Modem concept of antimicrobial peptides as molecular factors of the immunity

Abstract


This review outlines the modern concept of antimicrobial peptides as molecular immunity factors of human and animals. On the basis of own and literature data the conception that antimicrobial peptides of phagocytes and epithelia (defensins, cathelicidins etc.) are selected in the evolution as the molecules responsible for the inactivation of bacteria and enveloped viruses is proving. In addition, antimicrobial peptides are also involved in the regulation of defense-adaptive reactions of the organism during infection, stress and exposure to adverse environmental factors both directly through chemotactic, opsonization activities and the ability of mast cells degranulation and indirectly, manifesting antiendotoxin, corticostatic and immunoprotective activities.

V N Kokryakov

G M Aleshina

Email: galina_aleshina@mail.ru

O V Shamova

D S Orlov

Yu V Andreeva

  1. Ашмарин И.П., Ждан-Пушкина С.М., Кокряков B.Н. и др. Антибактериальные и антивирусные функции основных белков клетки и перспективы практического их использования // Изв. АН СССР. Сер. биол. 1972. № 4. С. 502-508.
  2. Зугаирова О.Н., Шамова О.В., Орлов Д.С. и др. Изучение антимикробных пептидов севрюги (Acipencer stellatus) // Вести. Санкт-Петербургского университета. Серия 3 Биология. 2007. Вып. 3. С. 89-98.
  3. Кокряков В.Н. Биология антибиотиков животного происхождения. СПб.: Наука, 1999. 162 с.
  4. Кокряков В.Н. Очерки о врожденном иммунитете. СПб.: Наука. 2006. 261 с.
  5. Колобов A.A., Шамова О.В., Кокряков В.Н. Изучение антимикробных пептидов европейской болотной черепахи Emys orbicularis // Вестн. Санкт-Петербургского университета. Серия 3 Биология. 2007. Вып. 3. С. 99-107.
  6. Корнева Е.А., Алешина Г.М., Перекрест С.В. и др. Конструирование лекарственных средств нового поколения на основе пептидных антибиотиков животного происхождения. // Тезисы Итоговой конференции по результатам выполнения мероприятий за 2009 год в рамках приоритетного направления «Живые системы» ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» 25-27 ноября 2009 года. М. 2009. C. 42-43.
  7. Краснодембская А.Д., Алешина Г.М., Лодыгин П.А. и др. Новые антимикробные пептиды из целомоцитов пескожила Arenicola marina // Вестн. Санкт-Петербургского университета. Серия 3 Биология. 2001. Вып. 4. С. 104-108.
  8. Меньшенин A.B., Алешина Г.М., Клушевская Е.С. и др. Новый антимикробный пептид из сцифоидной медузы Aurelia aurita // Вестн. Санкт-Петербургского университета. Серия 3 Биология. 2006. Вып. 4. С. 116-122.
  9. Мечников И.И. Лекции о сравнительной патологии воспаления. СПб.: Издание К.Л. Риккера, 1892. 162 с.
  10. Мечников И.И. Невосприимчивость в инфекционных болезнях. СПб.: Издание К.Л. Риккера, 1903. 604 с.
  11. Ноздрачев А.Д., Крылов Б.В., Сабанов B.C. и др. Эндогенные антибиотики дефенсины как возможные регуляторы функционирования натриевых каналов нейронов спинномозговых ганглиев // ДАН. 1997. Т. 355. № 5. С. 705-707.
  12. Пигаревский В.Е. Лизосомально-катионный тест // Патол. физиол. и экспер. тер. 1975. № 3. С. 86-88.
  13. Пигаревский В.Е. Новое в клинико-морфологической оценке функционального состояния нейтрофильных гранулоцитов // Клиническая морфология нейтрофильных гранулоцитов. Л., 1988. С. 3-11.
  14. Плахова В.Б., Рогачевский И.В., Щеголев Б.Ф. и др. Дефенсин NP-4 уменьшает потенциалочувствительность медленных натриевых каналов сенсорных нейронов // Сенсорные системы. 2005. Т. 19. №2. С. 123-131.
