Entwicklung von chemisch-synthetischen peptidischen Inhibitoren der zellulären Invasion von Gruppe A Streptokokken und ihre Untersuchung in einem neu entwickelten Hochdurchsatz-Assay

Schüngel, Manuela

Der humanpathogene Erreger Streptococcus pyogenes (Gruppe A Streptokokken; GAS) ist ein bedeutsamer Verursacher vielfältiger Infektionen. Dabei reicht das Spektrum von lokalen Infektionen der Haut und der Schleimhäute bis hin zu schweren invasiven Erkrankungen. Die Pathogenität von S. pyogenes ist eng mit seiner Fähigkeit zur Adhäsion an Epithelzellen und seine zelluläre Internalisierung assoziiert. Die Suche nach Substanzen, die die Internalisierung von S. pyogenes inhibieren, ist von dringendem medizinischen Interesse. In einem neu entwickelten, fluoreszenzbasierten Hochdurchsatz-Assay wurden einzelne synthetisierte Peptide mit definierten Sequenzen, eine Bibliothek linearer Peptide aus D-Aminosäuren des Formats xxx-o1o2-xxx-DKP sowie eine Sammlung zyklischer Peptide aus D-Aminosäuren der Struktur [aa-o1o2-aac] zum Teil erstmalig auf ihre inhibitorischen Eigenschaften bezüglich der Internalisierung von S. pyogenes in epitheliale HEp-2-Zellen untersucht. Ein 49 Aminosäuren langer Abschnitt des SfbI-Proteins (das "49mer") bzw. seine Sequenzvariante T37Y waren in der Lage, die Internalisierung des SfbI-positiven S. pyogenes-Stammes A20 konzentrationsabhängig zu inhibieren; die ermittelten IC50-Werte für die Invasion lagen bei 0,435 µM bzw. 0,368 µM. Da beide Peptide auch bei dem SfbI-negativen S. pyogenes-Stamm A8 die Internalisierung reduzierten, wird vermutet, dass auch bei SfbI-negativen S. pyogenes- Stämmen ein Fibronektin-vermittelter Erstkontakt bei der Adhäsion stattfindet. Eine weitere Sequenzvariante des 49mer sowie die Peptide PyOT5 und DMBT1pbs1 konnten den Internalisierungsprozess von GAS A20 nur schwach inhibieren. Das Screening der Peptidbibliothek sowie der Sammlung zyklischer Peptide zeigte, dass eine Reihe von Subbibliotheken bzw. Peptiden ebenfalls in der Lage sind, die Adhärenz und/oder die Invasion von GAS A20 zu inhibieren. Alle eingesetzten Peptide zeigten in Untersuchungen weder zytotoxische noch antibakterielle Aktivität.

The human pathogen Streptococcus pyogenes (group A streptococci; GAS) causes a broad field of infections ranging from mild infections of the skin to severe invasive diseases. The pathogenicity of S. pyogenes is closely associated with its ability to adhere to and invade into epithelial cells. The development of substances that inhibit the internalization of streptococci is of urgent medical importance. The following chemically synthesized peptides were investigated for their ability to inhibit the cellular invasion of S. pyogenes into the epithelial cell line HEp-2 in a newly developed fluorescence-based high-throughput assay: several peptides with defined sequences, a library of linear peptides consisting of D-amino acids in the format xxx-o1o2-xxx- DKP as well as a collection of cyclic peptides composed of D-amino acids in the format [aa-o1o2-aac]. A 49 amino acids long section of the SfbI protein (termed “49mer”) and its sequence variant T37Y were able to inhibit the internalization of the SfbI-positive S. pyogenes strain A20. The inhibition was dependent of peptide concentration with IC50 values for the invasion of 0.435 µM and 0.368 µM, respectively. Since both peptides were also able to reduce internalization of the SfbI-negative strain A8, it is suggested that SfbI-negative strains also make a first contact to the host cell during adherence via fibronectin. An additional sequence variant of the 49mer as well as the peptides PyOT5 and DMBT1pbs1 only showed weak inhibition of the internalization of GAS A20. Screening of the peptide library and the collection of cyclic peptides revealed that several sublibraries and cyclic peptides were able to reduce adherence and/or invasion of GAS A20. All of the screened peptides showed neither cytotoxic nor bacteriostatic activity.

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Schüngel, Manuela: Entwicklung von chemisch-synthetischen peptidischen Inhibitoren der zellulären Invasion von Gruppe A Streptokokken und ihre Untersuchung in einem neu entwickelten Hochdurchsatz-Assay. 2008.

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