라이신과 트립토판의 반복적 패턴이 항균 활성 및 항균 작용기작에 미치는 영향

Abstract

라이신과 트립토판의 반복적 패턴이 항균 활성 및 항균 작용기작에 미치는 영향

라마모티고팔 지도교수: 함경수 생물신소재학과 조선대학교 대학원

Lysine과 Tryptophan이 많이 함유된 양이온 항균 펩타이드를 이용하여 미생물에 대한 광범위한 항균활성과 작용기작을 (KW)n라는 Lysine (K) 과 Tryptophan (W)잔기가 지속적으로 포함된 일련의 scrambled 펩타이드를 합성하였고, 이들 펩타이드의 항균활성을 확인하였다. (KW)5 펩타이드를 제외하고 펩타이드 chain length의 증가에 따라 항균활성의 증가를 나타내었다. (KW)5 펩타이드는 수용성 환경에서의 self-aggregation에 의한 소수성의 증가로 세포독성 증가와 항균활성 감소를 나타냈다. 첫 번째로 박테리아 생체막에 linear 펩타이드의 효과를 연구했다. 펩타이드의 막투과 능력에 관하여 lipopolysaccharides (LPS)의 phosphate groups에 펩타이드가 강한 상호작용을 하였고, killing 활성은 막 파괴 유도와 투과 능력에 의해 빠른 붕괴를 통해 나타났다. 이후 펩타이드 활성 모드를 나타내는 것으로 Circular dichroism (CD) spectra에서 펩타이드가 수용성 용액에서 불규칙적인 구조를 나타내지만, lipid vesicles 모형에서는 β-sheet 구조 형성을 나타냈다. 또한 (KW)4 펩타이드는 주사 전자 현미경법 (SEM: scanning electron microscopy)을 이용하여 박테리아 세포에 aggregated와 박테리아 세포 표면이 파괴되는 것을 확인했다. 모든 데이터는 KW에서 변형된 긴 펩타이드로 (n equals 4 or 5) 박테리아 활성에 있어 aggregation되는 것을 확인하였다. 또한 이들 펩타이드의 용혈작용과 LPS 부착작용 그리고 막 투과활성은 펩타이드 길이와 소수성, 용해도에 따라서 반응의 원인이 된다는 것을 알 수 있었다. 두 번째 연구는 fungal막에 linear 펩타이드들의 효과를 나타낸 것으로 항 진균 활성은 펩타이드의 길이에 따라서 증가했고, 세포 독성 또한 유사한 경향을 보였다. 펩타이드들의 최소농도 억제는 세포막 침투를 유도하지 않았지만 진균 사멸을 나타냈고, 펩타이드 활성은 세포벽 구성 요소 및 대사 억제제로 저해하지 못했다. 세포막의 변화는 세포 외부의 propidium iodide (PI)와 세포벽 사이에 축적된 calcein에 의해 평가되었다. Trp blue shift와 CD spectra를 이용한 측정은 펩타이드가 진균 막에 상호작용하는 것을 보였지만 세포투과 실험에서는 이들 펩타이드가 Candida albicans에 세포원형질막 투과를 유도하지 않았다. 또한 SEM을 통한 관찰에서도 (KW)4 펩타이드가 minimum inhibitory concentration (MIC)에서 세포막 형태의 변화를 일으키지 않음을 확인하였다. 덧붙여 5-carboxytetramethylrhodamine (TAMRA)를 부착한 (KW)4 펩타이드는 Candida albicans의 cytosol에 축적되어 위치하였다. 이들 결과들로 (KW)4 펩타이드는 진균에서 세포막의 파괴를 유도하지 않고 세포 내부로 들어가 작용하는 것으로 보였다. 이에 Gel retardation 실험을 통해 진균의 RNA에 펩타이드가 부착함을 확인하였다.

이상의 결과로부터 (KW)4 펩타이드는 박테리아 활성에 있어 aggregation되었으며, 진균에서는 세포막에 파괴를 유도하지 않고 세포 내부로 들어가 RNA에 부착됨을 알 수 있었다. 이로서 (KW)4 펩타이드는 박테리아와 진균에서 서로 다른 메커니즘으로 세포성장 억제를 유도한다는 것을 알 수 있었다.