Зміни електрофізичних характеристик еритроцитів, індуковані граміцидином С
Анотація
Актуальність. Використання антимікробних пептидів є одним з можливих шляхів подолання загрозливого стрімкого зростання стійкості мікроорганізмів до традиційних антибіотиків. Особливої уваги в цьому контексті заслуговує граміцидин С (GS), який вже понад 70 років є сертифікованим для місцевого медичного застосування. Гострий побічний гемолітичний ефект GS щодо клітин людини перешкоджає його системному використанню. Розуміння молекулярних механізмів взаємодії GS з біологічними мембранами дозволить з одного боку підсилити його бактерицидний ефект, а з іншого — зменшити негативні побічні ефекти щодо клітин людини й таким чином розширити спектр застосування антибактеріальних пептидів для боротьби з інфекційними захворюваннями, викликаними резистентними мікроорганізмами.
Мета роботи. Вивчення впливу різних доз антимікробного олігопептидного антибіотика GS на морфологічні та електрофізичні характеристики еритроцитів людини при інкубації in vitro.
Матеріали та методи. Методом проточної цитометрії з використанням спектроскопії імпульсів опору досліджено морфологічні зміни еритроцитів здорових донорів після попередньої інкубації з GS в концентраціях 5–40 мкг/мл. Вимірювали об’єм поодиноких клітин, розподіл еритроцитів за об’ємом в популяції та визначали величину потенціалу електричного пробою плазматичної мембрани еритроцитів людини.
Результати. Інкубація еритроцитів людини з сублітичними концентраціями GS супроводжується перерозподілом еритроцитів за об’ємом зі збільшенням частки еритроцитів меншого об’єму з меншим значенням стійкості мембрани до електричного пробою. Проте, збільшення концентрації GS до 40 мкг/мл, навпаки, призводить до збільшення частки клітин збільшеного об’єму з підвищеною стійкістю до електричного пробою мембрани. Обговорюються можливі механізми морфологічних змін еритроцитів під дією GS.
Висновки. Інкубація еритроцитів з GS у концентраціях 5–40 мкг/мл супроводжується перерозподілом клітин за об’ємом та зміною стійкості плазматичних мембран еритроцитів до електричного пробою, обумовленою дестабілізуючою мембранотропною дією пептиду, мікровезикуляцією еритроцитів за малих концентрації пептиду або порушенням цитоскелету клітин.
Завантаження
Посилання
Gause GF, Brazhnikova MG. Gramicidin S and its use in the Treatment of Infected Wounds. Nature. 1944; 154(3918):703. https://doi.org/10.1038/154703a0
Guan Q, Huang S, Jin Y, Campagne R, Alezra V, Wan Y. Recent Advances in the Exploration of Therapeutic Analogues of Gramicidin S, an Old but Still Potent Antimicrobial Peptide. J Med Chem. 2019;62(17):7603-17. https://doi.org/10.1021/acs.jmedchem.9b00156
Wenzel M, Rautenbach M, Vosloo JA, Siersma T, Aisenbrey CHM, Zaitseva E, Laubscher WE, van Rensburg W, Behrends JC, Bechinger B, Hamoen LW. The Multifaceted Antibacterial Mechanisms of the Pioneering Peptide Antibiotics Tyrocidine and Gramicidin S. mBio. 2018;9(5):e00802-18. https://doi.org/10.1128/mBio.00802-18
Katsu T, Kuroko M, Morikawa T, et al. Mechanism of membrane damage induced by the amphipathic peptides gramicidin S and melittin. Biochim Biophys Acta. 1989;983(2):135-41. https://doi.org/10.1016/0005-2736(89)90226-5
Prenner EJ, Lewis RNAH, McElhaney RN. The interaction of the antimicrobial peptide gramicidin S with lipid bilayer model and biological membranes Biochim Biophys Acta. 1999;1462(1-2):201-21. https://doi.org/10.1016/s0005-2736(99)00207-2
Wu M, Maier E, Benz R, Hancock REW. Mechanism of interaction of different classes of cationic antimicrobial peptides with planar bilayers and with the cytoplasmic membrane of Escherichia coli. Biochemistry. 1999;38(22):7235-42. https://doi.org/10.1021/bi9826299
