The Micelle-Bound Structure of an Antimicrobial Peptide Derived from the α-Chain of Bovine Hemoglobin Isolated from the TickBoophilus microplus

Abstract

Hemoglobin is known to be a source of peptides involved in several functions. The peptide FLSFPTTKTYFPHFDLSHGSAQVKGHGAK (Hb33-61) is a proteolytic product of the bovine hemoglobin alpha-chain found in the gut content of the cattle tick, Boophilus microplus, and it possesses antimicrobial activity. Since in the past we showed that the amidated form of Hb33-61, Hb33-61a, is active against a few Gram-positive bacteria and fungi strains at micromolar concentration [Fogaca et al. (1999) J. Biol. Chem. 274, 25330-25334], we have been prompted to shed more light on its functional and structural features. Here we show that the peptide is able to disrupt the bacterial membrane ofMicrococcus luteus A270. As for its structure, it has a random conformation in water, and it does not interact with zwitterionic micelles. On the other hand, it binds to negatively charged micelles acquiring a finite structural organization. The 3D structure of Hb33-61a bound to SDS micelles exhibits a nonconventional conformation for an antimicrobial peptide. The backbone is characterized by the presence of a beta-turn in the N-terminus and by a beta-turn followed by a alpha-helical stretch in the C-terminus. A hinge, whose spatial organization is stabilized by side-chain-side-chain interactions, joins these two regions. Interestingly, it preserves structural features present in the corresponding segment of the bovine hemoglobin alpha-chain. Hb33-61a does not possess a well-defined amphipathic nature, and H/D exchange experiments show that while the C-terminal region is embedded in the SDS micelle, one face of the N-terminal half is partly exposed to the solvent.

Innate Immunity in Ticks: A review

“…The amino acid sequence revealed this peptide was a fragment of the bovine α-hemoglobin and a synthetic peptide identical to the native peptide showed antimicrobial activity against Gram-positive bacteria and fungi at micromolar concentrations (Fogaça et al, 1999). Sforca et al (2005) upon further investigation showed that this α-hemoglobin fragment functions by disrupting the bacterial membrane. Nakajima et al (2003b) also reported the purification of two rabbit α-hemoglobin fragments from the midgut lumen of Ornithodoros moubata.…”

Untitled

“…Este peptídeo, denominado Hb 33-61, apresenta massa molecular de 3.205 Da e atividade contra bactérias gram-positivas e fungos, e corresponde aos aminoácidos 33 a 61 da subunidade α da hemoglobina bovina (Fogaca et al, 1999). A estrutura terciária do peptídeo sinté-tico de carboxila amidada, Hb 33-61a, foi elucidada por espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN) na presença de micelas de dodecil sulfato de sódio (SDS), sugerindo que a molécula é responsável pela permeabilização da membrana plasmática de agentes patogênicos, tais como a levedura Candida albicans (Sforca et al, 2005). Posteriormente outras hemocidinas foram identificadas nesta mesma espécie de carrapato (Cruz et al, 2010).…”

Estudo da relação estrutura-atividades e de propriedades do Hb40-61a, uma hemocidina sintética

“…O estudo de análogos do Hb33-61 nas formas amidada e com carboxila livre revelou que a amidação provoca aumento significativo da atividade frente a Candida albicans. Por apresentar propriedades biológicas e estruturais idênticas às do Hb33-61a, o Hb40-61a pareceu ser a sua porção mínima ativa [Sforça et al (2005) Biochemistry 44, 6440-51; Machado et al (2007) Biopolymers 88, 413-26]. Para comprovar tal sugestão, no presente trabalho, sintetizamos, purificamos e caracterizamos novos análogos do Hb33-61a, bem como os avaliamos quanto às suas atividades frente a C. albicans e Micrococcus luteus.…”

“…Apesar da baixa similaridade nas suas seqüências de aminoácidos, a maioria dos peptídeos antimicrobianos é catiônica (TABER, 2002 KIM et al, 2000) e o fragmento 33-61 da cadeia α da hemoglobina bovina (FOGAÇA et al, 1999, SFORÇA et al, 2005, MACHADO et al, 2007.…”

“…A escolha dos peptídeos estudados neste trabalho levou em consideração os dados de Machado et al (2003), Sforça et al (2005) e Machado et al (2007) obtidos no estudo da relação estrutura-atividade antifúngica do peptídeo Hb33-61, os quais demonstraram que: 1) em geral, a amidação da porção C-terminal levou a análogos mais ativos frente a C. albicans (Tabela 1 do item 1.2); 2) os peptídeos Hb33-61a e Hb40-61a, na presença de micelas de SDS, apresentam estruturas muito similares -presença de uma dobra na porção N-terminal SCHOLTZ, 1998;SCOTT et al, 2007). O análogo amidado do fragmento 33-56 da cadeia α da hemoglobina humana (Hb35-56a) foi desenhado com base no trabalho de Mak et al (2004), os quais descreveram ter encontrado o Hb35-56 em sangue menstrual humano (MIC>300mM frente a C. albicans).…”