生物学的障壁の浸透促進のための環状細胞透過性ペプチドの構築

過去数十年の間に、薬物送達用の細胞透過性ペプチド(CPP)の開発が急速に進歩してきました。CPPは、神経疾患^1,2、心臓病³、糖尿病⁴、皮膚病⁵、および癌^6,7を含む、生命を脅かすさまざまな疾患の治療のための分子輸送体として広く使用されています。がんは、広範な研究努力にもかかわらず、高い罹患率と死亡率を伴う世界的な健康上の負担であり続けています⁸。がん治療の深刻な障害は、コンパクトな細胞外マトリックス(ECM)、異常な腫瘍血管系、複数の膜バリア、高い間質液圧(IFP^)などの生理学的障壁のために、より深い腫瘍細胞への治療薬のアクセスが制限されていることです9。したがって、生物学的障壁を越えて貨物を輸送する優れた能力を備えた新しいCPPを開発することは、癌治療に不可欠な戦略と考えられています^10,11。

CPPは、物理化学的特性の観点から、カチオン性、両親媒性、疎水性のCPPに分類できます¹²。これらの中で、正に帯電したHIV-TATペプチドおよび合成ポリアルギニンは、生物医学研究において非常に重要であり、細胞内薬物送達を促進するために広く研究されている¹³。Tunnemannらは、R3〜R12ペプチドを用いて実施された細胞透過性試験に基づいて、合成ポリアルギニンペプチドの効率的な細胞浸透には最小長8個のアルギニンが不可欠であると報告^した14。しかしながら、これらのCPPは、 一般に、in vivoで急速に加水分解するため、血漿半減期が短い。さらに、複数の細胞膜を貫通することは困難であるため、CPPのトランスバリア能を高めるためのCPPの化学構造の最適化についてはほとんど知られていない¹⁵。従って、薬物送達効率を高めるために生物学的障壁を透過することができる新規分子トランスポーターの開発が強く望まれている。2020年、Kominら¹⁶ は、上皮単層を通過するためのらせんモチーフ(RLLRLLR)とポリアルギニンテール(R7)を含むCLペプチドと呼ばれるCPPを発見しました。CLペプチド変異体のセットも、らせんパターンを改変することによって合成した。この探査は、生物学的障壁を越えて貨物を輸送するための新しいCPPの開発のための重要なガイドとなる可能性があります。さらに、DietrichらはStAXペプチドの細胞透過性を最適化し、ペプチドの全体的な疎水性を高めることによってWnt/β-カテニンシグナル伝達経路を阻害した¹⁷。

環化による非構造化直鎖状ペプチドの立体構造制限は、それらのタンパク質分解安定性および透過性を増強する有効な方法^である18、^19、20。構造強化は、環状ペプチドのプロテアーゼ耐性を増加させ、それらの線状対応物と比較してそれらをin vivoでより安定にする。加えて、ペプチドの環化は、分子内水素結合を促進することによって極性ペプチド骨格を潜在的にマスクすることができ、したがってペプチド²¹の膜透過性を増加させる。過去20年間で、化学選択的環化法は、全炭化水素、ラクタム、トリアゾール、m-キシレン、パーフルオロアリール、およびその他の架橋など、異なる構造を持つ環状ペプチドを構築するための効果的な戦略になりました^22,23。洗練された腫瘍微小環境によって課せられる生物学的障壁は、固形腫瘍への薬物の浸透を減少させる可能性がある²⁴。我々は以前に、環状CPPがそれらの線形対応物よりも酵素消化に対して優れた耐性を示すことを発見した²⁰。さらに、ペプチドの全体的な疎水性は、それらの増強された細胞透過性にとって重要である²²。上記の研究に基づいて、正に荷電したパターン、全体的な疎水性の上昇、およびタンパク質分解安定性の向上の組み合わせは、生物学的障壁を越えたCPPの透過性を高めると仮定することができます。最近の研究では、位置iおよびi+7に芳香族架橋を有する2つの環状CPPが同定され、それらの線形対応物と比較して腫瘍細胞および組織における透過性が改善されている¹⁵。ここでは、蛍光標識された環状CPPを合成するための簡潔な合成プロトコルと、それらの透過性を調べるための重要なステップを示します。