms of the main chain and solvation of lateral side chains. Deamidation of C-terminal, rendering Anoplin-OH, abolishes its antimicrobial activity due to the unfolding of the helix terminal... (Complete abstract, click electronic address below