α-MSHの新規Trp-Argリッチアナログの微生物に対するin vitroおよびex vivoでの有効性

In Vitro and Ex Vivo Efficacy of Novel Trp-Arg Rich Analogue of α-MSH against .

• Jyotsna Singh
• Sana Mumtaz
• Seema Joshi
• Kasturi Mukhopadhyay

抄録

自然免疫の必須構成要素である抗菌ペプチド（AMP）は、現在の薬剤耐性の脅威に対抗するためのヒト治療薬にとって非常に重要な資源である。我々はこれまでに、そのようなAMPの一つであるα-メラノサイト刺激ホルモン（α-MSH）、内因性神経ペプチドおよびその誘導体が、メチシリン耐性（MRSA）を含む薬剤に対して強力な抗菌活性を有することを確立してきた。しかし、α-MSHはブドウ球菌感染症の治療薬開発に大きな可能性を秘めているが、標準的な微生物培養液の存在下では効果が低下するという問題があった。この問題を克服するために，本研究では，α-MSHのC末端フラグメントであるα-MSH(6-13)の5つの新規アナログを設計した．すべてのペプチドが負に帯電したリン脂質小胞との優先的な相互作用を示したが、最も疎水性とカチオン性の高いペプチドであるAna-5は、細胞選択性を維持したまま細胞に対して最も高い活性を示した。さらに、Ana-5はミューラーヒントンブロスのような複雑な培地でも活性を保持し、血清の存在下では迅速な殺菌活性を示した。また、Ana-5は細菌膜の脱分極、透過、細胞溶解を迅速に引き起こし、ポリアニオン性プラスミドDNAに結合することができ、ペプチドの二重作用の可能性を示唆していました。重要なことは、Ana-5は従来の抗生物質と同様に線維芽細胞の細胞内を根絶することができたことである。今回の研究により、微生物増殖培地中での優れたブドウ球菌殺菌力とex vivoでの有効性を有する、強力なα-MSHベースの類似体が得られ、治療への応用が期待される。

Antimicrobial peptides (AMPs), an essential component of innate immunity, are very important resources for human therapeutics to counter the current threat of drug resistance. We have previously established that one such AMP, α-melanocyte stimulating hormone (α-MSH), an endogenous neuropeptide, and its derivatives have potent antimicrobial activity against , including methicillin-resistant (MRSA). However, the immense potential of α-MSH for therapeutic development against staphylococcal infections is marred by its reduced efficacy in the presence of standard microbiological culture medium. To overcome this issue, in this study, we designed a series of five novel analogues of the C-terminal fragment of α-MSH, i.e., α-MSH(6-13), by replacing uncharged and less hydrophobic residues with tryptophan and arginine to increase the hydrophobicity and cationic charge of the peptide, respectively. While all of the peptides showed a preferential interaction with negatively charged phospholipid vesicles, the most hydrophobic and cationic peptide, i.e., Ana-5, exhibited the highest activity against cells while maintaining cell selectivity. Moreover, Ana-5 could retain its activity even in complex media like the Mueller Hinton broth and displayed rapid bactericidal activity in the presence of serum. Ana-5 also caused rapid bacterial membrane depolarization, permeabilization, and cell lysis and was able to bind to polyanionic plasmid DNA suggesting a possible dual mode of action of the peptide. Importantly, Ana-5 was able to eradicate intracellular in fibroblast cells similar to conventional antibiotics. Collectively, in the present study, we obtained a potent α-MSH-based analogue with excellent staphylocidal potency in microbial growth medium and ex vivo efficacy, which may translate into therapeutic application.

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