• Save

Loading…

Flash Player 9 (or above) is needed to view presentations.
We have detected that you do not have it on your computer. To install it, go here.

Like this presentation? Why not share!

Like this? Share it with your network

Share

Analisi dell’interazione di peptidi antimicrobici su membrane cellulari

on

  • 2,032 views

 

Statistics

Views

Total Views
2,032
Views on SlideShare
1,876
Embed Views
156

Actions

Likes
0
Downloads
3
Comments
0

2 Embeds 156

http://lab13unisa.wordpress.com 125
http://www.softmatter.unisa.it 31

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Microsoft PowerPoint

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment
  • SPIEGARE QUELLO CHE SI VEDE NEL VIDEO!!!
  • I valori presi in considerazione di area per lipide e spessore della membrana non sono gli unici parametri che sono stati considerati ma quelli che più frequentemente sono valutati per la validazione di sistemi lipidici.
  • Le membrane cellulari sono generalmente asimmetriche in quanto caratterizzate da composizioni in fosfolipidi differenti tra i due monostrati. Perché IL GLOBULO ROSSO???? Caratterizzata meglio dal punto di vista della composizione sperimentale. La membrana del globulo rosso quindi è stata costruita considerando quelli che sono i fosfolipidi più abbondanti nella composizione media ritrovata in letteratura e rispettando anche l’asimmetria riscontrata in tale membrana.
  • RACCORDARE meglio la prima parte con la seconda . Dopo la costruzione di membrane si è passati ad investigare il meccanismo di interazione di questi con le membrane cellulari. ANTIMICROBICI e non solo : Antibatterici (Gram positivi e Gram negativi), Antifungini ( Candida, Cryptococcus, Aspergillus ), Antiparassitari ( Malaria, Leishmania ), Antivirali (Herpesvirus, influenza virus, HIV), Anticancro.
  • I peptidi sono stati modellati mediante metodi semiempirici PM3 e si visualizzano in base alle caratteristiche dei diversi residui che li costituiscono (idrofobici,polari,carichi o meno). Sono stati selezionati AMP ad alfa elica considerando che devono essere AMP che interagiscono su membrane .
  • La membrana è molto eterogenea quindi non possiamo fare una MD con membrane semplici, quali di SM-CHOL, DPPC,DOPS poiché non sappiamo quali residui della membrana sono coinvolti nell’interazione . E’ per questo che è stato sviluppato un secondo algoritmo che ci ha permesso di investigare la membrana nella sua completa eterogeneità, di indagare quindi quali domini lipidici siano importanti ai fini dell’attracco dell’AMP e di ridurre i tempi di calcolo che altrimenti sarebbero stati dell’ordine dei microsecondi. SPIEGARE QUELLO CHE SI VEDE NEL VIDEO!!!
  • Come interagisce il peptide con la membrana (cambi conformazionali, residui, raft)? Come risponde la membrana alla perturbazione?
  • Tra i parametri indagati abbiamo: ne abbiamo riportati solo alcuni per questioni di tempo a disposizione. Spessore che aumenta per l’interazione dell’Aureina con la membrana oltre al fatto che già di per sé questo è più elevato rispetto alle altre membrane cellulari dato le code di 24atomi di carbonio della sfingomielina. La densità del solvente viene monitorata per valutare come procede la simulazione.
  • RIASSUMENDO…
  • 3 punto: con “binding pocket” con area superiore ai 10000 Å 2 o meglio una superficie di legame.

Analisi dell’interazione di peptidi antimicrobici su membrane cellulari Presentation Transcript

