Новости

May 17, 2024

Первые прямые доказательства существования прямой клетки

Коммуникации Биология, том 5, Номер статьи: 1132 (2022) Цитировать эту статью 6900 Доступов 7 Цитирований 27 Подробности о альтметрических метриках Бактерии производят поликатионные гомополи(аминокислоты), которые

Биология связи, том 5, Номер статьи: 1132 (2022) Цитировать эту статью

6900 Доступов

7 цитат

27 Альтметрика

Подробности о метриках

Бактерии производят поликатионные гомополи(аминокислоты), которые характеризуются изопептидным остовом. Хотя биологическое значение поликатионных гомополиаминокислот остается неясным, в последнее время все большее внимание уделяется их потенциальному использованию для достижения клеточной интернализации. Здесь мы впервые приводим прямые доказательства того, что два типичных бактериальных поликатионных изопептида, ε-поли-l-α-лизин (ε-PαL) и ε-олиго-l-β-лизин (ε-OβL), были интернализованы в клетки млекопитающих путем прямого проникновения через клеточную мембрану, а затем диффундирует по цитозолю. В этом исследовании мы использовали кликабельные производные ε-PαL и ε-OβL, несущие C-концевую азидную группу, которые были получены ферментативным путем, а затем конъюгированы с флуоресцентным красителем для анализа субклеточной локализации. Интересно, что флуоресцентные белки, конъюгированные с кликабельными ε-PαL или ε-OβL, также интернализовались в клетки и диффундировали по цитозолю. Примечательно, что конъюгат рекомбиназы Cre с ε-PαL проникал в клетки и опосредовал рекомбинацию Cre/loxP, и было обнаружено, что ε-PαL доставляет полноразмерное антитело IgG в цитозоль и ядро.

Гомополи(аминокислоты), которые редки в природе, продуцируются бактериями в качестве вторичных метаболитов (рис. 1a, b и дополнительный рисунок 1a). На сегодняшний день известно шесть полимеров: ε-поли-l-α-лизин (ε-PαL, 1)1,2, ε-олиго-l-β-лизин (ε-OβL, 2)3, γ-поли-l/ Были идентифицированы d-диаминомасляная кислота4,5, β-поли-l-диаминопропионовая кислота6, ε-поли-l-β-лизин (наше недавнее открытие)7 и γ-поли-l/d-глутаминовая кислота1,8. Помимо этих линейных полимеров, характеризующихся изопептидным остовом, у бактерий также были обнаружены два разветвленных полимера, состоящих из повторяющихся дипептидных цепей: мульти-l-аргинил-поли-l-аспарагиновая кислота (также называемая цианофицином)9,10 и мульти-l-диаминопропионил-поли-l-диаминопропионовая кислота11. Среди этих восьми гомополи(аминокислот) γ-поли-l/d-глутаминовая кислота является единственным примером встречающегося в природе полианионного изопептида. Остальные являются поликатионными, и сведения об антимикробной активности линейных поликатионных изопептидов ограничены. Хотя биологическое значение упомянутых выше гомополиаминокислот в значительной степени ускользнуло от исследователей, их полиионные свойства и полиамидные структуры в настоящее время находятся в центре внимания биологического материаловедения.

а, б Химические структуры ε-PαL (1) и ε-OβL (2). Полимер 1, состоящий из 25–35 остатков l-αLys, продуцируется Streptomyces albulus NBRC14147 в качестве вторичного метаболита (а). Олигомер 2 представляет собой субструктуру СТ. Все соединения, родственные ST, состоят из карбамоилированного d-гулозамина, к которому присоединены 2 (1–7 остатков l-βLys) и амидная форма необычной аминокислоты стрептолидина (стрептолидинлактам). c Производные сложного эфира ε-PαL, полученные штаммом NBRC14147 в этом исследовании. Их С-концы этерифицировали спиртами и добавляли в культуральную среду. Pls катализирует полимеризацию l-αLys и реакции этерификации. iαK (голубые кружки), мономерная единица изопептида l-αLys. г Химическая структура R8-азида (9). Пептид 9 был химически синтезирован и использован в качестве канонического контроля CPP. R (светло-фиолетовые кружки), мономерная единица α-пептида L-аргинина. e Ферментативно синтезированный ε-OβL-ПЭГ-азид (19) с помощью rORF19. iβK (голубые кружки), мономерная единица изопептида l-βLys.

В отличие от изопептидов с неизвестной функцией, стандартные пептиды (также называемые эупептидами) с последовательностями, богатыми аргинином и/или лизином (обычно 5–30 аминокислотных остатков), в настоящее время привлекают интерес из-за их проникающей в клетки клеток млекопитающих активности из-за их поликатионной активности. особенности при физиологическом pH; такие эвпептиды называются проникающими в клетку пептидами (CPP)12,13,14,15. Хотя амфипатические и гидрофобные CPP также известны, поликатионные CPP часто используются в качестве транспортных средств для доставки биологических макромолекул (грузов) в клетки млекопитающих14. Пути интернализации катионных CPPs сами по себе широко делятся на энергонезависимое прямое проникновение и энергозависимый эндоцитоз/макропиноцитоз14,15; в обоих случаях связывание CPP с отрицательно заряженными компонентами клеточных мембран (такими как гепарансульфат-протеогликаны) является важным триггером событий интернализации. В отличие от путей прямого проникновения, грузы, поглощаемые эндоцитозом/макропиноцитозом, должны выходить из эндосом в цитозоль, чтобы избежать деградации, достичь своих молекулярных мишеней и проявить свою биологическую активность. Важно отметить, что CPP, несущие груз макромолекул, таких как белок, обычно проникают в клетки только эндоцитотическим/макропиноцитозным путем14,15,16,17. Таким образом, недавние работы были сосредоточены на рационально разработанных синтетических CPP для достижения более эффективной интернализации, как для облегчения прямого проникновения или выхода из эндосом конъюгатов CPP-белок, так и для придания устойчивости к протеолитической деградации17,18,19,20,21. Ожидается, что в дополнение к этим недавним знаковым шлюзам различные подходы к упрощению различных аспектов методологии будут способствовать практической внутриклеточной доставке биологических макромолекул. Более того, вредное воздействие поликатионных свойств остается критической проблемой, которую необходимо решить при разработке канонических CPP с эупептидной структурой.