Peptide design for antimicrobial and immunomodulatory applications

Biopolymers

Volumn 100, Issue 6, 2013, Pages 572-583

  Haney, Evan F ^a   Hancock, Robert E W ^a  

^a UNIVERSITY OF BRITISH COLUMBIA   (Canada)

Author keywords

Antimicrobial peptides; Host defense peptides; Immunomodulatory peptides

Indexed keywords

ANTIBIOTICS; HEALTH RISKS;

ANTIBACTERIAL MECHANISMS; ANTIBIOTIC RESISTANCE; ANTIMICROBIAL PEPTIDE; BIOLOGICAL CHARACTERISTIC; HOST DEFENSE; IMMUNOMODULATORY; INNATE IMMUNE RESPONSE; THERAPEUTIC POTENTIALS;

PEPTIDES;

CATHELICIDIN ANTIMICROBIAL PEPTIDE LL 37; HOMOARGININE; IMMUNOMODULATING AGENT; ISEGANAN; OMIGANAN; ORNITHINE; PEPTIDOMIMETIC AGENT; PEXIGANAN; PLECTASIN; POLYPEPTIDE ANTIBIOTIC AGENT; SARALASIN; SYNTHETIC PEPTIDE; ANTIINFECTIVE AGENT; ANTIMICROBIAL CATIONIC PEPTIDE;

AMINO ACID SEQUENCE; ANTIBIOTIC RESISTANCE; ANTIINFLAMMATORY ACTIVITY; ANTIMICROBIAL ACTIVITY; ARTIFICIAL NEURAL NETWORK; BACTERICIDAL ACTIVITY; COMBINATORIAL LIBRARY; DRUG DELIVERY SYSTEM; DRUG DESIGN; DRUG SCREENING; HETEROLOGOUS EXPRESSION; HUMAN; IMMUNE RESPONSE; IMMUNOMODULATION; INNATE IMMUNITY; MINIMUM INHIBITORY CONCENTRATION; NONHUMAN; PEPTIDE SYNTHESIS; PHASE 1 CLINICAL TRIAL (TOPIC); PHASE 2 CLINICAL TRIAL (TOPIC); PHASE 3 CLINICAL TRIAL (TOPIC); PSEUDOMONAS AERUGINOSA; QUANTITATIVE STRUCTURE ACTIVITY RELATION; REVIEW; BACTERIUM; CHEMISTRY; DRUG EFFECTS;

ANTI-BACTERIAL AGENTS; ANTI-INFECTIVE AGENTS; ANTIMICROBIAL CATIONIC PEPTIDES; BACTERIA; HUMANS; IMMUNITY, INNATE;

EID: 84886040399     PISSN: 00063525     EISSN: 10970282     Source Type: Journal    
DOI: 10.1002/bip.22250     Document Type: Review

References (106)