  • 1. Analisi dell’interazione di peptidi antimicrobici su membrane cellulari mediante dinamica molecolare UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO Facoltà di Farmacia Corso di Laurea in Chimica e Tecnologie Farmaceutiche   Anno accademico 2009/2010 Relatore: Prof. Stefano Piotto Piotto Candidato: Nappi Maria Luisa Matr. 07302/00066
  • 2. Obiettivi del progetto di tesi:
    • Sviluppo di un nuovo algoritmo per la costruzione di membrane, in particolare è stata realizzata una membrana modello di globulo rosso umano,
    • Chiarire il comportamento di tali modelli di membrane in presenza di alcuni peptidi antimicrobici e valutare i meccanismi d’interazione di questi sulle membrane mediante tecniche di docking e MD.
  • 3.
    • Condizioni di simulazione:
    • PBC, condizioni periodiche,
    • NPT, N umero di moli , P ressione (1 atm) e T emperatura (310 K ) costanti,
    • pH 7,
    • NaCl 0,9%,
    • Force field AMBER03,
    • Controllo combinato della pressione (1atm) e della densità dell’acqua (0,997 gml),
    • Minimizzazione,
    • Dinamica molecolare di 5 ns.
  • 4. [41] : Kučerka, N., Tristram-Nagle, S., Nagle, J.F. "Structure of fully hydrated fluid phase lipid bilayers with monounsaturated. J.Membr.Biol 208:193-202 (2005) [42] : J.C. Mathai, S.Tristram-Nagle, J.F. Nagle and M.L. Zeidel "Structural Determinants of Water Permeability through the Lipid Membrane", Volume 131 Number 1 January 2008 69–76. [43] : Donald E. Elmore; "Molecular dynamics simulation of a phosphatidylglycerol membrane", FEBS Letters 580 (2006) . [44] : M.Pasenkiewicz-Gierula, K.Murzyn, T.Róg and C. Czaplewski "Review Molecular dynamics simulation studies of lipid bilayer system, Acta Biochimica Polonica Vol 47. [45] : T. Róg, M. Pasenkiewicz-Gierula"Cholesterol effects on a mixed-chain phosphatidylcholine bilayer: A molecular dynamics simulation study,Biochimie 88 (2006) 449-460. [46]: Hamilton, James A., Biophys. J. 95, 6, 15 -2008, 2792-2805 Valori sperimentali Valori ricavati dalla letteratura Porzione della membrana di POPC. v Validazione delle membrane: Lipide [Riferimento] Macro Yasara Area lipide (Å 2 ) Spessore (Å) POPC [41] 68,3 POPC [42] 68,30 27,1 POPC [43] 66,40 36,8 POPC [44] 64,50 35–41 POPC [45] 63,50 35,5 POPC mcr 66,06 36 POPC mcr 66,06 36.5 SM-CHOL [46] 49.5 36.6 SM-CHOL mcr 48.61 35.58
  • 5. Composizione fosfolipidica della membrana del globulo rosso umano : (1) D.E Vance and J. E. Vance, Biochemistry of Lipids, Lipoproteins and Membranes Q 1996 Elsevier Science. Fosfolipidi Composizione in percentuale (%) Valori della composizione media presenti in letteratura (1) Composizione dell’outer layer PC 17% 25% SPM 18% 37% CHL 23% 37% PS 7% 1% Glicolipidi 3% Altri 31%
  • 6. La membrana modello di globulo rosso:
  • 7. Caratterizzazione della membrana del globulo rosso: Asse X 90 Å Asse Z 101,60 Å Asse Y 104,46 Å Numero Atomi 98150 Residui dipalmitoilfosfatidilcolina 72 Residui colesterolo 208 Residui sfingomielina 208 Residui dioleilfosfatidilserina 8 Residui H 2 O 14253 Area lipide 42.11 Å 2 Spessore 50.2 Å
  • 8. 2 Review Antimicrobial and host-defense peptides as new anti-infective therapeutic strategies R.W. Hancock & H.G.Sahl, Nature Biotechnology Vol. 24 n.12 DEC 2006 I Peptidi Antimicrobici 2
  • 9. Gli AMP presi in esame: Nome Sequenza PDB ID AA Carica netta Fonte Struttura Aureina 1.2 GLFDIIKKIAESF 1VM5 13 0 Southern bell frog α-elica Aureina 1.2 R LFD K I RQVIRK F 2F3A 13 +4 Sintetico α-elica Dermaseptina_S4_K4 ALWKTLLKKVLKA 2DD6 13 +5 P.sauvagei α-elica Ovispirina-1 KNLRRIIRKIIHIIKKYG 1HU5 18 + 8 Sintetico α-elica Tritrpticina VRRFPWWWPFLRR 1D6X 13 + 4 Sintetico Ricco in aa inusuali
  • 10. A differenza dei tradizionali studi di docking ligando–recettore proteico, l’analisi nel mio progetto di tesi ha come recettore una membrana e come ligando un peptide antimicrobico. Visualizzazione dell’iniziale interazione dell’Aureina con la membrana di globulo rosso. Docking molecolare:
  • 11.  
  • 12.