  15. Плахова В.Б., Щеголев Б.Ф., Ноздрачев А.Д. и др. Рецептор дефенсина: возможный механизм снижения возбудимости мембраны сенсорного нейрона // ДАН. 2000. Т. 375. № 6. С. 843-846.
  16. Плескач В.A., Алешина Г.М., Арцыбашева И.В. и др. Цитотоксическое и митогенное влияние антимикробных пептидов нейтрофилов на культивируемые клетки // Цитология. 2000. Т. 42. № 3. С. 228-233.
  17. Цветкова Е.В., Алешина Г.М., Шамова О.В. и др. α-Дефенсины из лейкоцитов крови обезьяны Раріо hamadryas //Биохимия. 2006. Т. 71. Вып. 8. С. 1083- 1090.
  18. Шамова О.В., Лесникова М.П., Кокряков В.Н. и др. Действие дефенсинов на уровень кортикостерона в крови и иммунный ответ при стрессе // Бюл. эксп. биол. и мед. 1993. Т. 115. № 6. С. 646-649.
  19. Шамова О.В., Орлов Д.С., Абрамова O.A., Кокряков В.Н. Изучение влияния антимикробных пептидов из семейства дефенсинов на кортикостероид-связываюшую функцию транскортина / Материалы Объединенного иммунологического форума, Санкт-Петербург, 30 июня-5 июля 2008 г. // Рос. иммунол. журн. 2008. Т. 2 (11 ). № 2-3. С. 265.
  20. Шамова О.В., Орлов Д.С., Лесникова М.П. и др. Отмена дефенсином иммуносупрессии, обусловленной стрессом или введением высоких доз гидрокортизона // Успехи физиол. наук. 1995. № 1. С. 113-114.
  21. Шамова О.В., Орлов Д.С., Овчинникова Т.В. и др. Антимикробные пептиды из лейкоцитов русского осетра (Acipenser guldenstadii) // Фундаментальные исследования. 2006. № 1. С. 10-13.
  22. Шамова О.В., Сакута Г.А., Орлов Д.С. и др. Действие антимикробных пептидов нейтрофилов на опухолевые и нормальные клетки в культуре // Цитология. 2007. Т. 49. № 12. С. 1000-1010.
  23. Albrecht М.T., Wang W., Shamova О. et al. Binding of protegrin-1 to Pseudomonas aeruginosa and Burkholderia cepacia // Respir. Res. 2002. Vol. 3. P. 18-28.
  24. Befus A.D., Mowat C., Gilchrist M. et al. Neutrophil defensins induce histamine secretion from mast cells: mechanisms of action // J. Immunol. 1999. Vol. 163. № 2. P. 947-953.
  25. Bensch K.W., Raida M., Magert H.-J. et al. hBD-1: A novel β-defensin from human plasma // FEBS Lett. 1995. Vol. 368. P. 331-335.
  26. Boman H.G. Peptide antibiotics and their role in innate immunity // Annu. Rev. Immunol. 1995. Vol. 13. P. 61-92.
  27. Boman H.G. Antibacterial peptides: basic facts and emerging concepts // J. Intern. Med. 2003. Vol. 254. №3.P. 197-215.
  28. Bowdish D.M., Davidson D.J., Hancock R.E. Immunomodulatory properties of defensins and cathelicidins // Curr. Top. Microbiol. Immunol. 2006. Vol. 306. P. 27-66.
  29. Bowdish D.M., Davidson D.J., Lau Y.E. et al. Impact of LL-37 on anti-infective immunity //. Leukoc. Biol. 2005. Vol. 77. № 4. P. 451 -459.
  30. Bulet P., Stocklin R., Menin L. Anti-microbial peptides: from invertebrates to vertebrates // Immunological Rev. 2004. Vol. 198. P 169-184.
  31. Castaneda O., Sotolongo V., Amor A.M. et al. Characterization of a potassium channel toxin from the Caribbean Sea anemone Stichodactyla helianthus // Toxicon. 1995. Vol. 33. №5. P 603-613.
  32. Chaiy Y.V., Paleolog E.M., Kolesnikova T.S. et al. Neutrophil alpha-defensin human neutrophil peptide modulates cytokine production in human monocytes and adhesion molecule expression in endothelial cells // Eur. Cytokine Netw. 2000. Vol. 11. № 2. P. 257-266.
