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May 17, 2024

直接細胞に関する最初の直接的な証拠

Communications Biology volume 5、記事番号: 1132 (2022) この記事を引用する 6900 アクセス数 7 引用数 27 Altmetric Metrics 詳細 細菌はポリカチオン性ホモポリ (アミノ酸) を生成します。

Communications Biology volume 5、記事番号: 1132 (2022) この記事を引用

6900 アクセス

7 引用

27 オルトメトリック

メトリクスの詳細

細菌は、イソペプチド骨格を特徴とするポリカチオン性ホモポリ（アミノ酸）を生成します。 ポリカチオン性ホモポリ（アミノ酸）の生物学的重要性は依然として不明瞭であるが、最近、細胞内部移行を達成するためのそれらの潜在的な使用に注目が集まっている。 今回、我々は、2 つの代表的な細菌ポリカチオン性イソペプチド、ε-ポリ-L-α-リジン (ε-PαL) とε-オリゴ-1-β-リジン (ε-OβL) が内部移行されたという直接的な証拠を初めて提供します。細胞膜への直接浸透によって哺乳動物細胞に侵入し、細胞質ゾル全体に拡散します。 この研究では、細胞内局在を解析するために、酵素的に生成され、蛍光色素と結合された、C末端アジド基を有するクリック可能なε-PαLおよびε-OβL誘導体を使用しました。 興味深いことに、クリック可能なε-PαLまたはε-OβLと結合した蛍光タンパク質も細胞内に取り込まれ、サイトゾル全体に拡散しました。 特に、ε-PαLと結合したCreリコンビナーゼは細胞に入り、Cre/loxP組換えを媒介し、ε-PαLは完全長IgG抗体をサイトゾルおよび核に送達することが判明した。

自然界ではまれなホモポリ（アミノ酸）は、細菌によって二次代謝産物として生成されます（図1a、bおよび補足図1a）。 現在までに、ε-ポリ-l-α-リジン (ε-PαL, 1)1,2、ε-オリゴ-l-β-リジン (ε-OβL, 2)3、γ-ポリ-l/の 6 種類のポリマーが開発されています。 d-ジアミノ酪酸4,5、β-ポリ-l-ジアミノプロピオン酸6、ε-ポリ-l-β-リジン（最近の発見）7、およびγ-ポリ-l/d-グルタミン酸1,8が同定されています。 イソペプチド骨格を特徴とするこれらの線状ポリマーに加えて、細菌では、ジペプチド鎖の繰り返しからなる 2 つの分岐ポリマー、マルチ-L-アルギニル-ポリ-L-アスパラギン酸（シアノフィシンとも呼ばれる）9,10 およびマルチ-1-ジアミノプロピオニル-ポリ-1-ジアミノプロピオン酸11． これら 8 つのホモポリ (アミノ酸) の中で、γ-ポリ-l/d-グルタミン酸は、天然に存在するポリアニオン性イソペプチドの唯一の例です。 他のものはポリカチオン性であり、線状ポリカチオン性イソペプチドの抗菌活性については限られた知識しかありません。 上述のホモポリ（アミノ酸）の生物学的重要性は研究者によってほとんど解明されていませんが、そのポリイオン特性とポリアミド構造は現在、生物材料科学の焦点となっている分野です。

a、b ε-PαL (1) および ε-OβL (2) の化学構造。 25 ～ 35 個の l-αLys 残基からなるポリマー 1 は、Streptomyces albulus NBRC14147 によって二次代謝産物として生成されます (a)。 オリゴマー 2 は ST の部分構造です。 すべての ST 関連化合物は、2 個 (1 ～ 7 個の l-βLys 残基) が結合したカルバモイル化 d-グロサミンと、異常アミノ酸ストレプトリジン (ストレプトリジン ラクタム) のアミド型で構成されます。 c この研究でNBRC14147株によって産生されたε-PαLエステル誘導体。 それらの C 末端はアルコールでエステル化され、培地に添加されました。 Pls は、l-αLys の重合およびエステル化反応を触媒しました。 iαK (水色の丸)、イソペプチド l-αLys モノマー ユニット。 d R8-アジドの化学構造 (9)。 ペプチド 9 は化学的に合成され、標準 CPP コントロールとして使用されました。 R (薄紫の丸)、α-ペプチド L-アルギニン モノマー ユニット。 e rORF19によって酵素的に合成されたε-OβL-PEG-アジド(19)。 iβK (水色の丸)、イソペプチド l-βLys モノマー ユニット。

機能が未知のイソペプチドとは異なり、アルギニンおよび/またはリジンに富んだ配列（通常は 5 ～ 30 アミノ酸残基）を持つ標準ペプチド（ユーペプチドとも呼ばれます）は、ポリカチオン性であるため、哺乳動物細胞における細胞透過活性について現在注目を集めています。生理学的pHでの特徴。 このようなユーペプチドは細胞透過ペプチド (CPP) と呼ばれます 12、13、14、15。 両親媒性および疎水性 CPP も知られていますが、ポリカチオン性 CPP は生物学的高分子 (カーゴ) を哺乳動物細胞に送達する媒体としてよく使用されます 14。 カチオン性 CPP の内在化経路自体は、エネルギー非依存性の直接浸透とエネルギー依存性のエンドサイトーシス/マクロピノサイトーシスに大別されます 14,15。 どちらの経路でも、負に帯電した細胞膜成分（ヘパラン硫酸プロテオグリカンなど）への CPP の結合は、内部移行イベントの必須のトリガーとなります。 直接浸透経路とは対照的に、エンドサイトーシス/マクロピノサイトーシスによって取り込まれたカーゴは、分解を回避し、分子標的に到達し、生物学的活性を発揮するために、エンドソームからサイトゾルに逃げなければなりません。 重要なことに、タンパク質などの巨大分子カーゴを運ぶCPPは、通常、エンドサイトーシス/マクロピノサイトーシス経路によってのみ細胞に侵入します14、15、16、17。 したがって、最近の研究は、CPP-タンパク質複合体の直接浸透またはエンドソーム脱出を促進し、タンパク質分解に対する耐性を与えるために、より効率的な内部移行を得るために合理的に設計された合成CPPに焦点を当てています17、18、19、20、21。 これらの最近の画期的なゲートウェイに加えて、方法論のさまざまな側面を簡素化するためのさまざまなアプローチにより、生体高分子の実用的な細胞内送達が促進されることが期待されています。 さらに、ポリカチオンの特徴による有害な影響は、ユーペプチド構造を有する標準 CPP において解決すべき重要な問題のままです。