PTD4 peptide increases neural viability in an in vitro model of acute ischemic stroke

Udar niedokrwienny to zaburzenie przepływu krwi w mózgu spowodowane niedokrwieniem tkanki mózgowej i niedotlenieniem. Zoptymalizowaliśmy wieloczynnikowy model ostrego udaru niedokrwiennego in vitro przy użyciu szczurzych pierwotnych kultur neuronów. Model ten został wykorzystany do zbadania pro-żywotnej aktywności peptydów penetrujących komórkę: bogatego w argininę Tat(49–57)-NH2 (R49KKRRQRRR57-amid) i jego mniej zasadowego analogu, PTD4 (Y47ARAAARQARA57-amid). Nasz model obejmował deprywację glukozy, stres oksydacyjny, kwasicę mleczanową i ekscytotoksyczność. Neurotoksyczność tych peptydów została wykluczona poniżej stężenia 50 μM, a pro-przeżyciowe właściwości wywołane przez PTD4 były wyraźne widoczne . Dichroizm kołowy i obliczenia dynamiki molekularnej (MD) wykazały potencjalny wpływ konformacyjnych właściwości peptydów na neuroprotekcję: w MD Tat(49–57)-NH2 przyjmował konformację kłębka statystycznego i poliproliny typu II, podczas gdy PTD4 przyjmował strukturę helikalną. W środowisku wodnym, peptydy w większości przyjmowały konformację kłębka statystycznego (PTD4) lub helikalnej poliproliny typu II (struktura Tat(49–57)-NH2). W 30% TFE, PTD4 wykazywał tendencję do przyjmowania struktury helikalnej. Pro-żywotna aktywność PTD4 nie była skorelowana z zawartości argininy, ale raczej ze zdolnością peptydu do przyjmowania struktury heliakalnej w środowisku imitującym błonę komórkową. PTD4 może więc pełnić rolę sekwencji wiodącej w poszukiwaniu nowych leków do leczenia ostrego udaru niedokrwiennego.

Ischemic stroke is a disturbance in cerebral blood flow caused by brain tissue ischemia and hypoxia. We optimized a multifactorial in vitro model of acute ischemic stroke using rat primary neural cultures. This model was exploited to investigate the pro-viable activity of cell-penetrating peptides: arginine-rich Tat(49–57)-NH2 (R49KKRRQRRR57-amide) and its less basic analogue, PTD4 (Y47ARAAARQARA57-amide). Our model included glucose deprivation, oxidative stress, lactic acidosis, and excitotoxicity. Neurotoxicity of these peptides was excluded below a concentration of 50 μm, and PTD4-induced pro-survival was more pronounced. Circular dichroism spectroscopy and molecular dynamics (MD) calculations proved potential contribution of the peptide conformational properties to neuroprotection: in MD, Tat(49–57)-NH2 adopted a random coil and polyproline type II helical structure, whereas PTD4 adopted a helical structure. In an aqueous environment, the peptides mostly adopted a random coil conformation (PTD4) or a polyproline type II helical (Tat(49–57)-NH2) structure. In 30% TFE, PTD4 showed a tendency to adopt a helical structure. Overall, the pro-viable activity of PTD4 was not correlated with the arginine content but rather with the peptide’s ability to adopt a helical structure in the membrane-mimicking environment, which enhances its cell membrane permeability. PTD4 may act as a leader sequence in novel drugs for the treatment of acute ischemic stroke.