  33. Cole A.M., Wang W., Waring A.J., Lehrer R.I. Retrocyclins: using past as prologue // Curr. Prot. Pept. Sei. 2004. Vol. 5.P. 373-381.
  34. Conlon J.M., Sower S.A. Isolation of a peptide structurally related to mammalian corticostatins from lamprey Petromyson marinus // Comp. Biochem. Physiol. 1996. Vol. 114B. №2. P. 133-137.
  35. Diamond G., Zasloff M., Eck H. et al. Tracheal antimicrobial peptide, a novel cysteine-rich peptide from mammalian tracheal mucosa: Peptide isolation and cloning of a cDNA// Proc. Natl. Acad. Sei. USA. 1991. Vol. 88. P. 3952-3956.
  36. Ganz T., Selsted M.E., Szklarek D. et al. Defensins. Natural peptide antibiotics of human neutrophils // J. Clin. Invest. 1985. Vol. 76. № 4. P. 1427-1435.
  37. Garcia A.E., Osapay G., Tran P.A. et al. Isolation, synthesis, and antimicrobial activities of naturally occurring theta-defensin isoforms from baboon leukocytes // Infect. Immunol. 2008. Vol. 76. № 12. P. 5883-5891.
  38. Ginsburg I. Cationic polyelectrolytes: a new look at their possible roles as opsonins, as stimulators of respiratory burst in leukocytes, in bacteriolysis, and as modulators of immunecomplex diseases (a review hypothesis) // Inflammation. 1987. Vol. 11. № 4. P. 489-515.
  39. Harwig S.S.L., Kokryakov V.N., Swiderek K.M. et al. Prophenin-1, an exeptionally proline-rich antivicrobial peptide from porcine leukocytes // FEBS Lett. 1995. Vol. 362. № 1. P. 65-69.
  40. Harwig S.S.L., Swiderek K.M., Kokryakov V.N. et al. Gallinacins: Cystein rich antimicrobial, peptides of chicken leukocytes // FEBS Lett. 1994. Vol. 342. P. 281-285.
  41. Hoffmann J.A. The immune response of Drosophila // Nature. 2003. Vol. 426. № 6962. P. 33-38.
  42. Hu J., Jothy S., Solomon S. Localization and measurement of corticostatin-1 in nonpregnant and pregnant rabbit tissues during late gestation // Endocrinology. 1993. Vol. 132. № 6. P. 2351-2359.
  43. Janeway C.A. Approacршng the asymptote? Evolution and revolution in immunology // Cold Spring Harb. Symp. Quant. Biol. 1989. Vol. 54. P.I-13.
  44. Janeway C.A., Medzhitov R. Innate immunity recognition //Annu. Rev. Immunol. 2002. Vol. 20. P. 197- 216.
  45. Jenssen H., Hamill P., Hancock R.E. Peptide antimicrobial agents // Clin. Microbiol. Rev. 2006. Vol. 19. №3. P. 491 511.
  46. Jones D.E., Bevins C.L. Paneth cells of the human small intestine express an antimicrobial peptide gene // J. Biol. Chem. 1992. Vol. 267. P. 23216-23225.
  47. Kokryakov V.N., Harwig S.S.L., Panyutich Е.А. et al. Protcgrins: leukocyte antimicrobial peptides combine features of corticostatic defensins and tachyplesins // FEBS Lett. 1993. Vol. 327. № 2. P. 231-236.
  48. Korneva E.A., Kokryakov V.N. Defensins: antimicrobial peptides with a broad spectrum of biological activity // Neuroimmune Biology. 2003. Vol. 3. P. 451-462.
  49. Korneva E.A., Rybakina E.G., Orlov D.S. et al. Interleukin-1 and defensins in thermoregulation, stress, and immunity // Ann. N. Y. Acad. Sci. 1997. Vol. 813. P. 465-473.
  50. Lee S.R., Kurata S., Natori S. Molecular cloning of cDNA for sapecin B, an antibacterial protein of Sarcophaga and its detection in larval brain // FEBS Lett. 1995. Vol. 368. № 3. P. 5485-5487.
  51. Lehrer R.I. Primate defensins // Nat. Rev. Microbiol. 2004. Vol. 2. № 9. P. 727-738.
  52. Lehrer R.I., Ganz T. Defensins of vertebrate animals // Curr. Opin. Immunol. 2002. Vol. 14. P. 96-102.