1. Levy, S. B.; Marshall, B. Nat Med 2004, 10, S122-S129.
2. Overbye, K. M.; Barrett, J. F. Drug Discov Today 2005, 10, 45-52.
3. Hancock, R. E. W.; Patrzykat, A. Curr Drug Targets Infect Disord 2002, 2, 79-83.
4. Hancock, R. E. W.; Lehrer, R. Trends Biotechnol 1998, 16, 82-88.
5. Fjell, C. D.; Hiss, J. A.; Hancock, R. E. W.; Schneider, G. Nat Rev Drug Discov 2012, 11, 37-51.
6. Easton, D. M.; Nijnik, A.; Mayer, M. L.; Hancock, R. E. W. Trends Biotechnol 2009, 27, 582-590.
7. Hancock, R. E. W.; Sahl, H. G. Nat Biotechnol 2006, 24, 1551-1557.
8. Zasloff, M. Proc Natl Acad Sci USA 1987, 84, 5449-5453.
9. Wang, G.; Li, X.; Wang, Z. Nucleic Acids Res 2009, 37, D933-D937.
10. Wang, Z.; Wang, G. Nucleic Acids Res 2004, 32, D590-D592.
11. Hancock, R. E. W.; Diamond, G. Trends Microbiol 2000, 8, 402-410.
12. Blondelle, S. E.; Houghten, R. A. Trends Biotechnol 1996, 14, 60-65.
13. Masschalck, B.; Michiels, C. W. Crit Rev Microbiol 2003, 29, 191-214.
14. Vogel, H. J. Biochem Cell Biol 2012, 90, 233-244.
15. Nguyen, L. T.; Haney, E. F.; Vogel, H. J. Trends Biotechnol 2011, 29, 464-472.
16. Hale, J. D.; Hancock, R. E. W. Expert Rev Anti Infect Ther 2007, 5, 951-959.
17. Afacan, N. J.; Yeung, A. T.; Pena, O. M.; Hancock, R. E. W. Curr Pharm Des 2012, 18, 807-819.
18. Astafieva, A. A.; Rogozhin, E. A.; Odintsova, T. I.; Khadeeva, N. V.; Grishin, E. V.; Egorov Ts. A. Peptides 2012, 36, 266-271.
19. Merrifield, R. B. J Am Chem Soc 1963, 85, 2149-2154.
20. Falla, T. J.; Hancock, R. E. W. Antimicrob Agents Chemother 1997, 41, 771-775.
21. Zhang, L.; Scott, M. G.; Yan, H.; Mayer, L. D.; Hancock, R. E. W. Biochemistry 2000, 39, 14504-14514.
22. Wu, M.; Hancock, R. E. W. Antimicrob Agents Chemother 1999, 43, 1274-1276.
23. Zasloff, M.; Martin, B.; Chen, H. C. Proc Natl Acad Sci USA 1988, 85, 910-913.
24. Tomita, M.; Takase, M.; Bellamy, W.; Shimamura, S. Acta Paediatr Jpn 1994, 36, 585-591.
25. Hilpert, K.; Volkmer-Engert, R.; Walter, T.; Hancock, R. E. W. Nat Biotechnol 2005, 23, 1008-1012.
26. Wiegand, I.; Hilpert, K.; Hancock, R. E. Nat Protoc 2008, 3, 163-175.
27. Haines, L. R.; Thomas, J. M.; Jackson, A. M.; Eyford, B. A.; Razavi, M.; Watson, C. N.; Gowen, B.; Hancock, R. E. W.; Pearson, T. W. PLoS Negl Trop Dis 2009, 3, e373.
28. Yan, X.; Zhong, J.; Liu, H.; Liu, C.; Zhang, K.; Lai, R. Gene 2012, 492, 368-374.
29. Wang, J.; Wong, E. S.; Whitley, J. C.; Li, J.; Stringer, J. M.; Short, K. R.; Renfree, M. B.; Belov, K.; Cocks, B. G. PLoS One 2011, 6, e24030.
