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Sequential rearrangement and stereochemical reorganization to design an antimicrobial peptide with enhanced stability - 05/01/24

Doi : 10.1016/j.biopha.2023.116088 
Po-Hsien Hsu a, 1, Prakash Kishore Hazam b, 1, Yi-Ping Huang c, Jih-Chao Yeh b, Yun-Ru Chen d, Chao-Chin Li e, Chi-Fon Chang c, , Je-Wen Liou f, , Jyh-Yih Chen b, g,
a Institute of Fisheries Science, National Taiwan University, 1 Roosevelt Road, Section 4, Taipei 106, Taiwan 
b Marine Research Station, Institute of Cellular and Organismic Biology, Academia Sinica, 23-10 Dahuen Rd., Jiaushi, Ilan 262, Taiwan 
c Genomics Research Center, Academia Sinica, Taipei, Taiwan 
d Academia Sinica Protein Clinic, Institute of Biological Chemistry, Academia Sinica, 128, Academia Road, Section 2, Nankang District, Taipei 115, Taiwan 
e Institute of Cellular and Organismic Biology, Academia Sinica, Nankang, Taipei 115, Taiwan 
f Department of Biochemistry, School of Medicine, Tzu Chi University, 701, Section 3, Chung-Yang Rd, Hualien 970, Taiwan 
g The iEGG and Animal Biotechnology Center and the Rong Hsing Research Center for Translational Medicine, National Chung Hsing University, Taichung 402, Taiwan 

Corresponding authors.⁎⁎Corresponding author at: Marine Research Station, Institute of Cellular and Organismic Biology, Academia Sinica, 23-10 Dahuen Road, Jiaushi, Ilan 262, Taiwan.Marine Research Station, Institute of Cellular and Organismic Biology, Academia Sinica23-10 Dahuen Road, JiaushiIlan262Taiwan

Abstract

Antimicrobial peptides (AMPs) are natural molecules that function within the innate immune system to counteract pathogenic invasion and minimize the detrimental consequences of infection. However, utilizing these molecules for medical applications has been challenging. In this study, we selected a model AMP with poor stability, Tilapia Piscidin 4 (TP4), and modified its sequence and chirality (TP4-γ) to improve its potential for clinical application. The strategy of chirality inversion was inspired by the cereulide peptide, which has a DDLL enantiomer pattern and exhibits exceptional stability. Sequential substitution of key residues and selective chirality inversion yielded a less toxic peptide with enhanced stability and notable antimicrobial activity. In addition to its superior stability profile and antimicrobial activity, TP4-γ treatment reduced the level of LPS-induced nitric oxide (NO) release in a macrophage cell line. This reduction in NO release may reflect anti-inflammatory properties, as NO is widely known to promote inflammatory processes. Hence, our heterochiral peptide construct shows a more suitable pharmacokinetic profile than its parental compound, and further studies are warranted to develop the molecule for potential clinical application.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Highlights

Natural peptides often display compromised activity in presence of proteolytic enzymes.
A design approach to incorporate D-amino acids led to enhanced activity in serum.
Heterochiral peptide showed notable activity and low hemolytic potential.
The designed peptide showed indications of anti-inflammatory property.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : Antimicrobial peptide design, D-amino acid, Stability, Anti-inflammatory, NDM-1 Klebsiella pneumoniae, Piscidins


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