Gomesin:
antimikrobiálně účinný peptid z jedu brazilského sklípkana Acanthoscurria
gomesiana
Jiří
Patočka
Gomesin je polypeptidický toxin brazilského pavouka Acanthoscurria gomesiana (Mello-Leitão, 1923), jehož české jméno je sklípkan Gomézův. Tento pavouk byl objeven v Brazílii v roce 1923 a jeho jed byl intenzivně studován (Lorenzini et al., 2006; Moreira et al., 2007). Gomesin je lineární peptid obsahující 18 aminokyselin (ZCRRLCYKQRCVTYCRGR) s mol. hmotností 2270,4 Da (Silva et al., 2000). Tento peptid vykazuje výraznou sekvenční podobnost s antimikrobiálními peptidy jiných členovců, jako je tachyplesin nebo polyphemusin krabů a androctonin škorpionů (Corzo et al., 2001). Jistou podobnost vykazuje také s protegriny, antimikrobiálními peptidy prasečích leukocytů (Lorenzini et al., 2003). Gomesin obsahuje dva disulfidické můstky mezi cysteiny 2 a 15 a cysteiny 6 a 11. Má strukturu beta-skládaného listu (Fázio et al., 2006).
Brazilský sklípkan Acanthoscurria gomesiana. Foto: Philippe Bullet. https://www.researchgate.net/publication/47463347_A_powerful_antimicrobial_peptide_isolated_from_the_Brazilian_tarantula_spider_Acanthoscurria_gomesiana/figures?lo=1
Gomesin silně ovlivňuje bakteriální růst, jakož i vývoj vláknitých hub a kvasinek (Silva et al., 2000; Lorenzini et al., 2003). Kromě mikrobiálního účinku působí také na kryptokoky a různé plísně (Barbosa et al., 2007). Tento peptid vykazuje protinádorovou aktivitu in vitro a in vivo . Studiem cytotoxického mechanismu gomesinu v buňkách lidského neuroblastomu SH-SY5Y a krysího feochromocytomu PC12 bylo zjištěno, že gomesin indukoval nekrotickou buněčnou smrt a byl cytotoxický pro SH-SY5Y a PC12 buňky. Peptid vyvolal rychlé a přechodné zvýšení intracelulárních hladin vápníku v buňkách PC12, které byly inhibovány nimodipinem, blokátorem vápníkového kanálu typu L. Preinkubace s nimodipinem také inhibovala buněčnou smrt indukovanou gomesinem v SH-SY5Y a PC12 buňkách. Buněčné smrti indukované gomesinem bylo zabráněno preventivní léčbou inhibitory MAPK / ERK, PKC nebo PI3K, ale nikoli inhibitorem PKA. Kromě toho gomesin generoval reaktivní druhy kyslíku (ROS) v SH-SY5Y buňkách, které byly blokovány nimodipinem a MAPK / ERK, Inhibitory PKC nebo PI3K. Tyto výsledky naznačují, že gomesin by mohl být užitečným protirakovinovým činidlem, jehož mechanismus cytotoxicity implikuje vstup vápníku přes vápníkové kanály typu L, aktivaci signalizace MAPK / ERK, PKC a PI3K a také generování reaktivních kyslíkových druhů (Soletti et al., 2010).
Gomesin se ukázal jako účinný proti experimentální infekci Candida albicans. Může být použit jako alternativní léčba kandidózy, buď samostatně nebo v kombinaci s flukonazolem. Mechanismus účinku gomesinu není úplně objasněn, ale předpokládá, že peptid působí permeabilizací kvasinkové membrány, což vede k smrti a/nebo uvolňování kvasnicových antigenů, které spouštějí imunitní odpověď hostitele proti infekci (Rossi et al., 2012).
Gomesin byl první antimikrobiální peptid izolovaný z hemocytů brazilského pavouka A. gomesiana, nikoliv však jediný (Abreu et al., 2017). Gomesin byl také připraven synteticky a spolu s ním i četné jeho analogy, na nichž byl studován vztah mezi chemickou strukturou a biologickým účinkem (Machado et al., 2012; Mattei et al., 2014). Některé analogy měly vyšší antimikrobiální aktivitu než přírodní gomesin. Vzhledem k vysokému terapeutickému indexu, snadné syntéze a nižším nákladům na výrobu se stal zajímavým analogem [Thr (2,6,11,15), (D) -Pro (9)] – gomesin, který je nejlepším dosud známým antimikrobiálním peptidem (Machado et al., 2012). Potenciál antimikrobiálních peptidů lze obměnou molekuly významně měnit a vytvářet preference k některým typům rakoviny, což pravděpodobně závisí na jejich různých vlastnostech buněčné membrány (Troeira Henriques et al., 2017).