  53. Lehrer R.I., Lichtenstein A.K., Ganz T. Defensins: Antimicrobial and cytotoxic peptides of mammalian cells //Annu. Rev. Immunol. 1993. Vol. 11. P. 105-128.
  54. Leonova L.E., Kokryakov V.N., Aleshina G.M. et al. Circular minidefensins and posttranslational generation of molecular diversity // J. Leukocyte Biol. 2001. Vol. 70. P. 461 -464.
  55. Macleod R.J., Hamilton J.R., Bateman A. et al. Corticostatic peptides cause nifedipine-sensitive volume reduction in jejunal villus enterocytes // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1991. Vol. 88. P. 552-556.
  56. Matsuzaki K. Why and how are peptide-lipid interactions utilized for self-defense? Magainins and tachypplesins as archetypes // Biochim. Biophys. Acta. 1999. Vol. 1462. P. 1-Ю.
  57. Miles K., Clarke D.J., Lu W. et al. Dying and necrotic neutrophils are anti-inflammatory secondary to the release of alpha-defensins // J. Immunol. 2009. Vol. 183. №3. P. 2122-2132.
  58. Ovchinnikova T.V., Aleshina G.M., Balandin S.V. et al. Purification and primary structure of two isoforms of arenicin, a novel antimicrobial peptide from marine polychaeta Arenicola marina // FEBS Lett. 2004. Vol. 577. P. 209-214.
  59. Ovchinnikova T.V., Balandin S.V., Aleshina G.M. et al. Aurelin, a novel antimicrobial peptide from jellyfish Aurelia aurita with structural features of defensins and channel-blocking toxins // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2006. Vol. 348. № 2. P. 514-523.
  60. Panyutich A.V., Hiemstra P.S., van Wetering S., Ganz T. Human neutrophil defensin and serpins form complexes and inactivate each other // Am. J. Resp. Cell Mol. Biol. 1995. Vol. 12. P. 351-357.
  61. Perregaux D.G., Bhavsar K., Contillo L. et al. Antimicrobial peptides initiate IL-1 beta posttranslational processing: a novel role beyond innate immunity // J. Immunol. 2002. Vol. 168. № 6. P. 3024-3032.
  62. Schröder J.M., Harder J. Human beta-defensin-2 // Int. J. Biochem. Cell Biol. 1999. Vol. 31. P. 645-651.
  63. Scott M.G., Vreugdenhil A.C., Buurman W.A. et al. Cutting edge: cationic antimicrobial peptides block the binding of lipopolysaccharide (LPS) to LPS binding protein // J. Immunol. 2000. Vol. 164. № 2. P. 549-553.
  64. Selsted M.E., Brown D.M., De Lange R.J., Lehrer R.I. Primary structures of MCP-I and MCP-2, natural peptide antibiotics of rabbit lung macrophages // J. Biol. Chem. 1983. Vol. 258. № 23. P. 14485-14489.
  65. Selsted M.E., Tang Y.-Q., Morris W.L. et al. Purification, primary structures, and antibacterial activities of beta-defensins, a new family of antimicrobial peptides from bovine neutrophils // J. Biol. Chem. 1993. Vol. 268. P. 6641-6648.
  66. Shai Y. Mechanism of binding, insertion and destabilization of phospholipid bilayer membranes by helical antimicrobial and non-selective membrane-lytic peptides // Biochim. Biophys. Acta. 1999. Vol. 1462. P. 55-70.
  67. Shamova O.V., Brogden K.A., Zhao C. et al. Purification and properties of proline-rich antimicrobial peptides from sheep and goat leukocytes // Infection and Immunity. 1999. Vol. 67. № 8. P. 4106-4111.
  68. Shamova O., Orlov D., Stegemann Ch. et al. ChBac3.4: A novel proline-rich antimicrobial peptide from goat leukocytes // Int. J. Pept. Res. Ther. 2009. Vol. 15. №2. P. 107-119.
  69. Solomon S. Corticostatins // ТЕМ. 1993. Vol. 4. № 8. P. 260-264.
  70. Stegeman Ch., Kolobov A.A., Leonova Yu.A. et al. Isolation, purification and de novo sequencing of TBD-1, the first beta-defensin from leukocytes of reptiles // Proteomics. 2009. Vol. 9. P. 1364-1373.