Semrau S, Monster MWL, van der KnaapM, et al. Membrane lysis by gramicidin S visualized in red blood cells and giant vesicles. Biochim Biophys Acta. Biomembranes. 2010;1798(11):2033-39. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2010.07.001
Swierstra J, Kapoerchan V, Knijnenburg A, et al. Structure, toxicity and antibiotic activity of gramicidin S and derivatives. Eur J Clin Microbiol Infect Dis. 2016;35(5):763-9. https://doi.org/10.1007/s10096-016-2595-y
Hoffmann JJML, Nabbe KCAM, van den Broek NMA. Effect of age and gender on reference intervals of red blood cell distribution width (RDW) and mean red cell volume (MCV). Clin Chem Lab Med. 2015;53(12):2015-9. https://doi.org/10.1515/cclm-2015-0155
Leal JKF, Adjobo-Hermans MJW, Bosman GJCGM. Red Blood Cell Homeostasis: Mechanisms and Effects of Microvesicle Generation in Health and Disease. Front Physiol. 2018;9:703. https://doi.org/10.3389/fphys.2018.00703
Blanc L, De Gassart A, Géminard C, Bette-Bobillo P, Vidal M. Exosome release by reticulocytes—An integral part of the red blood cell differentiation system. Blood Cells Mol Dis. 2005;35(1):21–6. https://doi.org/10.1016/j.bcmd.2005.04.008
Thangaraju K, Neerukonda SN, Katneni U, Buehler PW. Extracellular Vesicles from Red Blood Cells and Their Evolving Roles in Health, Coagulopathy and Therapy. Int J Mol Sci. 2021;22(1):153. https://doi.org/10.3390/ijms22010153
Krivanek R, Rybar P, Prenner EJ, et al. Interaction of the antimicrobial peptide gramicidin S with dimyristoyl-phosphatidylcholine bilayer membranes: a densitometry and sound velocimetry study. Biochim Biophys Acta. Biomembranes. 2001;1510(1-2):452-63. https://doi.org/10.1016/S0005-2736(00)00376-X
Lim GHW, Wortis M, Mukhopadhyay R. Stomatocyte–discocyte–echinocyte sequence of the human red blood cell: evidence for the bilayer-couple hypothesis from membrane mechanics. Proc Natl Acad Sci USA. 2002;99 (26):16766-69. https://doi.org/10.1073/pnas.202617299
Murate M, Abe M, Kasahara K, Iwabuchi K, Umeda M, Kobayashi T. Transbilayer distribution of lipids at nano scale. J Cell Sci. 2015;128(8):1627-38. https://doi.org/10.1242/jcs.163105
Huang HW, Chen F-Yu, Lee M-T. Molecular mechanism of peptide-induced pores in membranes. Phys Rev Lett. 2004;92(19):198304. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.92.198304
Karatekin E, Sandre O, Brochard-Wyart F. Transient pores in vesicles. Polym Int. 2003;52(4):486-93. https://doi.org/10.1002/pi.1007
Grover NB, Naaman J, Ben-Sasson S, Doljanski F, Nadav E. Electrical Sizing of Particles in Suspensions: II. Experiments with Rigid Spheres. Biophys J. 1969;9(11):1415-25. https://doi.org/10.1016/S0006-3495(69)86462-3
Borikov OY, Morozova OM, Berest VP. Sub-Microfluidic Setup to Quantify Cell Surface & Charge Density. 2019 IEEE 2nd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering. 2019:256–9 https://doi.org/10.1109/UKRCON.2019.8879988
Hackl EV, Berest VP. Зміна рухливості ліпідів мембрани впливає на взаємодію грамицидина S з еритроцитами людини. Біофізичний вісник. 2008;2(21):56-63. Available from: https://periodicals.karazin.ua/biophysvisnyk/article/view/16742
Berest VP, Sotnikov A, Sichevska LV. Lipid nanocarriers impede side effects of delivered antimicrobial peptide (in press)
Penič S, Mesarec L, Fošnarič M, Mrówczyńska L, Hägerstrand H, Kralj-Iglič V, Iglič A. Budding and Fission of Membrane Vesicles: A Mini Review. Front Phys. 2020;8:342. https://doi.org/10.3389/fphy.2020.00342
Hackl EV, Berest VP, Gatash SV. Interaction of polypeptide antibiotic gramicidin S with platelets. J Pept Sci. 2012;18(12):748–54. https://doi.org/10.1002/psc.2461
Abdalla MA, McGaw LJ. Natural Cyclic Peptides as an Attractive Modality for Therapeutics: A Mini Review. Molecules (Basel, Switzerland). 2018;23(8):2080. https://doi.org/10.3390/molecules23082080
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
