Structural studies of membrane-modifying peptiaibol antibiotic peptides by pulsed EPR and solid-state NMR spectroscopies
Institution:
Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008)Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
IV, ampullosporin A and alamethicin, which are different in length and vary in their intensity of biological activity. Using 15N uniformly labeled alamethicin and ampullosporin A, solid-state NMR of oriented samples allows to obtain information on the structure, dynamics and topology of peptides in their membrane bound state. Using TOAC (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl-4-amino-4-carboxylic acid) labeled analogs of peptides alamethicin and trichogin GA IV, newly developed ESEEM (electron spin echo envelope modulation) approach allows to access peptide topology. In addition, CW (continuous wave) EPR of these TOAC labeled analogs gives information on peptide oligomerization. Studies suggest some common properties for the peptaibols when bound to membranes, suggesting similar mode of action. Namely: hydrophobic match / mismatch between peptide hydrophobic length and membrane apolar core was shown to play a key role on peptide orientation; a high 310 helical content in both alamethicin and ampullosporin A, when in a transmembrane state, was detected; and to the best of our knowledge, herein is the first time that oligomerization of transmembrane alamethicin molecules was directly observed. Another important aspect of this thesis work is the investigation of exactly the same peptaibol molecule, e. G. Alamethicin, when bound to membranes using EPR and oriented solid-state NMR to obtain information on both the alignment and the oligomerization of the peptides in membranes. This approach using two complementary techniques allows not only the gathering of more information about peptide/membrane interactions but also the direct comparison of these different magnetic resonance methods
Abstract FR:
Au cours de cette thèse, la structure, la dynamique et la topologie de peptides peptaibols ont été étudiées par résonance magnétique. Nous nous sommes focalisés sur trois membres de la famille des peptides peptaibol : la Trichogin GA IV, l’Ampullosporin A et l’Alamethicin qui ont des longueurs et des activités biologiques différentes. La RMN (Résonance Magnétique Nucléaire) du solide orientée nous a permis de déterminer l’orientation, et la structure des trois peptides marqués en azote 15 dans les bicouches lipidiques. En utilisant des peptides marqués avec un groupement TOAC (2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1 -oxyl- 4-amino-4-carboxylic acide) nous avons pu appliquer une technique de RPE (Résonance Paramagnétique Electronique) récemment développée l’ESEEM (electron spin echo envelope modulation) ainsi que la RPE à onde continue sur la Trichogin et l’Alamethicin, ce qui nous a donné accès à la topologie et à l’état d’oligomerisation de nos peptides. Nos résultats indiquent des propriétés similaires pour les trois peptides. L’adéquation entre la longueur hydrophobe du peptide et celle des chaînes lipidiques semble être le facteur déterminant l’orientation du peptide dans les bicouches. Les trois peptides dans leur orientation transmembranaire sont également structurés sur une longueur importante en hélice 310. C’est également la première fois que des oligomères d’alamethicin transmembranaires sont directement observées. Un autre aspect important de ce travail est que nous avons étudié par deux méthodes de résonance magnétique exactement la même molécule : l’alamethicin en présence de bicouche lipidique. Ceci nous permet donc d’obtenir plus d’information sur les interactions peptides/membranes mais aussi de pouvoir comparer les deux techniques