Antimicrobial activity of myotoxic phospholipases A2 from crotalid snake venoms and synthetic peptide variants derived from their C-terminal region

Abstract

A short peptide derived from the C-terminal region of Bothrops asper myotoxin II, a Lys49 phospholipase A2 (PLA2), was previously found to reproduce the bactericidal activity of its parent molecule. In this study, a panel of eight PLA2 myotoxins purified from crotalid snake venoms, including both Lys49 and Asp49-type isoforms, were all found to express bactericidal activity, indicating that this may be a common action of the group IIA PLA2 protein family. A series of 10 synthetic peptide variants, based on the original C-terminal sequence 115-129 of myotoxin II and its triple Tyr→Trp substituted peptide p115-W3, were characterized. In vitro assays for bactericidal, cytolytic and anti-endotoxic activities of these peptides suggest a general correlation between the number of tryptophan substitutions introduced and microbicidal potency, both against Gram-negative (Salmonella typhimurium) and Gram-positive (Staphylococcus aureus) bacteria. Peptide variants with high bactericidal activity also tended to be more cytolytic towards skeletal muscle C2C12 myoblasts, thus limiting their potential in vivo use. However, the peptide variant pEM-2 (KKWRWWLKALAKK) showed reduced toxicity towards muscle cells, while retaining high bactericidal potency. This peptide also showed the highest endotoxin-neutralizing activity in vitro, and was shown to functionally interact with lipopolysaccharide (LPS) using a chimeric bacteria model. The bactericidal and anti-endotoxic properties of pEM-2, combined with its relatively low toxicity towards eukaryotic cells, highlight it as a promising candidate for further evaluation of its antimicrobial potential in vivo. © 2004 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Anteriormente se descubrió que un péptido corto derivado de la región C-terminal de la miotoxina II de Bothrops asper, una fosfolipasa A2 (PLA2) de tipo Lys49, reproducía la actividad bactericida de su molécula madre. En este estudio, se encontró que un panel de ocho miotoxinas PLA2 purificadas a partir de venenos de serpientes crotálidas, que incluían tanto isoformas de tipo Lys49 como Asp49, expresaban actividad bactericida, lo que indica que ésta puede ser una acción común de la familia de proteínas PLA2 del grupo IIA. Se caracterizó una serie de 10 variantes peptídicas sintéticas, basadas en la secuencia C-terminal original 115-129 de la miotoxina II y en su péptido triple Tyr→Trp sustituido p115-W3. Los ensayos in vitro de las actividades bactericida, citolítica y antiendotóxica de estos péptidos sugieren una correlación general entre el número de sustituciones de triptófano introducidas y la potencia microbicida, tanto contra bacterias Gram negativas (Salmonella typhimurium) como Gram positivas (Staphylococcus aureus). Las variantes peptídicas con alta actividad bactericida también tendían a ser más citolíticas hacia los mioblastos del músculo esquelético C2C12, lo que limitaba su potencial uso in vivo. Sin embargo, la variante peptídica pEM-2 (KKWRWLKALAKK) mostró una toxicidad reducida hacia las células musculares, al tiempo que conservaba una alta potencia bactericida. Este péptido también mostró la mayor actividad neutralizadora de endotoxinas in vitro, y se demostró que interactúa funcionalmente con el lipopolisacárido (LPS) utilizando un modelo de bacteria quimérica. Las propiedades bactericidas y antiendotóxicas de la pEM-2, combinadas con su relativamente baja toxicidad hacia las células eucariotas, la destacan como una candidata prometedora para una mayor evaluación de su potencial antimicrobiano in vivo.