30. Tanaka, T.; Kokuryu, Y.; Matsunaga, T. Appl Environ Microbiol 2008, 74, 7600-7606.
31. Xie, Q.; Matsunaga, S.; Wen, Z.; Niimi, S.; Kumano, M.; Sakakibara, Y.; Machida, S. J Pept Sci 2006, 12, 643-652.
32. Lewenza, S.; Falsafi, R. K.; Winsor, G.; Gooderham, W. J.; McPhee, J. B.; Brinkman, F. S.; Hancock, R. E. W. Genome Res 2005, 15, 583-589.
33. Frank, R. J Immunol Methods 2002, 267, 13-26.
34. Hilpert, K.; Elliott, M. R.; Volkmer-Engert, R.; Henklein, P.; Donini, O.; Zhou, Q.; Winkler, D. F.; Hancock, R. E. W. Chem Biol 2006, 13, 1101-1107.
35. Cherkasov, A. Int J Mol Sci 2005, 6, 63-86.
36. Jenssen, H.; Fjell, C. D.; Cherkasov, A.; Hancock, R. E. W. J Pept Sci 2008, 14, 110-114.
37. Jenssen, H.; Lejon, T.; Hilpert, K.; Fjell, C. D.; Cherkasov, A.; Hancock, R. E. W. Chem Biol Drug Des 2007, 70, 134-142.
38. Cherkasov, A.; Hilpert, K.; Jenssen, H.; Fjell, C. D.; Waldbrook, M.; Mullaly, S. C.; Volkmer, R.; Hancock, R. E. W. ACS Chem Biol 2009, 4, 65-74.
39. Chromek, M.; Arvidsson, I.; Karpman, D. PLoS One 2012, 7, e46476.
40. Nizet, V.; Ohtake, T.; Lauth, X.; Trowbridge, J.; Rudisill, J.; Dorschner, R. A.; Pestonjamasp, V.; Piraino, J.; Huttner, K.; Gallo, R. L. Nature 2001, 414, 454-457.
41. Bowdish, D. M.; Davidson, D. J.; Lau, Y. E.; Lee, K.; Scott, M. G.; Hancock, R. E. W. J Leukoc Biol 2005, 77, 451-459.
42. Bals, R.; Wang, X.; Zasloff, M.; Wilson, J. M. Proc Natl Acad Sci USA 1998, 95, 9541-9546.
43. Nell, M. J.; Tjabringa, G. S.; Wafelman, A. R.; Verrijk, R.; Hiemstra, P. S.; Drijfhout, J. W.; Grote, J. J. Peptides 2006, 27, 649-660.
44. Scott, M. G.; Davidson, D. J.; Gold, M. R.; Bowdish, D.; Hancock, R. E. W. J Immunol 2002, 169, 3883-3891.
45. Koczulla, R.; von Degenfeld, G.; Kupatt, C.; Krotz, F.; Zahler, S.; Gloe, T.; Issbrucker, K.; Unterberger, P.; Zaiou, M.; Lebherz, C.; Karl, A.; Raake, P.; Pfosser, A.; Boekstegers, P.; Welsch, U.; Hiemstra, P. S.; Vogelmeier, C.; Gallo, R. L.; Clauss, M.; Bals, R. J Clin Invest 2003, 111, 1665-1672.
46. Vandamme, D.; Landuyt, B.; Luyten, W.; Schoofs, L. Cell Immunol 2012, 280, 22-35.
47. Semple, F.; Dorin, J. R. J Innate Immun 2012, 4, 337-348.
48. Rehaume, L. M.; Hancock, R. E. W. Crit Rev Immunol 2008, 28, 185-200.
49. Yeung, A. T.; Gellatly, S. L.; Hancock, R. E. W. Cell Mol Life Sci 2011, 68, 2161-2176.
50. Choi, K. Y.; Chow, L. N.; Mookherjee, N. J Innate Immun 2012, 4, 361-370.
51. Tomasinsig, L.; Pizzirani, C.; Skerlavaj, B.; Pellegatti, P.; Gulinelli, S.; Tossi, A.; Di Virgilio, F.; Zanetti, M. J Biol Chem 2008, 283, 30471-30481.
