Структурна пластичність трансмембранного пептиду дозволяє самостійно збиратися в біологічно активні наночастинки

  • Знайдіть цього автора на Google Scholar
  • Знайдіть цього автора на PubMed
  • Шукайте цього автора на цьому сайті
  • Для листування: [email protected]

Відредаговано * Шугуангом Чжангом, Массачусетський технологічний інститут, Кембридж, штат Массачусетс, та прийнято Редакційною комісією 27 квітня 2011 р. (Отримано на огляд 30 вересня 2010 р.)

пластичність

Анотація

Значні зусилля були спрямовані на розробку наночастинкових систем доставки, націлених на пухлини. Однак клінічному застосуванню наночастинок заважає недостатня однорідність за розмірами, труднощі у відтворюваному синтезі та виробництві, часте високе поглинання в печінці, системна токсичність носіїв (особливо для неорганічних наночастинок) та недостатня селективність щодо пухлинних клітин. Ми виявили, що правильно модифіковані синтетичні аналоги трансмембранних доменів мембранних білків можуть самостійно збиратися у надзвичайно однорідні сферичні наночастинки з вродженою біологічною активністю. Самозбирання зумовлене структурним переходом пептиду, який приймає переважно конформацію бета-шпильки у водних розчинах, але згортається в альфа-спіраль при спонтанному злитті наночастинок з клітинною мембраною. 24-амінокислотний пептид, що відповідає другій трансмембранній спіралі CXCR4, утворює самостійно зібрані частинки, які інгібують функцію CXCR4 in vitro і перешкоджають метастазуванню залежних від CXCR4 пухлин in vivo. Крім того, такі наночастинки можуть інкапсулювати гідрофобні препарати, забезпечуючи таким чином систему доставки з потенціалом подвійної біологічної активності.

Встановлено, що синтетичні аналоги трансмембранних спіралей пригнічують функцію відповідного цілісного мембранного білка, дозволяючи в декількох випадках розвивати потужні інгібітори для важливих лікарських цілей (3–9). Синтетичні спіралі заважають правильному складанню білка мембрани-мішені, роблячи його неактивним (6). Дослідження структурної активності показали, що додавання карбоксилатів до позаклітинного кінця значно покращує ефективність трансмембранних інгібіторів. Дегідратація негативно заряджених карбоксилатів вимагає багато енергії, оскільки вони є одними з найсильніших відомих космотропів з коефіцієнтом в'язкості В Джонса – Дола близько 0,250 (10). Ось чому карбоксилати проходять через клітинні мембрани набагато менш ефективно, ніж позитивно заряджені або нейтральні залишки амінокислот. Отже, карбоксилати функціонують як зупиняючі сигнали під час введення мембрани і забезпечують правильну орієнтацію всередині мембрани, якщо вони розміщені на позаклітинному кінці пептиду (7, 8). Зараз ми виявили, що трансмембранні пептиди з додатковими негативними зарядами на одному з кінців самостійно збираються у сферичні наночастинки з дивовижною точністю.

Результати

Самостійне збирання аналогів другої трансмембранної спіралі CXCR4. (A) Трансмісійна електронна мікроскопія самозбірки X4-2-1 (LLFVITLPFWAVDAVANWYFGNDD). (B) X4-2-9 (FVITLPFWAVDAVANWYFGNDD- (CH2CH2O) 27-NH2), всього на два залишки коротший за X4-2-6, самостійно збирається у фібрили. (C) X4-2-2 (LLFVITLPFWAVDAVANWYFGN KK), зібраний у неоднорідні наноструктури. (D) Трансмісійна електронна мікроскопія X4-2-6 (LLFVITLPFWAVDAVANWYFGNDD-PEG27). (E) DLS X4-2-6, 0,4 мг/мл у PBS виявляє надзвичайну однорідність за розміром.