Антимікробний пептид граміцидин S впливає на проліферацію та пригнічує адгезію фібробластів лінії L929

  • Н. М. Алабедалькарім Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України, вул. Переяславська, 23, м. Харків, 61016, Україна https://orcid.org/0000-0002-4445-9230
  • В. П. Берест Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, майдан Свободи, 4, м. Харків, 61022, Україна https://orcid.org/0000-0001-7779-154X
  • Н. М. Моісєєва Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України, вул. Переяславська, 23, м. Харків, 61016, Україна https://orcid.org/0000-0002-9845-2317
  • Г. А. Божок Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України, вул. Переяславська, 23, м. Харків, 61016, Україна; Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, майдан Свободи, 4, м. Харків, 61022, Україна https://orcid.org/0000-0002-4188-9286
  • Т. П. Бондаренко Інститут проблем кріобіології і кріомедицини НАН України, вул. Переяславська, 23, м. Харків, 61016, Україна; Харківський національний університет імені В. Н. Каразіна, майдан Свободи, 4, м. Харків, 61022, Україна
DOI: https://doi.org/10.26565/2075-3810-2023-49-04
Ключові слова: граміцидин S, фібробласти лінії L929, проліферація, адгезія, міграція

Анотація

Актуальність: Антимікробні пептиди мають перспективи у боротьбі з резистентністю збудників інфекційних захворювань до наявних антибіотиків. Неспецифічний механізм цитостатичної дії антимікробних пептидів, зокрема граміцидину S, щодо бактерій виявляється ефективним і для ушкодження клітин новотворів.

Мета роботи полягає у з’ясуванні можливого протипухлинного ефекту антимікробного пептиду граміцидину S.

Матеріали та методи. Методами конфокальної лазерної та світлової мікроскопії вивчено морфо-функціональні особливості клітин сполучної тканини — фібробластів лінії L929 — під впливом граміцидину S в діапазоні концентрацій 0,5–50 мкг/мл.

Результати: Встановлено літичний вплив граміцидину S в концентрації 50 мкг/мл на клітини культури L929, у концентраціях 0,5 мкг/мл і 5,0 мкг/мл антибіотик підвищує синтетичну активність клітин та стимулює проліферацію фібробластів в моношарі. Анізоморфія клітин є більш вираженою в присутності 5,0 мкг/мл граміцидину S, доданого у поживне середовище під час формування моношару, при цьому третина клітин у зразку формує популяцію, що морфологічно відрізняється від інших клітин у культурі. Додавання 0,5 та 5,0 мкг/мл граміцидину S до неприкріплених фібробластів достовірно пригнічує формування моношару. Під впливом 5,0 мкг/мл граміцидину S швидкість формування моношару є низькою, навіть незважаючи на значний вміст клітин з високим показником ядерно-цитоплазматичного відношення. Кінетика заповнення дефекту клітинного моношару свідчить, що граміцидин S у концентраціях 0,5 та 5,0 мкг/мл здатен керувати міграторно-проліферативними властивостями клітин лінії L929.

Висновки: Вплив граміцидину S на морфометричні параметри клітин залежить від концентрації пептиду та вихідного стану культури. Граміцидин S пригнічує адгезивні властивості фібробластів у моношаровій культурі клітин та швидкість формування моношару клітинами лінії L929. Найбільш чутливими до нелітичних концентрацій граміцидину S є клітини на стадії прикріплення та формування моношару. Пригнічення адгезивних властивостей клітин сполучної тканини граміцидином S є новим «неканонічним» ефектом відомого антимікробного препарату, який може свідчити про можливість застосування граміцидину S у якості антинеоплатичного засобу.

