荧光泄漏测定是一种简单的方法,可以研究肽/膜相互作用,以了解它们在几个生物过程中的参与,特别是细胞穿透肽在直接细胞易位过程中扰乱磷脂双层的能力。
细胞穿透肽(CPP)被定义为能够穿过质膜并将货物转移到细胞中的载体。这种活性所需的主要共同特征之一是CPP与质膜(脂质)的相互作用,特别是与膜本身的细胞外基质(硫酸肝素)的相互作用。事实上,独立于直接易位或内吞作用依赖性内化,脂质双层在质膜水平和细胞内转量水平(内体囊泡)参与内化过程。在本文中,我们提出了一个详细的方案,描述了大型单层囊泡(LUV)配方,纯化,表征和在荧光泄漏测定中的应用的不同步骤,以检测可能的CPP膜不稳定/相互作用,并解决它们在内化机制中的作用。产生具有反映质膜含量的脂质组合物的LUV,以便封装荧光染料和淬灭剂。因此,在阴囊外培养基中添加肽和诱导LUV上的肽 – 膜相互作用可能以剂量依赖性方式诱导荧光的显着增加,从而揭示泄漏。这里提供了最近开发的色氨酸(W)和精氨酸(R)丰富的两性肽(WRAP)的例子,它们在各种细胞系中显示出快速有效的siRNA递送。最后,讨论了这些相互作用的性质和对脂质的亲和力,以了解和改善膜易位和/或内体逃逸。
在九十年代发现它们之后,细胞穿透肽(CPPs)被开发用于促进货物通过质膜的高效细胞递送1,2。CPP通常是短肽,通常为8至30个氨基酸,具有多种来源。它们首先被定义为”直接易位”携带者,这意味着它们能够穿过质膜并将货物转移到细胞中,而不受任何内吞途径的影响,既不要求能量也不参与受体。然而,进一步的研究表明,这些最初的观察结果主要来自由于实验伪影和/或使用甲醇3的固定方案而导致的荧光高估。如今,人们普遍认为CPP摄取是通过内吞作用和能量无关的易位4,5,6,7发生的,这取决于不同的参数,例如货物的性质,CPP和货物之间的使用链接,研究的细胞系等。
CPP可以根据两种策略用作转染剂,要么涉及CPP与其货物之间的化学链接(共价策略)或静电/疏水相互作用(非共价策略)8,9,10,11。尽管这两种策略都显示出它们在几种货物的细胞转移中的效率,但对CPP内化机制的理解仍然存在争议,并且内吞作用途径或直接渗透之间的平衡仍然难以测量12,13。虽然有一套实验工具和策略可以清楚地解决内吞过程的参与问题,但直接易位似乎更难表征,因为它意味着与质膜组分的更离散的相互作用。生物膜通常由许多组分组成,从磷脂到膜蛋白,这些组分可能根据细胞类型和/或环境(应激条件,细胞分裂等)而变化。这种组成的多样性,以及因此缺乏通用细胞膜模型,无法以单一方式进行研究。然而,为了规避这些限制,用人造膜或膜提取物开发了分步方法。从小型单层囊泡到单层方法,每个模型显然都与回答特定问题14,15相关。其中,大型单层囊泡(LUV)构成适当的膜模拟模型,以研究肽/膜相互作用作为内化过程的关键点。
在这种情况下,以下方案描述了通过监测阴离子荧光染料及其封装在脂质体中的相应多阳离子淬灭剂来研究肽和肽/膜相互作用对LUV完整性的影响。该工具用于研究CPP /膜相互作用,以了解它们是否能够进行直接膜易位。虽然通常用于比较不同的膜相互作用肽,但这种LUV荧光泄漏测定也可用于研究CPPs-cargo偶联物(共价策略)和CPP:cargo复合物(非共价策略)。
因此,本方案将首先以最近开发的色氨酸(W)-和精氨酸(R)富两性肽(WRAP)16为例。WRAP能够形成基于肽的纳米颗粒,以快速有效地在几个细胞系中递送小干扰RNA(siRNA)16。监测单独使用WRAP肽或siRNA负载的WRAP基纳米颗粒的荧光泄漏特性,以表征其细胞内化机制。结果表明,它们的内化机制主要涉及直接易位7。在第二个例子中,WRAP肽与蛋白质/蛋白质干扰肽iCAL36(WRAP-iCAL36)17共价偶联,并且在荧光泄漏测定中将其破坏膜稳定性的能力与iCAL36偶联到另一种CPP的Interrin 18(Penetratin-iCAL36)进行比较。
最后,将从技术角度和生物学相关性的角度讨论该方法的优点和局限性。
所提出的荧光泄漏测定是一种简单快速的方法,用于解决细胞穿透肽的膜不稳定。它很容易做到,还可以间接比较不同的膜相互作用肽或其他膜相互作用分子。关于方案的关键步骤,由于该测定提供了基线(仅LUV)和最大荧光释放(Triton条件)之间的相对值,我们通常使用磷脂定量试剂盒评估LUV的浓度,该试剂盒仅估计LUV的胆碱贡献。然而,也可以包括更准确地测量LUV浓度,方法是通过Rouser及其?…
The authors have nothing to disclose.
作者要感谢Emilie Josse对手稿的批判性评论。这项工作得到了”癌症联盟”基金会、”癌症研究基金会”和”国家科学研究中心”(CNRS)的支持。
25 mL glass round-bottom flask | Pyrex | ||
8-aminonaphthalene-1, 3, 6-trisulfonic acid, disodium salt (ANTS) | Invitrogen | A350 | Protect from light |
Chloroform | Sigma-Aldrich | 288306 | |
Cholesterol | Sigma-Aldrich | C8667 | |
DOPC (dioleoylphosphatidylcholine) | Avanti Polar | 850375P | Protect from air |
Extruder | Avanti Polar | 610000 | |
Fluorimeter | PTI Serlabo | ||
50 µL glass syringe | Hamilton | 705N | |
HEPES | Sigma-Aldrich | H3375 | |
LabAssay Phospholipid | WAKO | 296-63801 | |
liquid chromatography column | Sigma-Aldrich | ||
Methanol | Carlo Erba | 414902 | |
Nuclepore polycarbonate membrane (0.1 µm pore size, 25 mm diameter) | Whatman | 800309 | |
polystyrene cuvette, 10 x 10 x 45 mm | Grener Bio-One | 614101 | |
polystyrene semi-micro cuvette, DLS | Fisher Scientific | FB55924 | |
p-xylene-bispyridinium bromide (DPX) | Invitrogen | X1525 | Protect from light |
quartz fluorescence cuvette | Hellma | 109.004F-QS | |
rotavapor system | Heidolph | Z334898 | |
Sephadex G-50 resin | Amersham | 17-0042-01 | |
Sodium azide (NaN3) | Sigma-Aldrich | S2002 | |
Sodium chlorid (NaCl) | Sigma-Aldrich | S5886 | |
Sonicator bath USC300T | VWR | 142-6001 | |
Sphingomyelin | Avanti Polar | 860062P | Protect from air |
Triton X-100 | Eromedex | 2000-B | |
Zetaziser NanoZS | Malvern | ZEN3500 |