Structure-Function Analysis of the Antimicrobial Peptide Latarcin 5
Year: 2026
Type: dissertation
Abstract: Latarcin 5 (Ltc5) ist ein 28 Aminosäuren langes, lineares, α-helikales, amphipathisches, membranaktives Peptid aus der zentralasiatischen Spinne Lachesana tarabaevi mit hoher antimikrobieller Aktivität und geringen Nebenwirkungen. Ein Alanin-Scan zeigte, dass der Austausch von individuellen Aminosäuren durch Alanin gut toleriert ist und keine nennenswerten Struktur- oder Funktions Unterschiede verursacht. Da Struktur und Mechanismus bei antimikrobiellen Peptiden oft korrelieren, wurde in dieser Arbeit die Sekundärstruktur und die Orientierung von Ltc5 in Membranen aus synthetischen Lipiden untersucht um den Wirkmechanismus von Ltc5 nachzuvollziehen. Eine hochpräzise Bestimmung von Orientierung und Dynamik gelang mittels einer Festphasen-2H-NMR-Analyse in vollständig hydrierten Lipid Doppelschichten. Diese ergab, dass Ltc5 eine nahezu durchgängige α-Helix mit N- und C-Terminalem Abschnitt bildet, die nahezu identische Helix Neigungswinkel τ (86° N-Terminus, 85° C-Terminus), aber deutlich unterschiedlichen azimutalen Rotationswinkel ρ (99° N-Terminus, 85° C-Terminus) aufweisen. Beide Helix Segmente zeigen wenig Mobilität im Neigungs- sowie im Rotations-Winkel. Die α-Helix liegt flach auf der Membran wobei der Hydrophobe Sektor von Ltc5 in Richtung des hydrophoben Kerns der Membran orientiert ist. NMR-Messungen in Membranen unterschiedlicher Dicke und bei variierenden Peptidkonzentrationen zeigten zudem eine weitgehende Unabhängigkeit der Helix Orientierung von beiden Faktoren. Daher wird der oberflächengebundene S-state als membranaktive Orientierung von Ltc5 angenommen. Weitere Experimente zeigten, dass die Hydrophobizität für die Aktivität wichtiger ist als die spezifische Chemie der in der Primärsequenz von Ltc5 häufig vorkommenden aromatischen Aminosäuren. Dennoch dürften aromatische Reste aufgrund ihrer spezifischen physikalischen Eigenschaften zu einer spezifischen Peptid-Membran Interaktion beitragen, die evolutionär an die natürlichen Ansprüche an die Funktion von Ltc5 angepasst ist. Das gehäufte Auftreten hydrophober Reste am N-Terminus in Ltc5 scheint besonders für die initiale Membranbindung relevant zu sein. Eine systematische N-terminale Verkürzung veränderte die Aktivität des Peptids deutlich. So konnte ein neues AMP, Ltc5 5-28, mit starker Selektivität gegen Gram-positive Bakterien und minimalen hämolytischen Nebenwirkungen identifiziert werden. In weiteren Experimenten konnten membrandepolarisierende Effekte in E. coli, induziert durch Ltc5, nachgewiesen werden. Diese treten ohne nennenswerte Membranschäden auf. Als möglicher Mechanismus konnte mittels kalorimetrischer Messungen die Formation von anionischen “Lipid-Clustern“ durch Ltc5 nachgewiesen werden. Neben den oben genannten Mechanismen liegt auch ein intrazellulärer Wirkmechanismus als Bestandteil des Wirkspektrums von Ltc5 weiterhin im Bereich des Möglichen.
Author: Laqua-Acosta, Kieron
Language: English
Subfield: Microbiology
Field: Immunology and Microbiology
Domain: Life Sciences
Open Access status: green
OpenAlex ID: W7220388019
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