Завантаження

##plugins.generic.usageStats.noStats##

Посилання

Prenner EJ, Lewis RN, 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

Malik A, Bissinger R, Liu G, Liu G, Lang F. Enhanced eryptosis following gramicidin exposure. Toxins 2015;7(5):1396–410. https://doi.org/10.3390/toxins7051396

Ovsyannikova T M, Kovalenko AO, Berest VP, Borikov OY. Changes in electrophysical characteristics of red blood cells induced by gramicidin S. Biophys Bull. 2021;(45):32–43. https://doi.org/10.26565/2075-3810-2021-45-03

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

Hazam PK, Phukan C, Akhil R, Singh A, Ramakrishnan V. Antimicrobial effects of syndiotactic polypeptides. Sci Rep. 2021;11(1):1823. https://doi.org/10.1038/s41598-021-81394-2

Berditsch M, Afonin S, Reuster J, Lux H, Schkolin K, Babii O, et al. Supreme activity of gramicidin S against resistant, persistent and biofilm cells of staphylococci and enterococci Sci Rep. 2019;9(1):17938. https://doi.org/10.1038/s41598-019-54212-z

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

Pal S, Singh G, Singh S, Tripathi JK, Ghosh JK, Sinha S, et al. Tetrahydrofuran amino acid-containing gramicidin S analogues with improved biological profiles. Org Biomol Chem. 2015;13(24):6789–802. https://doi.org/10.1039/c5ob00622h

Tamaki M, Harada T, Fujinuma K, Takanashi K, Shindo M, Kimura M, et al. Polycationic gramicidin S analogues with both high antibiotic activity and very low hemolytic activity Chem Pharm Bull. 2012;60(9):1134–8. https://doi.org/10.1248/cpb.c12-00290

Chen T, Wang Y, Yang Y, Yu K, Cao X, Su F, et al. Gramicidin inhibits human gastric cancer cell proliferation, cell cycle and induced apoptosis. Biol Res. 2019;52(1):57. https://doi.org/10.1186/s40659-019-0264-1

Wang RQ, Geng J, Sheng WJ, Liu XJ, Jiang M, Zhen YS. The ionophore antibiotic gramicidin A inhibits pancreatic cancer stem cells associated with CD47 down-regulation. Cancer Cell Int. 2019;19:145. https://doi.org/10.1186/s12935-019-0862-6

Raileanu M, Popescu A, Bacalum M. Antimicrobial peptides as new combination agents in cancer therapeutics: A promising protocol against HT-29 tumoral spheroids. Int J Mol Sci. 2020;21:6964. https://doi.org/10.3390/ijms21186964

Wijesinghe D, Arachchige MCM, Lu A, Reshetnyak YK, Andreev OA. pH dependent transfer of nano-pores into membrane of cancer cells to induce apoptosis. Sci Rep. 2013;3:3560. https://doi.org/10.1038/srep03560

Jafari A, Babajani A, Sarrami Forooshani R, Yazdani M, Rezaei-Tavirani M. Clinical applications and anticancer effects of antimicrobial peptides: From bench to bedside. Front Oncol. 2022;12:819563. https://doi.org/10.3389/fonc.2022.819563

Tornesello AL, Borrelli A, Buonaguro L, Buonaguro FM, Tornesello ML. Antimicrobial Peptides as Anticancer Agents: Functional Properties and Biological Activities. Molecules. 2020;25(12):2850. https://doi.org/10.3390/molecules25122850

Ashrafuzzaman MD. The antimicrobial peptide gramicidin S enhances membrane adsorption and ion pore formation potency of chemotherapy drugs in lipid bilayers. Membranes. 2021;11(4):247. https://doi.org/10.3390/membranes11040247

Li H, Anuwongcharoen N, Malik A, Prachayasittikul V, Wikberg J, Nantasenamat C. Roles of d-Amino Acids on the Bioactivity of Host Defense Peptides. Int J Mol Sci. 2016;17(7):1023. https://doi.org/10.3390/ijms17071023

Liang CC, Park AY, Guan J-L. In vitro scratch assay: a convenient and inexpensive method for analysis of cell migration in vitro. Nat Protoc. 2007;2(2):329–33. https://doi.org/10.1038/nprot.2007.30

