Biophysical and structural studies of bioactive peptides derived from the piscidin family in anionic membrane models

dc.contributor.advisorVerly, Rodrigo Moreira
dc.contributor.advisorcoBechinger, Burkhard
dc.contributor.authorSouza, Kelton Rodrigues de
dc.contributor.institutionUniversidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri (UFVJM)pt_BR
dc.contributor.refereeLandon, Céline
dc.contributor.refereeKuhn, Andreas
dc.contributor.refereeMénard-Moyon, Cécilia
dc.date.accessioned2025-11-05T22:44:11Z
dc.date.issued2023
dc.date.submitted2023-12-01
dc.descriptionAgências financiadoras: Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) - Código de Financiamento 001; Embaixada da França no Brasil - Campus França.pt_BR
dc.description.abstractAntimicrobial peptides (AMPs) represent a class of biomolecules essential to the innate immune system, playing a crucial role in defense against microbial infections and being found in diverse organisms. Taking into consideration the current context of increasing antimicrobial resistance, AMPs emerge as promising therapeutic candidates for the development of new pharmacological agents. In this regard, the mechanism of action of these peptides has been the subject of investigations, with predominant focus on peptide-membrane interactions, which frequently involve phospholipids as lipid bilayer models. Bacterial membranes present a phospholipid composition distinct from eukaryotic cells, characterized by a predominantly anionic nature. This property, combined with the positive net charge of most AMPs, results in preferential and selective electrostatic interactions with microbial membranes. Structurally, AMPs exhibit disordered conformation in aqueous medium, acquiring a defined amphipathic α-helical structure in the presence of lipid interfaces. The primary sequence and three-dimensional arrangement of amino acid side chains are determinants for their secondary structure and antimicrobial activity. Most AMPs interact directly with microbial membranes through various proposed mechanisms, being able to destabilize the phospholipid bilayer and consequent cell lysis. In this regard, detailed analysis of how AMPs interact and modify the phospholipid bilayer structure is of particular interest. Another relevant aspect is the incorporation of D-amino acids in antimicrobial sequences. Although the occurrence of enantiomeric amino acids was considered rare in peptides of animal origin, D-residues have been identified in natural AMPs, conferring greater resistance to proteolytic degradation compared to L-analogs. Studies demonstrate that peptides containing D-amino acids, such as the L- and D-Phenylseptin forms (FFFDTLKNLAGKVIGALT-NH2), present differentiated antimicrobial activities, with the D-epimer exhibiting greater efficacy against S. aureus and X. axonopodis. Additional examples include Bombinin H and the opioid peptides Dermorphins and Deltorphins, all isolated from amphibians. In this context, this thesis investigates the membrane interaction mechanisms of two antimicrobial peptides isolated from Epinephelus coioides: piscidin-4s (ecPis-4s) and piscidin-2s (ecPis-2s), including the epimeric form D-ecPis-2s. Through an integrated set of structural and biophysical techniques, it is proposed how specific molecular characteristics—including positive charge distribution, presence of aromatic residues, and secondary structure formation—modulate biological activity and peptide-membrane interaction patterns.en
dc.description.abstractsOs peptídeos antimicrobianos (PAMs) representam uma classe de biomoléculas essenciais para o sistema imunológico inato, exercendo papel crucial na defesa contra infecções microbianas e sendo encontrados em diversos organismos. No contexto atual de crescente resistência antimicrobiana, os PAMs emergem como candidatos terapêuticos promissores para o desenvolvimento de novos agentes farmacológicos. Nesse sentido, o mecanismo de ação desses peptídeos tem sido objeto de investigações, com foco predominante na interação peptídeo-membrana, que frequentemente envolve fosfolipídios como modelos de bicamadas lipídicas. As membranas bacterianas apresentam composição fosfolipídica distinta das células eucarióticas, caracterizando-se pelo