masterThesis
Simulações computacionais de agregados de 1-Palmitoil-2-Oleoil-sn-Glicero-3-[Fosfo-rac-(1-glicerol)] (POPG) na presença de peptídeos antimicrobianos LL-37
Autor
VALENCIA, Yeny Yaneth Pillco
Institución
Resumen
Peptídeos antimicrobianos (AMPs) são moléculas biológicas de baixa massa molecular com uma vasta atividade inibitória contra determinados agentes patogênicos. Devido a essa capacidade, tem havido um grande interesse em se estudar esse grupo de compostos nos últimos anos. AMPs têm despertado o interesse de muitos pesquisadores pelo potencial agente terapêutico que possui e a capacidade de não desenvolver resistência, sendo uma alternativa ao uso de antibióticos. O primeiro peptídeo antimicrobiano anfipático isolado de células humanas é o LL-37, esse AMP é derivado da catelicidina humana, exibe uma estrutura alfa-helicoidal anfipática e uma carga de +6 em pH fisiológico. O LL-37 é formado por uma cadeia de 37 resíduos (LLGDF-FRKSK-EKIGK-EFKRI-VQRIK-DFLRN-LVPRTES), atua como a primeira linha de defesa contra infecção local e invasão sistêmica de patógenos em locais de inflamação. Medidas de espalhamento de raios-X a baixo ângulo (SAXS) e microscopia eletrônica sugerem que o LL-37 desestabiliza as bicamadas de POPG (1-palmitoil-2-oleoil-sn-glicero-3-fosfoglicerol) e induz o desaparecimento de bicamadas multilamelares e o aparecimento de micelas de uma maneira dependente da concentração. Seu mecanismo molecular de ação do LL-37 ainda não é totalmente compreendido. Por tanto, nesta dissertação foi investigado o possível mecanismo de ação molecular do peptídeo antimicrobiano LL-37 em membranas fosfolipídicas de POPG reproduzindo membranas bacterianas e POPC (1-palmitoil-2-oleoil-sn-glicero-3-fosfocolina) membranas de mamíferos. Simulações de dinâmica molecular (MD) de tipo coarse-grained (CG) usando o campo de força Martini, foram realizadas simulações em diferentes condições de variação de concentração do peptídeo, temperatura, e posição do peptídeo na bicamada. Nossas simulações mostram que o LL-37 se liga rapidamente à bicamada de POPG em uma orientação paralela à membrana. Esta orientação é mantida em diferentes condições de temperaturas e concentração de peptídeos, sugerindo que poros não são formados pelo LL-37. Membranas de POPG foram deformadas rapidamente pelo LL-37, em contraste, ao POPC onde o processo é mais lento. Argumentamos que a bicamada POPG é desestabilizada pelo LL-37 por meio de um mecanismo semelhante a carpete, consistente com dados estruturais experimentais. CAPES Antimicrobial peptides (AMPs) are biological molecules of low molecular mass with a wide inhibitory activity against certain pathogens. Because of this ability, there has been a great deal of interest in studying this group of compounds in recent years. AMPs have aroused the interest of many researchers in their potential therapeutic agent and the ability to resist resistance, and is an alternative to the use of antibiotics. The first amphipathic antimicrobial peptide isolated from human cells is LL-37, this AMP is derived from human catelicidine, exhibits an amphipathic alpha-helical structure and a +6 charge at physiological pH. LL-37 consists of a 37-residue chain (LLGDF-FRKSK-EKIGK-EFKRIVKRIK-DFLRN-LVPRT-ES), serving as the first line of defense against local infection and systemic invasion of pathogens at sites of inflammation. Low-angle X-ray scattering (SAXS) and electron microscopy suggest that LL-37 destabilizes POPG (1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphoglycerol) bilayers and induces the disappearance of bilayers multilamellars and the appearance of micelles in a concentration-dependent manner. Its molecular mechanism of action of LL-37 is not yet fully understood. Therefore, in this dissertation was investigated the possible mechanism of molecular action of the LL-37 antimicrobial peptide on POPG phospholipid membranes reproducing bacterial membranes and POPC (1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine) mammalian membranes. Simulations of coarse-grained (CG) molecular dynamics (MD) using the Martini force field, simulations were performed under different conditions of variation of peptide concentration, temperature, and position of the peptide in the bilayer. Our simulations show that LL-37 binds rapidly to the POPG bilayer in a parallel orientation to the membrane. This orientation is maintained at different temperature and peptide concentration conditions, suggesting that pores are not formed by LL-37. POPG membranes were deformed rapidly by LL-37, in contrast, to POPC where the process is slower. We argue that the POPG bilayer is destabilized by LL-37 by means of a carpet-like mechanism, consistent with experimental structural data.