После их открытия в девяностые годы были разработаны проникающие в клетки пептиды (CPP) для содействия эффективной клеточной доставке грузов через плазматическую мембрану1,2. CPP обычно представляют собой короткие пептиды, обычно от 8 до 30 аминокислот, имеющие широкий спектр происхождения. Сначала они были определены как «прямо-транслокирующие» носители, то есть они были способны пересекать плазматическую мембрану и переносить груз в клетки независимо от любого эндоцитотического пути, ни от потребности в энергии, ни от участия рецептора. Однако дальнейшие исследования показали, что эти первые наблюдения в основном произошли от переоценки флуоресценции из-за экспериментального артефакта и / или протоколов фиксации с использованием метанола3. В настоящее время широко признано, что поглощение CPP происходит как эндоцитозом, так и энергонезависимой транслокацией4,5,6,7 в зависимости от различных параметров, таких как характер груза, используемая связь между CPP и грузом, исследуемая клеточная линия и т. Д.
CPP могут быть использованы в качестве трансфекционных агентов в соответствии с двумя стратегиями, либо включающими химическую связь (ковалентная стратегия), либо электростатические/гидрофобные взаимодействия (нековалентная стратегия) между CPP и его грузом8,9,10,11. Хотя обе стратегии показали свою эффективность в клеточном переносе нескольких грузов, понимание механизма интернализации СПП все еще находится под спорным вопросом, и баланс между путями эндоцитоза или прямым проникновением все еще трудно измерить12,13. Хотя имеется набор экспериментальных инструментов и стратегий для четкого решения проблемы участия эндоцитарных процессов, прямую транслокацию, по-видимому, сложнее охарактеризовать, поскольку она подразумевает более дискретные взаимодействия с компонентами плазматической мембраны. Биологические мембраны обычно состоят из многочисленных компонентов, от фосфолипидов до мембранных белков, которые могут варьироваться в зависимости от типа клеток и / или окружающей среды (стрессовые условия, деление клеток и т. Д.). Такое разнообразие состава, а следовательно, и отсутствие универсальной модели клеточной мембраны не позволяет проводить исследования единым способом. Однако для обхода этих ограничений были разработаны пошаговые подходы с искусственными мембранными или мембранными экстрактами. От небольших одноламеллярных везикул до однослойных подходов, каждая модель явно уместна для ответа на конкретные вопросы14,15. Среди них большие одноламелляторные везикулы (LUV) представляют собой подходящую модель, имитирурующей мембрану, для изучения пептидных / мембранных взаимодействий в качестве ключевого момента в процессе интернализации.
В этом контексте следующий протокол описывает исследование влияния пептидов и пептидно-мембранных взаимодействий на целостность LUV посредством мониторинга как анионного флуоресцентного красителя, так и соответствующего ему поликатионного гасища, инкапсулированного в липосомах. Этот инструмент используется для изучения взаимодействия CPP / мембраны, чтобы понять, способны ли они выполнять прямую мембранную транслокацию. Хотя этот анализ утечки флуоресценции LUV обычно применяется для сравнения различных мембранно-взаимодействующих пептидов, он также может быть использован для исследования как конъюгатов CPP-груза (ковалентная стратегия), так и комплексов CPP: груз (нековалентная стратегия).
Таким образом, настоящий протокол будет впервые проиллюстрирован недавно разработанными триптофанами (W)- и аргинин(R)-богатыми амфипатическими пептидами (WRAP)16. WRAP способен образовывать наночастицы на основе пептидов для быстрой и эффективной доставки малых интерферионных РНК (siRNA) в несколько клеточных линий16. Для характеристики их механизма клеточной интернализации контролировались свойства флуоресцентной утечки только пептида WRAP или наночастиц на основе WRAP, нагруженных siRNA. Мы показали, что их механизм интернализации в основном связан с прямой транслокацией7. Во втором примере пептид WRAP был ковалентно конъюгирован с белком/белковым интерферирующим пептидом iCAL36 (WRAP-iCAL36)17, и его способность дестабилизировать мембраны сравнивали в анализе утечки флуоресценции с iCAL36 в сочетании с Penetratin18 (Penetratin-iCAL36), другим CPP.
Наконец, преимущества и ограничения метода будут обсуждаться как с технологической точки зрения, так и с точки зрения биологической значимости.