52. Tjabringa, G. S.; Aarbiou, J.; Ninaber, D. K.; Drijfhout, J. W.; Sorensen, O. E.; Borregaard, N.; Rabe, K. F.; Hiemstra, P. S. J Immunol 2003, 171, 6690-6696.
53. Yang, D.; Chen, Q.; Schmidt, A. P.; Anderson, G. M.; Wang, J. M.; Wooters, J.; Oppenheim, J. J.; Chertov, O. J Exp Med 2000, 192, 1069-1074.
54. Lai, Y.; Adhikarakunnathu, S.; Bhardwaj, K.; Ranjith-Kumar, C. T.; Wen, Y.; Jordan, J. L.; Wu, L. H.; Dragnea, B.; San Mateo, L.; Kao, C. C. PLoS One 2011, 6, e26632.
55. Lau, Y. E.; Rozek, A.; Scott, M. G.; Goosney, D. L.; Davidson, D. J.; Hancock, R. E. W. Infect Immun 2005, 73, 583-591.
56. Mookherjee, N.; Lippert, D. N.; Hamill, P.; Falsafi, R.; Nijnik, A.; Kindrachuk, J.; Pistolic, J.; Gardy, J.; Miri, P.; Naseer, M.; Foster, L. J.; Hancock, R. E. W. J Immunol 2009, 183, 2688-2696.
57. Yu, H. B.; Kielczewska, A.; Rozek, A.; Takenaka, S.; Li, Y.; Thorson, L.; Hancock, R. E. W.; Guarna, M. M.; North, J. R.; Foster, L. J.; Donini, O.; Finlay, B. B. J Biol Chem 2009, 284, 36007-36011.
58. Mookherjee, N.; Hamill, P.; Gardy, J.; Blimkie, D.; Falsafi, R.; Chikatamarla, A.; Arenillas, D. J.; Doria, S.; Kollmann, T. R.; Hancock, R. E. W. Mol Biosyst 2009, 5, 483-496.
59. Braff, M. H.; Hawkins, M. A.; Di Nardo, A.; Lopez-Garcia, B.; Howell, M. D.; Wong, C.; Lin, K.; Streib, J. E.; Dorschner, R.; Leung, D. Y.; Gallo, R. L. J Immunol 2005, 174, 4271-4278.
60. Nagaoka, I.; Hirota, S.; Niyonsaba, F.; Hirata, M.; Adachi, Y.; Tamura, H.; Tanaka, S.; Heumann, D. Clin Diagn Lab Immunol 2002, 9, 972-982.
61. Scott, M. G.; Dullaghan, E.; Mookherjee, N.; Glavas, N.; Waldbrook, M.; Thompson, A.; Wang, A.; Lee, K.; Doria, S.; Hamill, P.; Yu, J. J.; Li, Y.; Donini, O.; Guarna, M. M.; Finlay, B. B.; North, J. R.; Hancock, R. E. W. Nat Biotechnol 2007, 25, 465-472.
62. Wieczorek, M.; Jenssen, H.; Kindrachuk, J.; Scott, W. R.; Elliott, M.; Hilpert, K.; Cheng, J. T.; Hancock, R. E. W.; Straus, S. K. Chem Biol 2010, 17, 970-980.
63. Nijnik, A.; Madera, L.; Ma, S.; Waldbrook, M.; Elliott, M. R.; Easton, D. M.; Mayer, M. L.; Mullaly, S. C.; Kindrachuk, J.; Jenssen, H.; Hancock, R. E. W. J Immunol 2010, 184, 2539-2550.
64. Madera, L.; Hancock, R. E. W. J Innate Immun 2012, 4, 553-568.
65. Turner-Brannen, E.; Choi, K. Y.; Lippert, D. N.; Cortens, J. P.; Hancock, R. E. W.; El-Gabalawy, H.; Mookherjee, N. Arthritis Res Ther 2011, 13, R129.
66. Garlapati, S.; Eng, N. F.; Kiros, T. G.; Kindrachuk, J.; Mutwiri, G. K.; Hancock, R. E. W.; Halperin, S. A.; Potter, A. A.; Babiuk, L. A.; Gerdts, V. Vaccine 2011, 29, 6540-6548.
