Untersuchungen zum Wirkspektrum und Wirkmechanismus von antimikrobiell wirksamen Dermcidin-abgeleiteten Peptiden

Abstract

Dermcidin (DCD) ist ein antimikrobielles Peptid, welches konstitutiv in ekkrinen Schweißdrüsen exprimiert und mittels Schweiß auf die Haut sezerniert wird. Durch postsekretorische Prozessierung im menschlichen Schweiß werden aus dem DCD-Protein mehrere DCD-abgeleitete Peptide generiert, die sich voneinander sowohl in der Peptidlänge als auch in ihrer Nettoladung unterscheiden.

Um den antimikrobiellen Wirkmechanismus der prozessierten DCD-abgeleiteten Peptide zu verstehen, wurden das antimikrobielle Wirkspektrum, die Sekundärstrukturen in verschiedenen Lösungsmitteln und die Fähigkeit der Peptide mit Membranen zu interagieren bzw. diese zu permeabilisieren untersucht.

Obwohl alle DCD-abgeleiteten Peptide eine alpha-helikale Konformation einnehmen können, besitzen diese interessanterweise ein unterschiedliches und teilweise überlappendes Wirkspektrum gegen Gram-positive und Gram-negative Bakterien. Dies deutet darauf hin, dass sowohl die Nettoladung als auch die alpha-helikale Sekundärstruktur der Peptide nicht essentiell für die toxische Aktivität zu sein scheinen. Weiterhin wurde mit Hilfe von Carboxyfluorescein-beladenen Liposomen, Membranpermeabilisierungs-Studien und Elektronenmikroskopie die Fähigkeit der Peptide untersucht, Bakterienmembranen zu permeabilisieren. Die Daten zeigen deutlich, dass die verschiedenen DCD-Peptide die Bakterienmembranen nicht permeabilisieren. Allerdings weisen Bakterienmutanten, welchen bestimmte Modifikationen in der Bakterienmembran fehlen, eine erhöhte Sensitivität gegenüber den DCD-Peptiden im Vergleich zum Wildtypstamm auf. Schließlich zeigen Untersuchungen mit Hilfe der Immunelektronenmikroskopie, dass die DCD-Peptide an die Bakterienmembran binden können, diese aber nicht offensichtlich schädigen. Insgesamt zeigen die Untersuchungen, dass die DCD-abgeleiteten Peptide ihre antimikrobiell Aktivität auf Bakterien unabhängig von ihrer Nettoladung und ohne Permeabilisierung der Bakterienmembran ausüben.

Dermcidin (DCD) is an antimicrobial peptide, which is constitutively expressed in eccrine sweat glands and transported via sweat to the epidermal surface. By postsecretory proteolytic processing in sweat the dermcidin protein gives rise to several truncated DCD-peptides which differ in length and netcharge.

In order to understand the mechanism of antimicrobial activity the spectrum of activity of several naturally processed dermcidin-derived peptides, the secondary structure in different solvents and the ability of these peptides to interact with or permeabilize the bacterial membrane were analysed.

Interestingly, although all processed DCD-peptides can adopt an alpha-helical conformation, they have a diverse and partially overlapping spectrum of activity against Gram-positive and Gram-negative bacteria. This indicates that the netcharge and the alpha-helical secondary structure of the peptides seem not to be important for the toxic activity. Furthermore, using carboxyfluorescein-loaded liposomes, membrane permeability studies and electron microscopy the ability of DCD-peptides to permeabilize bacterial membranes was investigated. The data convincingly show that the different DCD-peptides are not able to permeabilize bacterial membranes. However, bacterial mutants lacking specific membrane components exhibited different susceptibilities to killing by DCD-peptides than wildtype bacterial strains. Finally, immune-electrone microscopy studies indicated that DCD-peptides are capable to bind to the bacterial membrane, however, signs of membrane perturbation were not observed. These studies indicate that irrespective of their netcharge DCD-peptides do not exert their activity by permeabilizing bacterial membranes.