Molecular analysis of the interactions of the cell-penetrating peptide Penetratin and lipid membranes. Contributions of the lipid PIP2, biophysical approaches and benzophenone photoreactivity in model membranes
Analyse moléculaire des interactions du peptide vecteur Pénétratine avec des membranes lipidiques. Contributions du lipide PIP2, approches biophysiques et photoréactivité de la benzophénone dans des membranes modèles
Résumé
Cell-penetrating peptides (CPP) can cross cell membranes and deliver biologically active molecules into cells. Previous work showed that CPPs could remodel the actin cytoskeleton, interacted strongly with negatively charged lipids and PIP2 could play a role in Penetratin internalization. Our DSC experiments showed that Penetratin interacts with polar head groups and impacts the lipid bilayer fluidity of PIP2-containing liposomes. It indicated that presence of PIP2 in liposomes triggers Penetratin-lipid interaction. Moreover, Penetratin binding affinity for PIP2-containing lipid vesicles, estimated by tryptophan fluorescence, pointed out that Penetratin has a higher affinity for PIP2 than for PS. Affinity photocrosslinking coupled to mass spectrometry, using benzophenone (Bzp)-functionalized peptides, was used to study the non-covalent interactions of CPPs and lipid membranes at a molecular level. PIP2 was found to be a good interaction partner for Penetratin and was preferably labelled in liposomes containing PC, PS and PIP2. We revealed highly informative secondary reactions occurring during UV irradiation that can occur concomitantly in a single biological system: a membrane-active peptide inserted within a phospholipid bilayer. This work shows how to exploit in an original way the different reactivities of Bzp in the context of a lipid membrane, giving access to information on the CPP/lipid interaction at a molecular level such as depth of insertion or membrane fluidity in the CPP vicinity.
Les peptides vecteurs (CPP) peuvent entrer dans les cellules et y transporter des molécules biologiquement actives. De précédents travaux ont montré que les CPP pouvaient remodeler le cytosquelette d'actine, interagissaient fortement avec les lipides chargés négativement et que le PIP2 pourrait jouer un rôle dans l'internalisation de la Pénétratine. Nos expériences en DSC ont montré que la Pénétratine interagit avec les têtes polaires et influence la fluidité de la membrane de vésicules contenant du PIP2. La présence de PIP2 favorise l’interaction Pénétratine-lipide. De plus, l’estimation de l'affinité de liaison par fluorescence du tryptophane a montré que la Pénétratine a une affinité plus élevée pour le PIP2 que pour la PS. Le photomarquage par affinité couplé à la spectrométrie de masse, à l'aide de peptides fonctionnalisés par une benzophénone (Bzp), a permis d’étudier les interactions non covalentes des CPP et des membranes lipidiques à un niveau moléculaire. Le PIP2 s'est avéré être un partenaire d'interaction de la Pénétratine et a été marqué préférentiellement dans les liposomes contenant du PC, de la PS et du PIP2. Nous avons mis en évidence des réactions secondaires très informatives qui peuvent se produire simultanément lors de l'irradiation UV, dans un unique système biologique : un CPP inséré dans une bicouche lipidique. Ce travail montre comment exploiter de manière originale les différentes réactivités de la Bzp dans le contexte d'une membrane lipidique, informant sur l'interaction CPP/lipide au niveau moléculaire comme la profondeur d'insertion ou la fluidité membranaire au voisinage du CPP.
Origine : Version validée par le jury (STAR)