Piscidins are host-defense peptides (HDPs) from fish that exhibit antimicrobial, antiviral, anti-cancer, anti-inflammatory, and wound-healing properties. They are distinctively rich in histidine and contain an amino terminal copper and nickel (ATCUN) binding motif due to the presence of a conserved histidine at position 3. Metallation lowers their total charge and provides a redox center for the formation of radicals that can convert unsaturated fatty acids (UFAs) into membrane-destabilizing oxidized phospholipids (OxPLs). Here, we focus on P1, a particularly membrane-active isoform, and investigate how metallating it and making OxPL available influence its membrane activity. First, we quantify through dye leakage experiments the permeabilization of the apo- and holo-forms of P1 on model membranes containing a fixed ratio of anionic phosphatidylglycerol (PG) and zwitterionic phosphatidylcholine (PC) but varying amounts of Aldo-PC, an OxPL derived from the degradation of several UFAs. Remarkably, metallating P1 increases membranolysis by a factor of five in each lipid system. Conversely, making Aldo-PC available improves permeabilization by a factor of two for each peptide form. Second, we demonstrate through CD-monitored titrations that the strength of the peptide-membrane interactions is similar in PC/PG and PC/PG/Aldo-PC. Thus, peptide-induced membrane activity is boosted by properties intrinsic to the peptide (e.g., charge and structural changes associated with metallation) and bilayer (e.g., reversal of sn-2 chain due to oxidation). Third, we show using oriented-sample 15N solid-state NMR that the helical portion of P1 lies parallel to the bilayer surface in both lipid systems. 31P NMR experiments show that both the apo- and holo-states interact more readily with PC in PC/PG. However, the presence of Aldo-PC renders the holo-, but not the apo-state, more specific to PG. Hence, the membrane disruptive effects of P1 and its specificity for the anionic lipids found on pathogenic cell membrane surfaces are simultaneously optimized when it is metallated and the OxPL is present. Overall, this study deepens our insights into how OxPLs affect peptide-lipid interactions and how host defense metallopeptides could help integrate the effects of antimicrobial agents.

中文翻译：

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通过肽金属化和氧化脂质种类的存在增强Piscidin 1的膜活性：脂质膜上宿主防御机制的统一化。

鱼类蛋白是鱼类的宿主防御肽（HDP），具有抗菌，抗病毒，抗癌，抗炎和伤口愈合的特性。它们特别富含组氨酸，并且由于位置3上存在保守的组氨酸，因此含有一个氨基末端铜和镍（ATCUN）结合基序。金属化作用降低了它们的总电荷，并为形成可转化不饱和基团的自由基提供了一个氧化还原中心。脂肪酸（UFAs）分解成膜不稳定的氧化磷脂（OxPLs）。在这里，我们重点研究P1，特别是具有膜活性的同工型，并研究如何使其金属化并使其可用OxPL影响其膜活性。第一，我们通过染料渗漏实验量化了模型膜上P1的载脂蛋白和全脂蛋白的通透性，该膜包含固定比例的阴离子磷脂酰甘油（PG）和两性离子磷脂酰胆碱（PC），但Aldo-PC的量不同，Aldo-PC是从几个UFA的退化。值得注意的是，金属化的P1在每个脂质系统中将膜分解作用提高了五倍。相反，使Aldo-PC可用则每种肽形式的通透性提高了两倍。其次，我们通过CD监测滴定法证明在PC / PG和PC / PG / Aldo-PC中，肽膜相互作用的强度相似。因此，肽固有的特性（例如，与金属化相关的电荷和结构变化）和双层（例如，由于氧化而使sn-2链反转）。第三，我们使用定向样品15N固态NMR显示了在两个脂质系统中P1的螺旋部分都平行于双层表面。31 P NMR实验表明，在PC / PG中，脱辅基和全环态都更容易与PC相互作用。但是，Aldo-PC的存在使得PG的完整状态而不是载脂蛋白状态。因此，当P1被金属化并存在OxPL时，可同时优化P1的膜破坏作用及其对病原细胞膜表面上发现的阴离子脂质的特异性。总体而言，这项研究加深了我们对OxPL如何影响肽-脂相互作用以及宿主防御金属肽如何帮助整合抗菌剂作用的见解。我们使用定向样品15N固态NMR显示，P1的螺旋部分平行于两个脂质系统中的双层表面。31 P NMR实验表明，在PC / PG中，脱辅基和全环态都更容易与PC相互作用。但是，Aldo-PC的存在使得PG的完整状态而不是载脂蛋白状态。因此，当P1被金属化并存在OxPL时，可同时优化P1的膜破坏作用及其对病原细胞膜表面上发现的阴离子脂质的特异性。总体而言，这项研究加深了我们对OxPL如何影响肽-脂相互作用以及宿主防御金属肽如何帮助整合抗菌剂作用的见解。我们使用定向样品15N固态NMR显示，P1的螺旋部分平行于两个脂质系统中的双层表面。31 P NMR实验表明，在PC / PG中，脱辅基和全环态都更容易与PC相互作用。但是，Aldo-PC的存在使得PG的完整状态而不是载脂蛋白状态。因此，当P1被金属化并存在OxPL时，可同时优化P1的膜破坏作用及其对病原细胞膜表面上发现的阴离子脂质的特异性。总体而言，这项研究加深了我们对OxPL如何影响肽-脂相互作用以及宿主防御金属肽如何帮助整合抗菌剂作用的见解。31 P NMR实验表明，在PC / PG中，脱辅基和全环态都更容易与PC相互作用。但是，Aldo-PC的存在使得PG的完整状态而不是载脂蛋白状态。因此，当P1被金属化并存在OxPL时，可同时优化P1的膜破坏作用及其对病原细胞膜表面上发现的阴离子脂质的特异性。总体而言，这项研究加深了我们对OxPL如何影响肽-脂相互作用以及宿主防御金属肽如何帮助整合抗菌剂作用的见解。31 P NMR实验表明，在PC / PG中，脱辅基和全环态都更容易与PC相互作用。但是，Aldo-PC的存在使得PG的完整状态而不是载脂蛋白状态。因此，当P1被金属化并存在OxPL时，可同时优化P1的膜破坏作用及其对病原细胞膜表面上发现的阴离子脂质的特异性。总体而言，这项研究加深了我们对OxPL如何影响肽-脂相互作用以及宿主防御金属肽如何帮助整合抗菌剂作用的见解。当金属化并存在OxPL时，可同时优化P1的膜破坏作用及其对致病细胞膜表面上发现的阴离子脂质的特异性。总体而言，这项研究加深了我们对OxPL如何影响肽-脂相互作用以及宿主防御金属肽如何帮助整合抗菌剂作用的见解。当金属化并存在OxPL时，P1的膜破坏作用及其对致病细胞膜表面上发现的阴离子脂质的特异性同时得到优化。总体而言，这项研究加深了我们对OxPL如何影响肽-脂相互作用以及宿主防御金属肽如何帮助整合抗菌剂作用的见解。