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ノルエピネフリントランスポーター由来のホーミングペプチドは、神経芽腫細胞への薬物送達ナノ粒子の迅速なエンドサイトーシスを可能にする
Norepinephrine transporter-derived homing peptides enable rapid endocytosis of drug delivery nanovehicles into neuroblastoma cells.
PMID: 32660596 DOI: 10.1186/s12951-020-00654-x.
抄録
背景:
現在、小児の最も頻度の高い固形腫瘍である神経芽腫の診断と治療には、放射性標識されたノルエピネフリンアナログを介してノルエピネフリントランスポーター（hNET）が利用されています。我々は、hNET細胞表面タンパク質をhNET由来のホーミングペプチドで標的化することにより、精密治療に向けたナノメディシンに基づく戦略を開発することを目指している。
BACKGROUND: Currently, the diagnosis and treatment of neuroblastomas-the most frequent solid tumors in children-exploit the norepinephrine transporter (hNET) via radiolabeled norepinephrine analogs. We aim to develop a nanomedicine-based strategy towards precision therapy by targeting hNET cell-surface protein with hNET-derived homing peptides.
結果:
ペプチド（seq. GASNGINAYLおよびSLWERLAYGI）は、シリコでhNETの高分解能相同性モデルに結合することが示された。特に、１つのユニークな結合部位は、両方のペプチドの配列および構造の類似性をマークしており、相互作用への寄与の大部分は、ＡｓｎおよびＡｒｇの静電エネルギー（＜２２２８ｋＪ／ｍｏｌ）に起因していた。これらのペプチドは、計算および分光学的手法によって総合的に特徴付けられ、GASNGINAYLでは〜21％のβシート／会合を示し、SLWERLAYGIでは〜27％のαヘリックスを示した。フェリチンベースの12nmナノビークルをシステイン化ペプチドで装飾した後、両方のペプチドは、in vitroでの優れた生体適合性と安定性を備えた、積極的に標的化された神経芽腫ナノ治療での使用のための高い可能性を示し、グローバルな発現プロファイルに対するペプチドのわずかではあるが、明確な影響を示した。高速結合速度でhNETに結合すると、GASNGINAYLCペプチドは神経芽腫細胞へのフェリチンの迅速なエンドサイトーシスを可能にし、輸送されたペイロードエリプチンの選択的細胞毒性の増加に起因するアポトーシスをもたらした。ペプチドでコーティングされたナノベヒクルは、コーティングされていないナノベヒクルと比較して、6時間後の初期アポトーシスのレベルが有意に高かった（それぞれ11％および7.3％）。さらに、GASNGINAYLCペプチドを用いたターゲティングは、SLWERLAYGICペプチドを用いた場合と比較して、有意に高いレベルの後期アポトーシスを示した（それぞれ9.3％および4.4％）。これらの知見は、活性酸素種の形成の増加、サバイビンおよびBcl-2のダウンレギュレーション、およびアップレギュレーションされたp53によって支持された。
RESULTS: The peptides (seq. GASNGINAYL and SLWERLAYGI) were shown to bind high-resolution homology models of hNET in silico. In particular, one unique binding site has marked the sequence and structural similarities of both peptides, while most of the contribution to the interaction was attributed to the electrostatic energy of Asn and Arg (< - 228 kJ/mol). The peptides were comprehensively characterized by computational and spectroscopic methods showing ~ 21% β-sheets/aggregation for GASNGINAYL and ~ 27% α-helix for SLWERLAYGI. After decorating 12-nm ferritin-based nanovehicles with cysteinated peptides, both peptides exhibited high potential for use in actively targeted neuroblastoma nanotherapy with exceptional in vitro biocompatibility and stability, showing minor yet distinct influences of the peptides on the global expression profiles. Upon binding to hNET with fast binding kinetics, GASNGINAYLC peptides enabled rapid endocytosis of ferritins into neuroblastoma cells, leading to apoptosis due to increased selective cytotoxicity of transported payload ellipticine. Peptide-coated nanovehicles significantly showed higher levels of early apoptosis after 6 h than non-coated nanovehicles (11% and 7.3%, respectively). Furthermore, targeting with the GASNGINAYLC peptide led to significantly higher degree of late apoptosis compared to the SLWERLAYGIC peptide (9.3% and 4.4%, respectively). These findings were supported by increased formation of reactive oxygen species, down-regulation of survivin and Bcl-2 and up-regulated p53.
結論:
本研究では、GASNGINAYLCペプチドを用いた新規なホーミングナノベヒクルが、エリプチンを担持したフェリチンの神経芽腫細胞への迅速なエンドサイトーシスを選択的に誘導し、ペイロードを成功させることを示した。今後、リードの最適化と機能解析を通じたホーミングペプチドの開発により、神経芽腫細胞へのナノメディシンの効率的なペプチドベースのアクティブデリバリーへの道が拓かれます。
CONCLUSION: This novel homing nanovehicle employing GASNGINAYLC peptide was shown to induce rapid endocytosis of ellipticine-loaded ferritins into neuroblastoma cells in selective fashion and with successful payload. Future homing peptide development via lead optimization and functional analysis can pave the way towards efficient peptide-based active delivery of nanomedicines to neuroblastoma cells.