Všechny dosavadní výzkumy dokládají, že gomesin vykazuje silnou cytotoxickou aktivitu proti klinicky relevantním mikrobům, včetně gram-pozitivních a gram-negativních bakterií, proti houbám a parazitům. Kromě toho gomesin vykazuje in vitro a in vivo protirakovinné aktivity proti několika lidským a myším druhům rakoviny. Peptid vykazuje cytotoxickou aktivitu permeabilizující buněčné membrány, ale základní molekulární mechanismus účinku tohoto peptidového jedu je stále nejasný (Tanner et al., 2018). Poslední výsledky napovídají, žegomesin nenarušuje bakteriální membránu vytvářením stabilních transmembránových pórů, ale že indukuje domény akumulace lipidů, po které následuje náhle prasknutí v blízkosti domén (Zhang et al., 2019).
Abreu TF, Sumitomo BN, Nishiyama MY Jr, Oliveira UC, Souza GH, Kitano ES, Zelanis A, Serrano SM, Junqueira-de-Azevedo I, Silva PI Jr, Tashima AK. Peptidomics of Acanthoscurria gomesiana spider venom reveals new toxins with potential antimicrobial activity. J Proteomics. 2017; 151: 232-242.
Barbosa FM, Daffre S, Maldonado RA, Miranda A, Nimrichter L, Rodrigues ML. Gomesin, a peptide produced by the spider Acanthoscurria gomesiana, is a potent anticryptococcal agent that acts in synergism with fluconazole. FEMS Microbiol Lett. 2007; 274(2) :279-286.
Corzo G, Escoubas P, Villegas E, Barnham KJ, He W, Norton RS, Nakajima T. Characterization of unique amphipathic antimicrobial peptides from venom of the scorpion Pandinus imperator . J. Biochemical. 2001; 359: 35–45.
Fázio MA, Oliveira VX Jr, Bulet P, Miranda MT, Daffre S, Miranda A. Structure-activity relationship studies of gomesin: importance of the disulfide bridges for conformation, bioactivities, and serum stability. Biopolymers. 2006; 84(2) :205-218.
Lorenzini DM, da Silva PI Jr, Soares MB, Arruda P, Setubal J, Daffre S. Discovery of immune-related genes expressed in hemocytes of the tarantula spider Acanthoscurria gomesiana. Dev Comp Immunol. 2006; 30(6): 545-556.
Lorenzini DM, Fukuzawa AH, da Silva PI Jr, Machado-Santelli G, Bijovsky AT, Daffre S. Molecular cloning, expression analysis and cellular localization of gomesin, an anti-microbial peptide from hemocytes of the spider Acanthoscurria gomesiana. Insect Biochem Mol Biol. 2003; 33(10): 1011-1016.
Machado A, Fázio MA, Miranda A, Daffre S, Machini MT. Synthesis and properties of cyclic gomesin and analogues. J Pept Sci. 2012; 18(9): 588-598.
Mattei B, Miranda A, Perez KR, Riske KA. Structure-activity relationship of the antimicrobial peptide gomesin: the role of peptide hydrophobicity in its interaction with model membranes. Langmuir. 2014; 30(12): 3513-3521.
Mello-Leitão, CF. Theraphosideas do Brasil. Revista do Museu Paulista 1923; 13: 1-438.
Moreira CK, Rodrigues FG, Ghosh A, Varotti Fde P, Miranda A, Daffre S, Jacobs-Lorena M, Moreira LA. Effect of the antimicrobial peptide gomesin against different life stages of Plasmodium spp. Exp Parasitol. 2007; 116(4): 346-353.
Rossi DC, Muñoz JE, Carvalho DD, Belmonte R, Faintuch B, Borelli P, Miranda A, Taborda CP, Daffre S. Therapeutic use of a cationic antimicrobial peptide from the spider Acanthoscurria gomesiana in the control of experimental candidiasis. BMC Microbiol. 2012; 12: 28.
Silva PI Jr, Daffre S, Bulet P. Isolation and characterization of gomesin, an 18-residue cysteine-rich defense peptide from the spider Acanthoscurria gomesiana hemocytes with sequence similarities to horseshoe crab antimicrobial peptides of the tachyplesin family. J Biol Chem. 2000; 275(43): 33464-33470.
Soletti RC, del Barrio L, Daffre S, Miranda A, Borges HL, Moura-Neto V, Lopez MG, Gabilan NH. Peptide gomesin triggers cell death through L-type channel calcium influx, MAPK/ERK, PKC and PI3K signaling and generation of reactive oxygen species. Chem Biol Interact. 2010; 186(2): 135-143.
Tanner JD, Deplazes E, Mancera RL. The Biological and Biophysical Properties of the Spider Peptide Gomesin. Molecules. 2018; 23(7): pii: E1733.
Troeira Henriques S, Lawrence N, Chaousis S, Ravipati AS, Cheneval O, Benfield AH, Elliott AG, Kavanagh AM, Cooper MA, Chan LY, Huang YH, Craik DJ. Redesigned Spider Peptide with Improved Antimicrobial and Anticancer Properties. ACS Chem Biol. 2017; 12(9): 2324-2334.
Zhang S, Fu L, Wan M, Song J, Gao L, Fang W. (2019). Peripheral Antimicrobial Peptide Gomesin Induces Membrane Protrusion, Folding, and Laceration. Langmuir, 2019; 35(40): 13233-13242.
