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May 17, 2024

Première preuve directe de la cellule directe

Communications Biology volume 5, Numéro d'article : 1132 (2022) Citer cet article 6900 Accès 7 Citations 27 Détails de Altmetric Metrics Les bactéries produisent des homopoly(acides aminés) polycationiques, qui sont

Biologie des communications volume 5, Numéro d'article : 1132 (2022) Citer cet article

6900 Accès

7 citations

27 Altmétrique

Détails des métriques

Les bactéries produisent des homopoly(acides aminés) polycationiques, caractérisés par des squelettes isopeptidiques. Bien que la signification biologique des homopoly(acides aminés) polycationiques reste floue, une attention croissante a récemment été portée sur leur utilisation potentielle pour réaliser l’internalisation cellulaire. Ici, pour la première fois, nous fournissons la preuve directe que deux isopeptides polycationiques bactériens représentatifs, la ε-poly-l-α-lysine (ε-PαL) et la ε-oligo-l-β-lysine (ε-OβL), ont été internalisés. dans les cellules de mammifères par pénétration directe de la membrane cellulaire, puis diffusé dans tout le cytosol. Dans cette étude, nous avons utilisé des dérivés cliquables ε-PαL et ε-OβL portant un groupe azide C-terminal, qui ont été produits par voie enzymatique puis conjugués avec un colorant fluorescent pour analyser la localisation subcellulaire. Il est intéressant de noter que les protéines fluorescentes conjuguées au ε-PαL ou au ε-OβL cliquables ont également été internalisées dans les cellules et diffusées dans tout le cytosol. Notamment, un conjugué de recombinase Cre avec ε-PαL est entré dans les cellules et a médié la recombinaison Cre/loxP, et il a été constaté que ε-PαL délivrait un anticorps IgG complet au cytosol et au noyau.

Les homopoly(acides aminés), qui sont rares dans la nature, sont produits par les bactéries en tant que métabolites secondaires (Fig. 1a, b et Fig. 1a supplémentaire). À ce jour, six polymères, ε-poly-l-α-lysine (ε-PαL, 1)1,2, ε-oligo-l-β-lysine (ε-OβL, 2)3, γ-poly-l/ L'acide d-diaminobutyrique4,5, l'acide β-poly-l-diaminopropionique6, l'ε-poly-l-β-lysine (notre découverte récente)7 et l'acide γ-poly-l/d-glutamique1,8 ont été identifiés. En plus de ces polymères linéaires caractérisés par les squelettes isopeptidiques, deux polymères ramifiés constitués de chaînes dipeptidiques répétées ont également été trouvés dans les bactéries : l'acide multi-l-arginyl-poly-l-aspartique (également appelé cyanophycine)9,10 et acide multi-l-diaminopropionyl-poly-l-diaminopropionique11. Parmi ces huit homopoly(acides aminés), l’acide γ-poly-l/d-glutamique est le seul exemple d’isopeptide polyanionique naturel. Les autres sont polycationiques et les connaissances sur les activités antimicrobiennes des isopeptides polycationiques linéaires sont limitées. Bien que la signification biologique des homopoly(acides aminés) mentionnés ci-dessus ait largement échappé aux chercheurs, leurs propriétés polyioniques et leurs structures polyamides sont actuellement un domaine d'intérêt dans la science des matériaux biologiques.

a, b Structures chimiques de ε-PαL (1) et ε-OβL (2). Le polymère 1 constitué de 25 à 35 résidus l-αLys est produit par Streptomyces albulus NBRC14147 en tant que métabolite secondaire (a). L'oligomère 2 est une sous-structure des ST. Tous les composés liés à la ST sont constitués de d-gulosamine carbamoylée à laquelle 2 (1 à 7 résidus l-βLys) et la forme amide de l'acide aminé inhabituel streptolidine (streptolidine lactame) sont attachés. c Dérivés d'ester ε-PαL produits par la souche NBRC14147 dans cette étude. Leurs extrémités C ont été estérifiées avec des alcools et ajoutées aux milieux de culture. Pls a catalysé la polymérisation de l-αLys et les réactions d'estérification. iαK (cercles bleu clair), unité monomère isopeptide l-αLys. d La structure chimique du R8-azide (9). Le peptide 9 a été synthétisé chimiquement et utilisé comme contrôle canonique du CPP. R (cercles violet clair), unité monomère α-peptide l-arginine. e ε-OβL-PEG-azide (19) synthétisé enzymatiquement par rORF19. iβK (cercles bleu clair), unité monomère isopeptide l-βLys.

Contrairement aux isopeptides dont la fonction est inconnue, les peptides standards (également appelés eupeptides) avec des séquences riches en arginine et/ou en lysine (généralement de 5 à 30 résidus d'acides aminés) suscitent actuellement de l'intérêt pour leurs activités de pénétration cellulaire dans les cellules de mammifères en raison de leur caractère polycationique. caractéristiques au pH physiologique ; ces eupeptides sont appelés peptides de pénétration cellulaire (CPP)12,13,14,15. Bien que les CPP amphipathiques et hydrophobes soient également connus, les CPP polycationiques sont fréquemment utilisés comme véhicules pour administrer des macromolécules biologiques (cargos) dans les cellules de mammifères14. Les voies d'internalisation des CPP cationiques sont elles-mêmes largement divisées en pénétration directe indépendante de l'énergie et endocytose/macropinocytose dépendantes de l'énergie14,15 ; dans les deux voies, les liaisons du CPP aux composants de la membrane cellulaire chargés négativement (tels que les protéoglycanes à base d'héparane sulfate) sont un déclencheur essentiel des événements d'internalisation. Contrairement aux voies de pénétration directes, les cargaisons absorbées par l'endocytose/macropinocytose doivent s'échapper des endosomes vers le cytosol pour éviter la dégradation, atteindre leurs cibles moléculaires et exercer leurs activités biologiques. Il est important de noter que les CPP transportant une charge macromoléculaire telle qu’une protéine ne pénètrent généralement dans les cellules que par une voie endocytotique/macropinocytotique14,15,16,17. Par conséquent, des travaux récents se sont concentrés sur des CPP synthétiques conçus de manière rationnelle afin d’obtenir des internalisations plus efficaces, à la fois afin de faciliter les pénétrations directes ou les fuites endosomales des conjugués CPP-protéine et de conférer une résistance à la dégradation protéolytique . En plus de ces récentes passerelles marquantes, différentes approches visant à simplifier divers aspects de la méthodologie devraient stimuler la délivrance intracellulaire pratique de macromolécules biologiques. De plus, les effets nocifs des caractéristiques polycationiques restent un problème critique à résoudre dans les CPP canoniques à structure eupeptide.