Hendrix DV, Ward DA, Barnhill MA. Effects of antibiotics on morphologic characteristics and migration of canine corneal epithelial cells in tissue culture. Am J Vet Res. 2001;62(10):1664–9. https://doi.org/10.2460/ajvr.2001.62.1664

Haoyang W-W, Xiao Q, Ye Z, Fu Y, Zhang D-W, Li J, et al. Gramicidin A-based unimolecular channel: cancer cell-targeting behavior and ion transport-induced apoptosis. ChemComm. 2021;57(9):1097-1100. https://doi.org/10.1039/D0CC08073J

Ali SS, Hajrah NH, Ayuob NN, Moshref SS, Abuzinadah OA. Morphological and morphometric study of cultured fibroblast from treated and untreated abnormal scar. Saudi Med J. 2010;31(8):874–81. PMID: 20714684

Pollard TD, Borisy GG. Cellular motility driven by assembly and disassembly of actin filaments. Cell. 2003;112(4):453–65. https://doi.org/10.1016/s0092-8674(03)00120-x

Cory G. Scratch-wound assay. Methods Mol Biol. 2011;769:25–30. https://doi.org/10.1007/978-1-61779-207-6_2

Abraham T, Prenner EJ, Lewis RNAH, Mant CT, Keller S, Hodges RS, et al. Structure–activity relationships of the antimicrobial peptide gramicidin S and its analogs: Aqueous solubility, self-association, conformation, antimicrobial activity and interaction with model lipid membranes. Biochim Biophys Acta. 2014;1838(5):1420–9. https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2013.12.019

Mogi T, Ui H, Shiomi K, Ōmura S, Kita K. Gramicidin S identified as a potent inhibitor for cytochrome bd -type quinol oxidase. FEBS Lett. 2008;582(15):2299–302. https://doi.org/10.1016/j.febslet.2008.05.031

Mogi T, Kita K. Gramicidin S and polymyxins: the revival of cationic cyclic peptide antibiotics. Cell Mol Life Sci. 2009;66(23):3821–6. https://doi.org/10.1007/s00018-009-0129-9

Wenzel M, Rautenbach M, Vosloo JA, Siersma T, Aisenbrey CHM, Zaitseva E, et al. The multifaceted antibacterial mechanisms of the pioneering peptide antibiotics tyrocidine and gramicidin S. mBio. 2018;9(5). https://doi.org/10.1128/mBio.00802-18

Hackl EV, Berest VP, Gatash SV. Human erythrocytes resistance to haemolysis caused by polypeptide antibiotic gramicidin S. Biophys Bull. 2008;20(1):114-20. Available from: https://periodicals.karazin.ua/biophysvisnyk/article/view/1577

Berest V, Sotnikov A, Sichevska L. Lipid nanocarriers impede side effects of delivered antimicrobial peptide. 2021 IEEE 3rd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON), Lviv, Ukraine, 2021, рр. 513–8. https://doi.org/10.1109/UKRCON53503.2021.9575721

Berest VP, Hackl EV, Gatash SV. Effect of the erythrocyte membrane state on the gramicidin S - induced haemolysis of erythrocytes. J Pept Sci. 2004;10(S2):237. https://doi.org/10.1002/psc.618

Kondejewski LH, Farmer SW, Wishart DS, Hancock REW, Hodges RS. Gramicidin S is active against both gram-positive and gram-negative bacteria. Int J Pept Protein Res. 2009;47(6):460–6. https://doi.org/10.1111/j.1399-3011.1996.tb01096.x

Swierstra J, Kapoerchan V, Knijnenburg A, van Belkum A, Overhand M. 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

Hackl E.V., Berest V.P., Gatash S.V. Effect of cholesterol content on gramicidin S-induced hemolysis of erythrocytes. Int J Pept Res Ther. 2012;18(2):163–70. https://doi.org/10.1007/s10989-012-9289-9

Son S, Moroney GJ, Butler PJ. β1-integrin-mediated adhesion is lipid-bilayer dependent. Biophys J. 2017;113(5):1080–92. https://doi.org/10.1016/j.bpj.2017.07.010

