抗FIVペプチドC8の異なる電荷を持つ膜モデルへの結合。最初のドッキングから膜チューブレーションまで

Binding of the Anti-FIV Peptide C8 to Differently Charged Membrane Models: From First Docking to Membrane Tubulation.

• Daniele Di Marino
• Agostino Bruno
• Manuela Grimaldi
• Mario Scrima
• Ilaria Stillitano
• Giuseppina Amodio
• Grazia Della Sala
• Alice Romagnoli
• Augusta De Santis
• Ornella Moltedo
• Paolo Remondelli
• Giovanni Boccia
• Gerardino D'Errico
• Anna Maria D'Ursi
• Vittorio Limongelli

抄録

Gp36は、ネコ免疫不全ウイルスと宿主細胞との融合を触媒するウイルスエンベロープ糖タンパク質である。ペプチドC8はgp36のフラグメントW-Iに対応するトリプトファンに富んだペプチドであり、膜細胞と結合してウイルスの侵入を阻害することで抗ウイルス活性を発揮します。C8の脂質膜への結合は、膜表面電荷を含むいくつかの因子が調節している。本研究では、リン脂質二重膜の電荷の系統的な変化が、C8の脂質膜との相互作用の適性、C8が特定の構造状態をとる傾向、C8との相互作用に伴う脂質二重膜の再組織化に及ぼす影響を調べた。そこで、CD, NMR, ESR分光法, 原子論的分子動力学シミュレーション, 共焦点顕微鏡を含むボトムアップマルチスケールプロトコルを用いて、双性イオン性/負に帯電したリン脂質の比率の異なる6つの膜モデルにおけるC8の研究を行った。その結果、電荷量がC8の膜結合を調節し、ペプチドの構造に大きな影響を与えていることがわかった。ミセル溶液中のC8は、DPCまたはDOPCの双性イオン性リン脂質によって形成されたSUV中のC8は、負に帯電したSDSまたはDOPGリン脂質の濃度が40％を超えると、規則的なβターン構造を仮定しています。C8と双性イオン性膜表面との相互作用は、膜内で深くなっているTrp1とTrp4によって媒介され、DOPC極性ヘッドとのH結合とカチオン-π相互作用を形成します。さらに、Glu2とAsp3が塩橋相互作用を安定化しています。MDとESRのデータは、双性イオン性リン脂質の濃度が高くなるにつれてC8膜親和性が増加することを示しています。双性イオン性リン脂質が過剰に存在する脂質膜では、C8は膜界面に吸着し、DOPC二重層の外側領域の硬化を誘導する。しかし、C8の結合は脂質二重層の全体的な組織を大きく揺さぶり、その結果、膜のリモデリングを引き起こすことになります。これらの現象は、二重膜の厚さの変化として測定可能であり、C8ペプチドの存在下で双性イオン性MLVをイメージングすることにより、共焦点顕微鏡で観察された膜融合と小胞チューブレーションの発症メカニズムであると考えられています。

Gp36 is the virus envelope glycoproteins catalyzing the fusion of the feline immunodeficiency virus with the host cells. The peptide C8 is a tryptophan-rich peptide corresponding to the fragment W-I of gp36 exerting antiviral activity by binding the membrane cell and inhibiting the virus entry. Several factors, including the membrane surface charge, regulate the binding of C8 to the lipid membrane. Based on the evidence that imperceptible variation of membrane charge may induce a dramatic effect in several critical biological events, in the present work we investigate the effect induced by systematic variation of charge in phospholipid bilayers on the aptitude of C8 to interact with lipid membranes, the tendency of C8 to assume specific conformational states and the re-organization of the lipid bilayer upon the interaction with C8. Accordingly, employing a bottom-up multiscale protocol, including CD, NMR, ESR spectroscopy, atomistic molecular dynamics simulations, and confocal microscopy, we studied C8 in six membrane models composed of different ratios of zwitterionic/negatively charged phospholipids. Our data show that charge content modulates C8-membrane binding with significant effects on the peptide conformations. C8 in micelle solution or in SUV formed by DPC or DOPC zwitterionic phospholipids assumes regular β-turn structures that are progressively destabilized as the concentration of negatively charged SDS or DOPG phospholipids exceed 40%. Interaction of C8 with zwitterionic membrane surface is mediated by Trp1 and Trp4 that are deepened in the membrane, forming H-bonds and cation-π interactions with the DOPC polar heads. Additional stabilizing salt bridge interactions involve Glu2 and Asp3. MD and ESR data show that the C8-membrane affinity increases as the concentration of zwitterionic phospholipid increases. In the lipid membrane characterized by an excess of zwitterionic phospholipids, C8 is adsorbed at the membrane interface, inducing a stiffening of the outer region of the DOPC bilayer. However, the bound of C8 significantly perturbs the whole organization of lipid bilayer resulting in membrane remodeling. These events, measurable as a variation of the bilayer thickness, are the onset mechanism of the membrane fusion and vesicle tubulation observed in confocal microscopy by imaging zwitterionic MLVs in the presence of C8 peptide.

Copyright © 2020 Di Marino, Bruno, Grimaldi, Scrima, Stillitano, Amodio, Della Sala, Romagnoli, De Santis, Moltedo, Remondelli, Boccia, D'Errico, D'Ursi and Limongelli.