키조개 Atrina pectinata로부터 분리한 항균 펩타이드 및 그 유도체의 작용기작
- Abstract
- Mechanism of Antimicrobial Peptide and Its Analogs Derived from the Comb Pen Shell, Atrina pectinata
Sung-Youl Hong
Department of Biotechnology, Graduate School.
Pukyong National University
Abstract
A 5.6 kDa antimicrobial peptide was purified from the acidified gill extract of the comb pen shell, Atrina pectinata, by cation-exchange and C18 reversed-phase high performance liquid chromatography. Comparison of the amino acid sequences and molecular weight of this peptide with those of other known antimicrobial polypeptides revealed that this antimicrobial peptide has high sequence homology with that of cgMolluscidin and was designated as apMolluscidin. apMolluscidin containing several dibasic residue repeats like Lys-Lys or diamino acid repeats like Lys-Gly. apMolluscidin showed potent antimicrobial activity against both Gram-positive bacteria (minimal effective concentrations [MECs]; 0.8-19.0 μg/ml) and Gram-negative bacteria (MECs; 1.0-4.0 μg/ml) without hemolytic activity. However, apMolluscidin did not show any significant activity against Candida albicans. The secondary structure prediction suggested that apMolluscidin might form an ordered amphipathic structure containing two α-helical regions. apMolluscidin did not show membrane permeabilization or leakage abilities. The full-length apMolluscidin cDNA contained 812-bp, including a 5’-untranslated region (UTR) of 82-bp, a 3’-UTR of 547-bp, and an open reading frame of 183-bp encoding 60 amino acids containing Met. The mRNA study of apMolluscidin suggests that it is expressed as a mature form in gills mainly.
Two novel antimicrobial peptide analogs consisting of 13 amino acid residues in amphipathic α-helical structure were designed based on the central region of the parental sequence of apMolluscidin. To develop the lead peptides for antimicrobial applications, the net charge and the pI values were increased by substituting amino acids and amidation at the C-terminus. The experimental results showed that ap1 analog exhibited significant antimicrobial activity against all of the bacteria and Candida albicans tested, with some degree of hemolytic activity. In addition, bactericidal test, membrane permeabilization assay, DNA binding study, and chromogenic bacteriolytic plate assay indicated that ap1 acts directly on the bacterial membrane and killed bacteria with a bactericidal procedure via membrane permeabilizing function. AP1 analog also acted directly on the intracellular components such as DNA for its antimicrobial function. These results suggest AP1 has potential for the development of novel antimicrobial agents.
- Author(s)
- 홍성열
- Issued Date
- 2018
- Awarded Date
- 2018. 8
- Type
- Dissertation
- Publisher
- 부경대학교
- URI
- https://repository.pknu.ac.kr:8443/handle/2021.oak/14724
http://pknu.dcollection.net/common/orgView/200000108873
- Affiliation
- 부경대학교 대학원
- Department
- 대학원 생물공학과
- Advisor
- 홍용기
- Table Of Contents
- 목차
Ⅰ. 서론 1
Ⅱ. 재료 및 방법 6
1. 재료 6
1.1. 실험동물 6
1.2. 시약 및 재료 6
2. 실험방법 9
2.1. 조직채취 및 추출 9
2.2. 항균활성 측정 13
2.3. Protease 처리에 의한 단백질성 항균물질 존재 유무 확인 14
2.4. Acid-urea PAGE와 Bug-blot 14
2.5. Hemolysis 측정 15
2.6. 막 투과 활성 측정 16
2.7. Chromogenic bacteriolytic plate assay 16
2.8. DNA Binding Assay 17
2.9. 항균활성물질의 분리 및 정제 17
2.10. 분자량 측정 18
2.11. 아미노산 서열 결정 18
2.12. 항균 펩타이드 서열의 상동성 분석과 2차 구조 예측 18
2.13. cDNA cloning 19
2.14. qPCR을 이용한 mRNA 발현분석 23
2.15. 유도체 디자인 및 합성 24
2.16. 유도체의 항균활성 25
2.17. 유도체의 내막투과성 25
2.18. 유도체의 chromogenic bacteriolytic plate assay 25
2.19. 유도체의 DNA-binding ability 25
2.20. 유도체의 minimum bactericidal concentration (MBC) 측정 26
2.21. 유도체의 killing kinetic study 26
Ⅲ. 결과 28
1. 키조개 추출물의 생리활성 28
1.1. 키조개 조직추출물의 항균활성 28
1.2. Acid-urea PAGE와 bug-blot 30
1.3. 추출물의 용혈활성 30
1.4. 추출물의 막투과 활성 33
1.5. 추출물의 chromogenic bacteriolytic assay 34
1.6. DNA-binding assay 36
2. 항균 펩타이드의 정제 38
2.1. Sep-pak C18 cartridge를 이용한 조정제 및 항균활성 38
2.2. RM60으로부터 항균 펩타이드의 정제를 위한 1st 역상 HPLC 40
2.3. 양이온 교환 column을 사용한 2nd HPLC 42
2.4. 항균 펩타이드의 최종정제 44
3. 정제된 항균 펩타이드의 항균활성 46
4. 정제된 항균 펩타이드의 일차구조 분석 47
4.1. 정제 펩타이드의 분자량 측정 47
4.2. 정제 펩타이드의 일차구조 분석 47
4.3. 정제된 항균 펩타이드의 상동성 분석 49
5. 정제된 항균 펩타이드의 2차구조 예측과 helcial wheel diagram 분석 50
6. apMolluscidin cDNA cloning 52
6.1. Degenerate PCR 및 RACE PCR 52
6.2. apMolluscidin 전장 cDNA 53
7. apMolluscidin mRNA 조직발현 55
8. 항균활성 개선을 위한 유도체 디자인 및 합성 56
8.1. 유도체 디자인 56
8.2. 유도체의 합성 56
8.3. 유도체의 항균활성 58
8.4. 유도체의 내막 투과성 효과 60
8.5. 유도체의 chromogenic bacteriolytic assay 61
8.6. 유도체의 DNA-binding assay 63
8.7. 유도체의 minimum bactericidal concentration (MBC) 측정 64
8.8. 유도체의 killing kinetic study 65
Ⅳ. 고찰 67
1. 키조개 추출물의 생리활성 67
2. 키조개 아가미 추출물로부터 항균 펩타이드의 정제 및 일차구조 분석 68
3. 유도체 디자인 및 작용기작 연구 69
Ⅴ. 결론 71
Ⅵ. 참고문헌 72
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