Li Y, Burridge K. Cell-cycle-dependent regulation of cell adhesions: adhering to the schedule. BioEssays. 2018;41(1):1800165. https://doi.org/10.1002/bies.201800165

Jones MC, Zha J, Humphries MJ. Connections between the cell cycle, cell adhesion and the cytoskeleton. Philos Trans R Soc Lond B, Biol Sci. 2019;374(1779):20180227. https://doi.org/10.1098/rstb.2018.0227

Aragona M, Panciera T, Manfrin A, Giulitti S, Michielin F, Elvassore N, et al. A Mechanical Checkpoint Controls Multicellular Growth through YAP/TAZ Regulation by Actin-Processing Factors. Cell. 2013;154(5):1047–59. https://doi.org/10.1016/j.cell.2013.07.042

Advani AS, Chen AY, Babbitt CC. Human fibroblasts display a differential focal adhesion phenotype relative to chimpanzee. Evol Med Public Health. 2016;1:110–6. https://doi.org/10.1093/emph/eow010

Falck Miniotis M, Mukwaya A, Gjörloff Wingren A. Digital holographic microscopy for non-invasive monitoring of cell cycle arrest in L929 cells. PLoS ONE. 2014;9(9):e106546. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0106546

Mikami K, Haseba T, Ohno Y. Ethanol induces transient arrest of cell division (G2 + M block) followed by G0/G1 block: dose effects of short- and longer-term ethanol exposure on cell cycle and cell functions. Alcohol Alcohol. 1997;32(2):145–52. https://doi.org/10.1093/oxfordjournals.alcalc.a008248

Guo W, Qiu W, Ao X, Li W, He X, Ao L, et al. Low‐concentration DMSO accelerates skin wound healing by Akt/mTOR‐mediated cell proliferation and migration in diabetic mice. Brit J Pharmacol. 2020;177(14):3327–41. https://doi.org/10.1111/bph.15052

Moskot M, Jakóbkiewicz-Banecka J, Kloska A, Piotrowska E, Narajczyk M, Gabig-Cimińska M. The role of dimethyl sulfoxide (DMSO) in gene expression modulation and glycosaminoglycan metabolism in lysosomal storage disorders on an example of mucopolysaccharidosis. Int J Mol Sci. 2019;20(2):304. https://doi.org/10.3390/ijms20020304

Rodríguez-Burford C, Oelschlager DK, Talley LI, Barnes MN, Partridge EE, Grizzle WE. The use of dimethylsulfoxide as a vehicle in cell culture experiments using ovarian carcinoma cell lines. Biotechnic & Histochemistry. 2003;78(1):17–21. https://doi.org/10.1080/10520290312120004

Isomursu A, Park K-Y, Hou J, Cheng B, Mathieu M, Shamsan GA, et al. Directed cell migration towards softer environments. Nat Mat. 2022;21(9):1081–90. https://doi.org/10.1038/s41563-022-01294-2

Cialdai F, Risaliti C, Monici M. Role of fibroblasts in wound healing and tissue remodeling on Earth and in space. Front Bioeng Biotechnol. 2022;10:958381. https://doi.org/10.3389/fbioe.2022.958381

Опубліковано
2023-08-11
Цитовано
Як цитувати
Алабедалькарім, Н. М., Берест, В. П., Моісєєва, Н. М., Божок, Г. А., & Бондаренко, Т. П. (2023). Антимікробний пептид граміцидин S впливає на проліферацію та пригнічує адгезію фібробластів лінії L929. Біофізичний вісник, (49), 43-60. https://doi.org/10.26565/2075-3810-2023-49-04
Номер
№ 49 (2023): Біофізичний вісник
Розділ
Біофізика клітини
Авторське право (c) 2023 Н. М. Алабедалькарім, В. П. Берест, Н. М. Моісєєва, Г. А. Божок, Т. П. Бондаренко

Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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).