Es gibt viele Arten von Transmembranpeptiden und ihre Klassifizierung basiert auf physikalischen und chemischen Eigenschaften, Quellen, Aufnahmemechanismen und biomedizinischen Anwendungen.Aufgrund ihrer physikalischen und chemischen Eigenschaften können membrandurchdringende Peptide in drei Typen eingeteilt werden: kationische, amphiphile und hydrophobe.Kationische und amphiphile membrandurchdringende Peptide machen 85 % aus, während hydrophobe membrandurchdringende Peptide nur 15 % ausmachen.
1. Kationisches membrandurchdringendes Peptid
Kationische Transmembranpeptide bestehen aus kurzen Peptiden, die reich an Arginin, Lysin und Histidin sind, wie z. B. TAT, Penetratin, Polyarginin, P22N, DPV3 und DPV6.Darunter enthält Arginin Guanidin, das mit negativ geladenen Phosphorsäuregruppen auf der Zellmembran Wasserstoffbrückenbindungen eingehen und unter der Bedingung eines physiologischen PH-Werts Transmembranpeptide in die Membran transportieren kann.Studien mit Oligarginin (von 3 R bis 12 R) zeigten, dass die Membranpenetrationsfähigkeit nur dann erreicht wurde, wenn die Argininmenge nur 8 betrug, und dass die Membranpenetrationsfähigkeit mit zunehmender Argininmenge allmählich zunahm.Obwohl Lysin wie Arginin kationisch ist, enthält es kein Guanidin. Wenn es also allein vorliegt, ist seine Membranpenetrationseffizienz nicht sehr hoch.Futaki et al.(2001) fanden heraus, dass eine gute Membranpenetrationswirkung nur dann erzielt werden konnte, wenn das kationische Zellmembranpenetrationspeptid mindestens 8 positiv geladene Aminosäuren enthielt.Obwohl positiv geladene Aminosäurereste für das Eindringen penetrativer Peptide in die Membran unerlässlich sind, sind andere Aminosäuren ebenso wichtig, beispielsweise wenn W14 zu F mutiert, geht die Penetrationsfähigkeit von Penetratin verloren.
Eine besondere Klasse kationischer Transmembranpeptide sind Nuclear Localization Sequences (NLSs), die aus kurzen Peptiden bestehen, die reich an Arginin, Lysin und Prolin sind und durch den Kernporenkomplex zum Zellkern transportiert werden können.NLSs können weiter in Einzeltypisierung und Doppeltypisierung unterteilt werden, die jeweils aus einem bzw. zwei Clustern basischer Aminosäuren bestehen.Beispielsweise handelt es sich bei PKKKRKV aus dem Affenvirus 40 (SV40) um ein einfach typisierendes NLS, während es sich beim Kernprotein um ein doppelt typisierendes NLS handelt.KRPAATKKAGQAKKKL ist die kurze Sequenz, die bei der Membrantransmembran eine Rolle spielen kann.Da die meisten NLS Ladungszahlen von weniger als 8 haben, sind NLS keine wirksamen Transmembranpeptide. Sie können jedoch wirksame Transmembranpeptide sein, wenn sie kovalent mit hydrophoben Peptidsequenzen verknüpft werden, um amphiphile Transmembranpeptide zu bilden.
2. Amphiphiles Transmembranpeptid
Amphiphile Transmembranpeptide bestehen aus hydrophilen und hydrophoben Domänen, die in primäre amphiphile, sekundäre α-helikale amphiphile, β-faltende amphiphile und mit Prolin angereicherte amphiphile Domänen unterteilt werden können.
Amphiphile tragen Membranpeptide des Primärtyps in zwei Kategorien ein, Kategorien mit NLSs, die durch hydrophobe Peptidsequenzen kovalent verbunden sind, wie MPG (GLAFLGFLGAAGSTMGAWSQPKKKRKV) und Pep-1 (KETWWETWWTEWSQPKKRKV). Beide basieren auf dem Kernlokalisierungssignal PKKKRKV von SV40, in dem die hydrophoben Die Domäne von MPG hängt mit der Fusionssequenz des HIV-Glykoproteins 41 (GALFLGFLGAAGSTMG A) zusammen, und die hydrophobe Domäne von Pep-1 steht mit dem tryptophanreichen Cluster mit hoher Membranaffinität (KETWWET WWTEW) in Zusammenhang.Die hydrophoben Domänen beider sind jedoch über WSQP mit dem Kernlokalisierungssignal PKKKRKV verbunden.Eine weitere Klasse primärer amphiphiler Transmembranpeptide wurde aus natürlichen Proteinen wie pVEC, ARF(1-22) und BPrPr(1-28) isoliert.
Die sekundären α-helikalen amphiphilen Transmembranpeptide binden über α-Helices an die Membran und ihre hydrophilen und hydrophoben Aminosäurereste befinden sich auf verschiedenen Oberflächen der helikalen Struktur, wie z. B. MAP (KLALKLALK ALKAALKLA).Für amphiphile Verschleißmembranen vom Beta-Peptid-Faltungstyp ist ihre Fähigkeit, eine Beta-Faltenschicht zu bilden, entscheidend für ihre Durchdringungsfähigkeit der Membran, wie in VT5 (DPKGDPKGVTVTVTVTVTGKGDPKPD) bei der Erforschung der Durchdringungsfähigkeit der Membran unter Verwendung des Typs D - Aminosäure-Mutationsanaloge konnten kein Beta-gefaltetes Stück bilden, die Durchdringungsfähigkeit der Membran ist sehr schlecht.In mit Prolin angereicherten amphiphilen Transmembranpeptiden wird Polyprolin II (PPII) in reinem Wasser leicht gebildet, wenn Prolin in der Polypeptidstruktur stark angereichert ist.PPII ist eine linksgängige Helix mit 3,0 Aminosäureresten pro Windung, im Gegensatz zur standardmäßigen rechtsgängigen Alpha-Helix-Struktur mit 3,6 Aminosäureresten pro Windung.Zu den mit Prolin angereicherten amphiphilen Transmembranpeptiden gehörten das antimikrobielle Rinderpeptid 7 (Bac7), das synthetische Polypeptid (PPR) n (n kann 3, 4, 5 und 6 sein) usw.
3. Hydrophobes, membrandurchdringendes Peptid
Hydrophobe Transmembranpeptide enthalten nur unpolare Aminosäurereste mit einer Nettoladung von weniger als 20 % der Gesamtladung der Aminosäuresequenz oder enthalten hydrophobe Einheiten oder chemische Gruppen, die für die Transmembran essentiell sind.Obwohl diese zellulären Transmembranpeptide oft übersehen werden, gibt es sie, wie zum Beispiel den Fibroblasten-Wachstumsfaktor (K-FGF) und den Fibroblasten-Wachstumsfaktor 12 (F-GF12) aus dem Kaposi-Sarkom.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 19. März 2023