caráter predominantemente aniônico. Esta propriedade, aliada à carga líquida positiva da maioria dos PAMs, resulta em interações eletrostáticas preferenciais e seletivas com membranas microbianas. Estruturalmente, os PAMs exibem conformação desordenada em meio aquoso, adquirindo estrutura α-helicoidal anfipática definida na presença de interfaces lipídicas. A sequência primária e o arranjo tridimensional das cadeias laterais dos aminoácidos são determinantes para a sua estrutura secundária e atividade antimicrobiana. A maioria dos PAMs interagem diretamente com membranas microbianas através de diversos mecanismos propostos, podendo desestabilizar aa bicamada fosfolipídica e consequente lise celular. Nesse sentido, a análise detalhada de como os PAMs interagem e modificam a estrutura da bicamada fosfolipídica, é de particular interesse. Outro aspecto relevante a ser destacado de crescente interesse é a incorporação de D-aminoácidos em sequências antimicrobianas. Embora a ocorrência de aminoácidos enantioméricos fosse considerada rara em peptídeos de origem animal, resíduos-D têm sido identificados em PAMs naturais, conferindo maior resistência à degradação proteolítica comparativamente aos análogos L-. Estudos demonstram que peptídeos contendo D-aminoácidos, como as formas L-e D-Fenilseptina (FFFDTLKNLAGKVIGALT-NH2), apresentam atividades antimicrobianas diferenciadas, com o D-epímero exibindo maior eficácia contra S. aureus e X. axonopodis. Exemplos adicionais incluem a Bombinina H e os peptídeos opioides Dermorfinas e Deltorfinas, todos isolados de anfíbios. Neste contexto, esta tese investiga os mecanismos de interação com membranas de dois peptídeos antimicrobianos isolados de Epinephelus coioides: piscidina-4s (ecPis-4s) e piscidina-2s (ecPis-2s), incluindo a forma epimérica D-ecPis-2s. Através de um conjunto integrado de técnicas estruturais e biofísicas, propõe-se como características moleculares específicas—incluindo distribuição de cargas positivas, presença de resíduos aromáticos e formação de estruturas secundárias—modulam a atividade biológica e os padrões de interação peptídeo-membrana.pt_BR
dc.description.sponsorshipCoordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)pt_BR
dc.description.sponsorshipEmbaixada da França no Brasil - Campus Françapt_BR
dc.description.thesisTese (Doutorado) – Programa de Pós-Graduação em Química, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, 2023.pt_BR
dc.identifier.citationSOUZA, Kelton Rodrigues de. Biophysical and structural studies of bioactive peptides derived from the piscidin family in anionic membrane models. 2023. 216 p. Tese (Doutorado em Química) – Programa de Pós-Graduação em Química, Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri, Diamantina, 2023.pt_BR
dc.identifier.urihttps://repositorio.ufvjm.edu.br/items/3c3df006-84fd-4b69-baae-d8ab91d21fdb
dc.language.isoen
dc.publisherUFVJMpt_BR
dc.rightsOpen Accessen
dc.rightsAttribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 Brazilen
dc.rights.licenseA concessão da licença deste item refere-se ao à termo de autorização impresso assinado pelo autor, assim como na licença Creative Commons, com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade Federal dos Vales do Jequitinhonha e Mucuri e o IBICT a disponibilizar por meio de seus repositórios, sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra disponibilizada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, e preservação, a partir desta data.pt_BR
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/deed.pt
dc.subjectAntimicrobial peptidesen
dc.subjectPeptide-membrane interactionen
dc.subjectPiscidinsen
dc.subjectStructure-activity relationshipen
dc.subjectMechanism of actionen
dc.subjectPeptídeos antimicrobianospt_BR
dc.subjectInteração peptídeo-membranapt_BR
dc.subjectPiscidinaspt_BR
dc.subjectRelação estrutura-atividadept_BR
dc.subjectMecanismo de ação.pt_BR
dc.titleBiophysical and structural studies of bioactive peptides derived from the piscidin family in anionic membrane modelsen
dc.title.alternativeEstudos biofísicos e estruturais de peptídeos bioativos derivados da família piscidina em modelos de membranas aniônicaspt_BR
dc.typeThesisen

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