  71. Stegemann C., Tsvetkova E.V., Aleshina G.M. et al. De novo sequencing of two new cyclic theta-defensins from baboon (Papio hamadryas) leukocytes by matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry // Rapid Commun. Mass Spectrom. 2010. Vol. 24. № 5. P. 599-604.
  72. Steiner H., Hultmark D., Engstrom A. et al. Sequence and specificity of two antibacterial proteins involved in insect immunity // Nature. 1981. Vol. 292. P. 246-248.
  73. Tang Y.-Q., Yuan J., Osapay G. et al. A cyclic antimicrobial peptide produced in primate leukocytes by the legation of the two truncated α-defensins A cyclic antimicrobial peptide produced in primate leukocytes by the legation of the two truncated α-defensins // Science. 1999. Vol. 286. P. 498-502.
  74. Tang Y.-Q., Yuan J., Miller C.J. Selsted M.E. Isolation, characterization, cDNA cloning, and antimicrobial properties of two distinct subfamilies of alpha-defensins from rhesus macaque leukocytes // Infect. Immunol. 1999. Vol. 67. № 11. P. 6139-6144.
  75. Territo M.C., Ganz T., Selsted M.E., Lehrer R.I. Monocyte chemotactic activity of defensins from human neutrophils// J. Clin. Invest. 1989. Vol. 84. № 6. P. 2017-2020.
  76. Van Wetering S., Mannesse-Lazeroms S., Van Sterkenburg M. et al. Effect of defensins on interleukin-8 synthesis in airway epithelial cells // Am. J. Physiol. 1997. Vol. 272. P. L888-L896.
  77. Wade D., Boman A., Wahlin B. et al. All D-amino acid-containing channel-forming antibiotic peptides // Proc. Natl. Acad. Sei. USA. 1990. Vol. 87. P. 4761-4765.
  78. Yang D., Biragyn A., Kwak L., Oppenheim J.J. Mammalian defensins in immunity: more than just microbicidal // Trends in Immunol. 2002. Vol. 23. № 6. P. 291-296.
  79. Yang D., Chen Q., Schmidt A.P. et al. LL-37, the neutrophil granuleand epithelial cell-derived cathelicidin, utilizes formyl peptide receptor-like 1 (FPRL1) as a receptor to chemoattract human peripheral blood neutrophils, monocytes, and T cells // J. Exp. Med. 2000. Vol. 192. P. 1069-1074.
  80. Zanetti M. Cathelicidins, multifunctional peptides of the innate immunity // J. Leukoc. Biol. 2004. Vol. 75. P. 39^18.
  81. Zanetti M., Gennaro R., Romeo D. Cathelicidins: A novel protein family with a common proregion and a variable С-terminal antimicrobial domain // FEBS Lett. 1995. Vol. 374. P. 1-5.
  82. Zanetti M., Litteri L., Gennaro R. et al. Bactenecins, defense polypeptides of bovine neutrophils, are generated from precursor molecules stored in the large granules // J. Cell. Biol. 1990. Vol. 111. P. 1363-1371.
  83. Zasloff M. Antimicrobial peptides of multicellular organisms // Nature. 2002. Vol. 415. № 6870. P. 389-395.
  84. Zeya H.I., Spitznagel J.K. Antibacterial and enzymatic basic protein from leukocyte lysosomes: separation and identification//Science. 1963. Vol. 142. P. 1085-1087.
  85. Zou J., Mercier C., Koussounadis A., Secombes С. Discovery of multiple beta-defensin like homologues in teleostafish // Mol. Immunol. 2007. Vol. 44. № 4. P. 638-647.

Views

Abstract - 38

Cited-By


PlumX

Refbacks

  • There are currently no refbacks.

Copyright (c) 2010 Kokryakov V.N., Aleshina G.M., Shamova O.V., Orlov D.S., Andreeva Y.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

This website uses cookies

You consent to our cookies if you continue to use our website.

About Cookies