    • Effettuare una scansione in superficie della membrana nella sua eterogeneità mediante cicli ripetuti di annealing riscaldamento,
    • Risolvere i problemi relativi ai lunghi tempi di calcolo altrimenti necessari per l’investigazione di tali sistemi complessi,
    • Originare file intermedi che corrispondono ai complessi AMP- membrana con una buona energia di binding.
    Lo script per effettuare il surface docking consente di: Docking Energie di binding (KJ/mol) Dock0 -48,18 Dock1 -32,50 -30,82 -41,35 Dock2 -31,53 -46,58 Dock3 -50,34 -44,72 -49,06 Dock4 -42,10 -45,46 Dock5 -45,15 Dock6 -47,03 -55,28 Dock7 -39,89 Dock8 -45,80 -45,44
  • 13. Sfingomielina= giallo ; colesterolo = ciano, dops = arancione e dppc= verde . Dal docking alla dinamica molecolare: Individuata la regione con la migliore interazione si passa alla dinamica molecolare full atom. Si intende comprendere:
    • Come interagisce il peptide con la membrana?
    • Come risponde la membrana alla perturbazione?
  • 14. Analisi della traiettoria:
  • 15. Density profile della membrana di globulo rosso a t=0 ns. In questo grafico sono evidenziati i tre componenti del sistema, rispettivamente in verde il peptide, in rosso l’acqua ed in blu la membrana. Analisi: Profilo di densità
  • 16. Density profile della membrana modello di globulo rosso a t =0 ns.
  • 17. Density profile della membrana modello di globulo rosso a t = 2 ns.
    • Arg 1, 7, 9,
    • Ile 10,
    • Val 9,
    • Leu 2
    • Phe 13
  • 18. Orientamento dell’Aureina sulla superficie della membrana a t= 0 e t= 2ns
  • 19. Hessa T, Kim H, Bihlmaier K, Lundin C, Boekel J, Andersson H, Nilsson I, White SH, von Heijne G. Nature. 2005
  • 20. Conclusioni:
    • Sviluppo di un nuovo algoritmo che ci ha permesso di realizzare membrane modello,
    • Costruzione di un prototipo di una membrana modello di globulo rosso tenendo in considerazione anche l’asimmetria della stessa,
    • Definizione di tecniche di docking flessibile,
    • Studio dei primi stadi dell’interazione dell’Aureina con una membrana modello di globulo rosso,
    • Validazione del meccanismo d’azione carpet model dell’Aureina.
  • 21. GRAZIE a tutti voi per l’attenzione.
    • In particolare desidero ringraziare:
    • Il mio relatore, Stefano Piotto Piotto per l’opportunità datami di lavorare nel suo team,
    • La prof. Simona Concilio per la disponibilità e per l’ospitalità sempre mostratami,
    • La prima e l’attuale dottoranda, Erminia Bianchino e Federica Campana ,
    • Il neodottore nonché ex-collega Marco Perone ,
    • Il lab13 e il lab I4B ,
    • L’ultimo ringraziamento ma non meno importante degli altri và alla mia famiglia , alla quale dedico questo mio traguardo raggiunto.
  • 22. Membrane in preparazione per il futuro:
    • Staphylococcus aureus,
    • Escherichia coli,
    • Pseudomonas aeruginosa.
    Gram positivi Gram negativi
  • 23. Dual Mechanism of Bacterial Lethality for a Cationic Sequence-Random Copolymer that Mimics Host-Defense Antimicrobial Peptides, Raquel F. Epand et al, J. Mol. Biol. (2008) 379, 38–50 Composizione fosfolipidica della membrana di S.aureus: Composizione fosfolipidica della membrana di E. coli: Composizione fosfolipidica della membrana di P. aeruginosa: Modulation of quorum sensing in P. Aeruginosa through alteration of membrane properties, C. Baysse and others Microbiology (2005), 151, 2529–254. S.R. Dennison et al, Chemistry and Physics of Lipids 151 (2008) 92–102. Fosfolipidi Composizione in percentuale (%) Valori in letteratura PG (DOPG) 58 Cardiolipina 42 Fosfolipidi Composizione in percentuale (%) Valori in letteratura PG (DOPG) 6 PE (DOPE) 82 Cardiolipina 12 Fosfolipidi Composizione in percentuale (%) Valori in letteratura PG 15.12 PC 4.05 PE 68.37 Cardiolipina 12.45
  • 24. Pulling dell’Aureina all’interno della membrana modello di globulo rosso per valutare l’effetto dell’inserzione di questa minimizzando i tempi richiesti altrimenti dell’ordine dei microsecondi. Altre analisi da effettuare in futuro: