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May 17, 2024

직접 세포에 대한 최초의 직접적인 증거

Communications Biology 5권, 기사 번호: 1132 (2022) 이 기사 인용 6900 액세스 7 인용 27 Altmetric Metrics 세부 정보 박테리아는 다음과 같은 다가양이온성 동종폴리(아미노산)을 생산합니다.

커뮤니케이션 생물학 5권, 기사 번호: 1132(2022) 이 기사 인용

6900 액세스

7 인용

27 알트메트릭

측정항목 세부정보

박테리아는 이소펩티드 백본을 특징으로 하는 다가양이온성 동종다중(아미노산)을 생산합니다. 다중양이온성 호모폴리(아미노산)의 생물학적 중요성은 아직 불분명하지만, 최근 세포 내재화를 달성하기 위한 잠재적인 용도에 대한 관심이 높아지고 있습니다. 여기에서 처음으로 두 가지 대표적인 세균 다가양이온성 이소펩티드인 ε-폴리-l-α-리신(ε-PαL)과 ε-올리고-l-β-리신(ε-OβL)이 내재화되었다는 직접적인 증거를 제공합니다. 직접적인 세포막 침투에 의해 포유류 세포로 들어간 다음 세포질 전체로 확산됩니다. 이 연구에서 우리는 C-말단 아지드 그룹을 운반하는 클릭 가능한 ε-PαL 및 ε-OβL 파생물을 사용했는데, 이는 효소적으로 생성된 다음 형광 염료와 결합되어 세포내 위치를 분석했습니다. 흥미롭게도 클릭 가능한 ε-PαL 또는 ε-OβL과 접합된 형광 단백질도 세포 내로 내부화되어 세포질 전체에 확산되었습니다. 특히, ε-PαL이 포함된 Cre 재조합 효소 접합체는 세포에 들어가 Cre/loxP 재조합을 매개했으며, ε-PαL은 전체 길이의 IgG 항체를 세포질과 핵에 전달하는 것으로 밝혀졌습니다.

자연적으로 희귀한 동종다중(아미노산)은 박테리아에 의해 2차 대사산물로 생성됩니다(그림 1a, b 및 보충 그림 1a). 현재까지 6개의 폴리머, ε-폴리-l-α-라이신(ε-PαL, 1)1,2, ε-올리고-l-β-라이신(ε-OβL, 2)3, γ-폴리-l/ d-디아미노부티르산4,5, β-폴리-l-디아미노프로피온산6, ε-폴리-l-β-라이신(최근 발견)7 및 γ-폴리-l/d-글루탐산1,8이 확인되었습니다. 이소펩티드 백본을 특징으로 하는 이러한 선형 중합체 외에도 반복된 디펩티드 사슬로 구성된 두 개의 가지형 중합체도 박테리아에서 발견되었습니다. 멀티-l-디아미노프로피오닐-폴리-l-디아미노프로피온산11. 이들 8개의 동종폴리(아미노산) 중에서 γ-폴리-1/d-글루탐산은 자연 발생 폴리음이온성 이소펩티드의 유일한 예입니다. 다른 것들은 다중양이온성이며, 선형 다중양이온성 이소펩타이드의 항균 활성에 대한 지식은 제한적입니다. 위에서 언급한 호모폴리(아미노산)의 생물학적 중요성은 연구자들에게 크게 알려지지 않았지만, 이들의 폴리이온 특성과 폴리아미드 구조는 현재 생물재료과학에서 초점을 맞추고 있는 분야입니다.

a, b ε-PαL (1) 및 ε-OβL (2)의 화학 구조. 25-35 l-αLys 잔기로 구성된 폴리머 1은 Streptomyces albulus NBRC14147에 의해 2차 대사산물(a)로 생성됩니다. 올리고머 2는 ST의 하위 구조입니다. 모든 ST 관련 화합물은 2개(1~7개의 l-βLys 잔기)와 특이한 아미노산인 스트렙톨리딘(스트렙톨리딘 락탐)의 아미드 형태가 부착된 카바모일화된 d-굴로사민으로 구성됩니다. 이 연구에서 NBRC14147 균주에 의해 생산된 c ε-PαL 에스테르 유도체. 이들의 C-말단을 알코올로 에스테르화하고 배양 배지에 첨가했습니다. Pls는 l-αLys의 중합과 에스테르화 반응을 촉매했습니다. iαK(밝은 파란색 원), 이소펩티드 l-αLys 단량체 단위. d R8-azide의 화학 구조(9). 펩타이드 9는 화학적으로 합성되어 표준 CPP 컨트롤로 사용되었습니다. R(밝은 보라색 원), α-펩타이드 l-아르기닌 모노머 단위. e rORF19에 의해 효소적으로 합성된 ε-OβL-PEG-azide(19). iβK(연한 파란색 원), 이소펩티드 l-βLys 단량체 단위.

기능이 알려지지 않은 이소펩티드와는 달리 아르기닌 및/또는 라이신이 풍부한 서열(일반적으로 5~30개의 아미노산 잔기)을 가진 표준 펩티드(eupeptides라고도 함)는 다양한양이온성으로 인해 포유류 세포에서 세포 침투 활성에 대해 현재 관심을 끌고 있습니다. 생리학적 pH에서의 특징; 이러한 유펩티드를 세포 투과성 펩티드(CPP)라고 합니다. 양친매성 및 소수성 CPP도 알려져 있지만, 다가양이온성 CPP는 생물학적 거대분자(화물)를 포유동물 세포에 전달하는 수단으로 자주 사용됩니다. 양이온성 CPP의 내부화 경로는 에너지 독립적인 직접 침투와 에너지 의존적 세포내이입/대세포작용으로 크게 나누어집니다. 두 경로 모두에서 음전하를 띤 세포막 구성 요소(예: 헤파란 황산염 프로테오글리칸)에 대한 CPP 결합은 내재화 사건의 필수적인 유발 요인입니다. 직접적인 침투 경로와 달리 세포내이입/거대세포작용에 의해 흡수된 화물은 분해를 방지하고 분자 표적에 도달하며 생물학적 활동을 발휘하기 위해 엔도솜에서 세포질로 탈출해야 합니다. 중요하게도, 단백질과 같은 거대분자 화물을 운반하는 CPP는 일반적으로 세포내이입/거대세포작용 경로를 통해서만 세포에 들어갑니다. 따라서 최근 연구에서는 CPP-단백질 접합체의 직접적인 침투 또는 엔도솜 탈출을 촉진하고 단백질 분해에 대한 저항성을 부여하기 위해 보다 효율적인 내부화를 얻기 위해 합리적으로 설계된 합성 CPP에 중점을 두었습니다. 이러한 최근의 랜드마크 게이트웨이 외에도 방법론의 다양한 측면을 단순화하는 다양한 접근법이 생물학적 거대분자의 실질적인 세포내 전달을 향상시킬 것으로 예상됩니다. 더욱이, 다양이온성 특징으로 인한 유해한 영향은 유펩티드 구조를 갖는 정식 CPP에서 해결해야 할 중요한 문제로 남아 있습니다.