67. Garlapati, S.; Garg, R.; Brownlie, R.; Latimer, L.; Simko, E.; Hancock, R. E. W.; Babiuk, L. A.; Gerdts, V.; Potter, A.; van Drunen Littel-van den Hurk, S. Vaccine 2012, 30, 5206-5214.
68. Pena, O. M.; Afacan, N.; Pistolic, J.; Chen, C.; Madera, L.; Falsafi, R.; Fjell, C. D.; Hancock, R. E. W. PLoS One 2013, 8, e52449.
69. Steinstraesser, L.; Hirsch, T.; Schulte, M.; Kueckelhaus, M.; Jacobsen, F.; Mersch, E. A.; Stricker, I.; Afacan, N.; Jenssen, H.; Hancock, R. E. W.; Kindrachuk, J. PLoS One 2012, 7, e39373.
70. Achtman, A. H.; Pilat, S.; Law, C. W.; Lynn, D. J.; Janot, L.; Mayer, M. L.; Ma, S.; Kindrachuk, J.; Finlay, B. B.; Brinkman, F. S.; Smyth, G. K.; Hancock, R. E. W.; Schofield, L. Sci Transl Med 2012, 4, 135ra164.
71. Rivas-Santiago, B.; Castañeda-Delgado, J. E.; Rivas Santiago, C. E.; Waldbrook, M.; González-Curiel, I.; Leon-Contreras, J. C.; Enciso-Moreno, A.; del Villar, V.; Méndez-Ramos, J.; Hancock, R. E. W.; Hernandez-Pando, R. PLoS One 2013, 8, e59119.
72. Ulvatne, H.; Haukland, H. H.; Samuelsen, O.; Kramer, M.; Vorland, L. H. J Antimicrob Chemother 2002, 50, 461-467.
73. Schmidtchen, A.; Frick, I. M.; Andersson, E.; Tapper, H.; Bjorck, L. Mol Microbiol 2002, 46, 157-168.
74. Gentilucci, L.; De Marco, R.; Cerisoli, L. Curr Pharm Des 2010, 16, 3185-3203.
75. Jayawardene, D. S.; Dass, C. Peptides 1999, 20, 963-970.
76. Nguyen, L. T.; Chau, J. K.; Perry, N. A.; de Boer, L.; Zaat, S. A.; Vogel, H. J. PLoS One 2010, 5, e12684.
77. Wade, D.; Boman, A.; Wahlin, B.; Drain, C. M.; Andreu, D.; Boman, H. G.; Merrifield, R. B. Proc Natl Acad Sci USA 1990, 87, 4761-4765.
78. Bessalle, R.; Kapitkovsky, A.; Gorea, A.; Shalit, I.; Fridkin, M. FEBS Lett 1990, 274, 151-155.
79. Falciani, C.; Lozzi, L.; Pollini, S.; Luca, V.; Carnicelli, V.; Brunetti, J.; Lelli, B.; Bindi, S.; Scali, S.; Di Giulio, A.; Rossolini, G. M.; Mangoni, M. L.; Bracci, L.; Pini, A. PLoS One 2012, 7, e46259.
80. Kindrachuk, J.; Scruten, E.; Attah-Poku, S.; Bell, K.; Potter, A.; Babiuk, L. A.; Griebel, P. J.; Napper, S. Biopolymers 2011, 96, 14-24.
81. Berthold, N.; Czihal, P.; Fritsche, S.; Sauer, U.; Schiffer, G.; Knappe, D.; Alber, G.; Hoffmann, R. Antimicrob Agents Chemother 2013, 57, 402-409.
82. Chan, D. I.; Prenner, E. J.; Vogel, H. J. Biochim Biophys Acta 2006, 1758, 1184-1202.
83. Yu, H. Y.; Tu, C. H.; Yip, B. S.; Chen, H. L.; Cheng, H. T.; Huang, K. C.; Lo, H. J.; Cheng, J. W. Antimicrob Agents Chemother 2011, 55, 4918-4921.
84. Hicks, R. P.; Abercrombie, J. J.; Wong, R. K.; Leung, K. P. Bioorg Med Chem 2013, 21, 205-214.
