Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54044 МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА И ФИЗИКА БИОМОЛЕКУЛ MOLECULAR BIOPHYSICS AND PHYSICS OF BIOMOLECULES МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА И ФИЗИКА БИОМОЛЕКУЛ STRUCTURAL DYNAMICS MODEL OF LANTIBIOTICS NISIN/LIPID-II COMPLEX IN BIOMEMBRANE СТРУКТУРНО-ДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ КОМПЛЕКСА ЛАНТИБИОТИКА НИЗИН С ЛИПИДОМ-II В БИОМЕМБРАНЕ Панина И С Panina I S irinaspanina@gmail.com Нольде Д Е Nolde D E Чугунов А О Chugunov A O Ефремов Р Г Efremov R G ФГБУН Институт биоорганической химии им. акад. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН ru M.M. Shemyakin and Yu.A. Ovchinnikov Institute of bioorganic chemistry of the Russian Academy of Sciences ru ФГБУН Институт биоорганической химии им. акад. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН ru M.M. Shemyakin and Yu.A. Ovchinnikov Institute of bioorganic chemistry of the Russian Academy of Sciences ru ФГБУН Институт биоорганической химии им. акад. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН ru M.M. Shemyakin and Yu.A. Ovchinnikov Institute of bioorganic chemistry of the Russian Academy of Sciences ru ФГБУН Институт биоорганической химии им. акад. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН; Национальный исследовательский университет Высшая школа экономики ru M.M. Shemyakin and Yu.A. Ovchinnikov Institute of bioorganic chemistry of the Russian Academy of Sciences; National Research University Higher School of Economics ru 25 06 2016 25 06 2016 1 1 263 267 20 06 2016 20 06 2016 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54044/view

Низин является первым открытым лантибиотиком и на сегодняшний день механизм его антибактериального действия был исследован с использованием различных методов. В то время как установлена структура комплекса низина с липидом-II в растворе, о реальной структуре комплекса в липидном бислое ничего не известно. С целью предсказания структуры комплекса в мембранном окружении мы провели серию расчетов молекулярной динамики изолированных молекул в их естественной среде, а также комплекса в растворе. Показано, что липид-II в мембране может принимать конформации, теоретически подходящие для захвата «ловушкой». Несвязанная в комплекс молекула низина, напротив, не соответствует найденным в комплексе структурам, тем не менее, ее высокая подвижность дает возможность предположить, что захват мишени приводит к индуцированным структурным изменениям. Кроме того, в присутствии липида-II на поверхности мембраны образуются стабильные изменения рельефа и гидрофобных свойств. Сделан вывод о том, что липид-II вместе с окружающими его липидами мембраны образует специфическую платформу, распознаваемую лантибиотиками как сайт связывания.

Nisin is the first discovered lantibiotics and to date its antibacterial mechanism has been investigated using a variety of methods. While the structure of nisin/lipid-II complex in solution is established, the native structure of the complex in lipid bilayer is unknown. In order to predict the complex structure in membrane, we conducted a series of molecular dynamics simulations of isolated molecules in their natural environment and their complex in solution. Our experiments revealed that the membrane-bound lipid-II could adopt conformations theoretically suitable for capturing by the "trap" (nisin). By contrast, free nisin molecule does not correspond to those found in complex structures, however, it high flexibility suggests that target capture leads to induced structural changes. Furthermore, it was shown, that lipid-II forms stable changes of membrane surface topography and it hydrophobic properties. Thus, we suggest that lipid-II with its membrane surrounding forms a specific platform that is recognized by lantibiotics as the binding site.

 лантибиотики низин липид-II молекулярная динамика lantibiotics nisin lipid-II molecular dynamics

Breukink E., Wiedemann I., Van Kraaij C., Kuipers O.P., Sahl H.-G., de Kruijff B. Use of the cell wall precursor lipid II by a pore-forming peptide antibiotic. Science, 1999, vol. 286, pp. 2361-2364. Breukink E., Wiedemann I., Van Kraaij C., Kuipers O.P., Sahl H.-G., de Kruijff B. Use of the cell wall precursor lipid II by a pore-forming peptide antibiotic. Science, 1999, vol. 286, pp. 2361-2364. Breukink E., de Kruijff B. Lipid II as a target for antibiotics. Nat. Rev. Drug Discov., 2006, vol. 5, pp. 321-332. Breukink E., de Kruijff B. Lipid II as a target for antibiotics. Nat. Rev. Drug Discov., 2006, vol. 5, pp. 321-332. Hsu S.-T.D., Breukink E., Tischenko E., Lutters M.A.G., de Kruijff B., Kaptein R., Bonvin A.M.J., van Nuland N.A.J. The nisin-lipid II complex reveals a pyrophosphate cage that provides a blueprint for novel antibiotics. Nat. Struct. Mol. Biol., 2004, vol. 11, pp. 963-967. Hsu S.-T.D., Breukink E., Tischenko E., Lutters M.A.G., de Kruijff B., Kaptein R., Bonvin A.M.J., van Nuland N.A.J. The nisin-lipid II complex reveals a pyrophosphate cage that provides a blueprint for novel antibiotics. Nat. Struct. Mol. Biol., 2004, vol. 11, pp. 963-967. Breukink E., Van Kraaij C., Demel R.A., Siezen R.J., Kuipers O.P., de Kruijff B. The C-terminal region of nisin is responsible for the initial interaction of nisin with the target membrane. Biochemistry, 1997, vol. 36, pp. 6968-6976. Breukink E., Van Kraaij C., Demel R.A., Siezen R.J., Kuipers O.P., de Kruijff B. The C-terminal region of nisin is responsible for the initial interaction of nisin with the target membrane. Biochemistry, 1997, vol. 36, pp. 6968-6976. Hasper H. E., de Kruijff B., Breukink E. Assembly and stability of nisin-lipid II pores. Biochemistry, 2004, vol. 43, pp. 11567-75. Hasper H. E., de Kruijff B., Breukink E. Assembly and stability of nisin-lipid II pores. Biochemistry, 2004, vol. 43, pp. 11567-75. Prossnigg F., Hickel A., Pabst G., Lohner K. Packing behaviour of two predominant anionic phospholipids of bacterial cytoplasmic membranes. Biophys. Chem., 2010, vol. 150, pp. 129-35. Prossnigg F., Hickel A., Pabst G., Lohner K. Packing behaviour of two predominant anionic phospholipids of bacterial cytoplasmic membranes. Biophys. Chem., 2010, vol. 150, pp. 129-35. Chugunov A., Pyrkova D., Nolde D., Polyansky A., Pentkovsky V., Efremov R. Lipid-II forms potential «landing terrain» for lantibiotics in simulated bacterial membrane. Sci. Rep., 2013, vol. 3, p. 1678. Chugunov A., Pyrkova D., Nolde D., Polyansky A., Pentkovsky V., Efremov R. Lipid-II forms potential «landing terrain» for lantibiotics in simulated bacterial membrane. Sci. Rep., 2013, vol. 3, p. 1678.