Peptídeos inibidores de topoisomerases bacterianas: síntese e estudos de transporte através da membrana celular empregando moléculas peptídicas carreadoras

Abstract

CcdB é uma proteína de 11,7 kDa, com 101 resíduos de aminoácidos, produzida pelo plasmídeo F, como parte de um sistema de morte programada, de dois componentes, para a manutenção do número de cópias do plasmídeo. Neste sistema, CcdB age como uma toxina e o CcdA como um antídoto. Na ausência do CcdA, devido à perda do plasmídeo durante a replicação celular, CcdB pode matar bactéria pela inibição das enzimas DNA-girase e topoisomerase IV (topo IV). Girase e a topo IV são topoisomerases, ATP dependentes, responsáveis pelos processos de replicação e transcrição do DNA bacteriano, de modo que exercem papel fundamental na viabilidade dos microrganismos procariotos. Peptídeos derivados do CcdB têm demonstrado grande capacidade de inibição enzimática in vitro, porém a baixa permeabilidade da membrana celular bacteriana a estes derivados tem prejudicado a atividade in vivo. No intuito de criar um meio para facilitar a inserção de derivados sintéticos do CcdB em células bacterianas, uma série de peptídeos, constituídos de quatros seqüências carreadoras fundidas ao derivado peptídico CcdB1, foi sintetizada pela metodologia da fase sólida. Estes peptídeos foram testados quanto à inibição da girase e topo IV em solução. Dois peptídeos apresentaram inibição, com valores de IC100 abaixo de 100 μM, para ambas as enzimas. Estudos de dicroísmo circular associado aos ensaios de inibição evidenciaram forte dependência da atividade com a presença da hélice C-terminal. O derivado CPP1-CcdB1 apresentou atividade antimicrobiana contra Bacillus subtilis, a uma concentração de 50 μM, mostrando que a inserção de uma seqüência carreadora, pode facilitar o transporte de derivados do CcdB através da membrana celular. Além disso, a molécula de CcdB1 pode servir como um bom modelo para o desenvolvimento de novos CPPs.

CcdB is an 11.7 kDa protein with 101 amino acid residues, produced by the F plasmid as part of a two-component system of programmed cell death for maintaining plasmid copy number. In this system, CcdB acts as a toxin and CcdA as an antidote. In the absence of the CcdA, due to loss of plasmid during cell replication, CcdB can kill bacteria by inhibition of the DNA gyrase and topoisomerase IV (topo IV) enzymes. Gyrase and topo IV are ATP dependent topoisomerases, responsible for the transcription and replication processes in bacterial DNA, so that carries key role in the viability of prokaryotes microorganisms. Peptides derived from CcdB have shown great capacity for in vitro enzyme inhibition, but the low permeability of the bacterial cell membrane to these derivatives has damaged the activity in vivo. In order to create a form to facilitate the insertion of synthetic derivatives of CcdB in bacterial cells, a series of peptides, consisting of four carrier peptide sequences fused to the derived CcdB1, was synthesized by the solid phase methodology. These peptides were tested about inhibition of Gyrase and topo IV activities, in solution. Two peptides showed inhibition, with values of IC100 below 100 mM for both enzymes. Circular dicroism studies associated with inhibition tests showed strong dependence of activity with the presence of the C-terminal helix. The CPP1-CcdB1 derivative showed antimicrobial activity against Bacillus subtilis at a concentration of 50 mM, showing that the insertion of a carrier sequence can facilitate the transport of derivatives of CcdB through the cell membrane. In addition, the CcdB1 molecule is a good model to develop new CPPs.