85. Giuliani, A.; Rinaldi, A. C. Cell Mol Life Sci 2011, 68, 2255-2266.
86. Rotem, S.; Mor, A. Biochim Biophys Acta 2009, 1788, 1582-1592.
87. Raguse, T. L.; Porter, E. A.; Weisblum, B.; Gellman, S. H. J Am Chem Soc 2002, 124, 12774-12785.
88. Jahnsen, R. D.; Frimodt-Moller, N.; Franzyk, H. J Med Chem 2012, 55, 7253-7261.
89. Radzishevsky, I. S.; Kovachi, T.; Porat, Y.; Ziserman, L.; Zaknoon, F.; Danino, D.; Mor, A. Chem Biol 2008, 15, 354-362.
90. Li, P.; Nielsen, H. M.; Mullertz, A. Expert Opin Drug Deliv 2012, 9, 1289-1304.
91. Soman, N. R.; Baldwin, S. L.; Hu, G.; Marsh, J. N.; Lanza, G. M.; Heuser, J. E.; Arbeit, J. M.; Wickline, S. A.; Schlesinger, P. H. J Clin Invest 2009, 119, 2830-2842.
92. Urban, P.; Valle-Delgado, J. J.; Moles, E.; Marques, J.; Diez, C.; Fernandez-Busquets, X. Curr Drug Targets 2012, 13, 1158-1172.
93. Harris, J. M.; Chess, R. B. Nat Rev Drug Discov 2003, 2, 214-221.
94. Morris, C. J.; Beck, K.; Fox, M. A.; Ulaeto, D.; Clark, G. C.; Gumbleton, M. Antimicrob Agents Chemother 2012, 56, 3298-3308.
95. Zhang, G.; Han, B.; Lin, X.; Wu, X.; Yan, H. J Biochem 2008, 144, 781-788.
96. Imura, Y.; Nishida, M.; Ogawa, Y.; Takakura, Y.; Matsuzaki, K. Biochim Biophys Acta 2007, 1768, 1160-1169.
97. Bommarius, B.; Jenssen, H.; Elliott, M.; Kindrachuk, J.; Pasupuleti, M.; Gieren, H.; Jaeger, K. E.; Hancock, R. E. W.; Kalman, D. Peptides 2010, 31, 1957-1965.
98. Fux, C. A.; Costerton, J. W.; Stewart, P. S.; Stoodley, P. Trends Microbiol 2005, 13, 34-40.
99. Davies, D. Nat Rev Drug Discov 2003, 2, 114-122.
100. Hoiby, N.; Ciofu, O.; Johansen, H. K.; Song, Z. J.; Moser, C.; Jensen, P. O.; Molin, S.; Givskov, M.; Tolker-Nielsen, T.; Bjarnsholt, T. Int J Oral Sci 2011, 3, 55-65.
101. de la Fuente-Nunez, C.; Korolik, V.; Bains, M.; Nguyen, U.; Breidenstein, E. B.; Horsman, S.; Lewenza, S.; Burrows, L.; Hancock, R. E. W. Antimicrob Agents Chemother 2012, 56, 2696-2704.
102. Overhage, J.; Campisano, A.; Bains, M.; Torfs, E. C.; Rehm, B. H.; Hancock, R. E. W. Infect Immun 2008, 76, 4176-4182.
103. Gao, G.; Lange, D.; Hilpert, K.; Kindrachuk, J.; Zou, Y.; Cheng, J. T.; Kazemzadeh-Narbat, M.; Yu, K.; Wang, R.; Straus, S. K.; Brooks, D. E.; Chew, B. H.; Hancock, R. E. W.; Kizhakkedathu, J. N. Biomaterials 2011, 32, 3899-3909.
104. Gao, G.; Cheng, J. T.; Kindrachuk, J.; Hancock, R. E. W.; Straus, S. K.; Kizhakkedathu, J. N. Chem Biol 2012, 19, 199-209.
105. Gyssens, I. C. Int J Antimicrob Agents 2011, 38 (Suppl), 11-20.
106. Nathwani, D. J Infect 2009, 59 (Suppl 1), S40-S50.