Macropinocytosis-like endocytic mechanism contributes to the overall internalization of polyethyleneimine polyplexes used in nucleic acid delivery
Cette étude révèle que les polyplexes de polyéthylèneimine linéaire (LPEI) pénètrent dans les cellules HeLa principalement par un mécanisme de type macropinocytose non canonique, dépendant de la dynamine et caractérisé par des ruffles membranaires, lequel opère parallèlement à des voies d'endocytose chevauchantes pour faciliter l'administration efficace d'acides nucléiques.
Article original sous licence CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Ceci est une explication générée par l'IA d'un preprint qui n'a pas été évalué par des pairs. Ce n'est pas un avis médical. Ne prenez pas de décisions de santé basées sur ce contenu. Lire la clause de non-responsabilité complète
Pour livrer des instructions génétiques vitales dans une cellule humaine, les scientifiques utilisent souvent de minuscules paquets moléculaires appelés polyplexes. Ces paquets se forment lorsqu'un matériau synthétique à charge positive appelé polyéthylèneimine s'enroule autour d'un brin de code génétique, créant une unité compacte assez petite pour pénétrer dans une cellule. Cependant, entrer n'est que le premier obstacle ; la cellule doit activement avaler le paquet pour que le traitement fonctionne. Ce processus d'ingestion, connu sous le nom d'endocytose, n'est pas une porte unique et simple, mais un réseau complexe de différentes voies d'entrée. Certaines routes utilisent des puits tapissés spécifiques pour saisir des objets, tandis que d'autres reposent sur l'étirement de la membrane cellulaire comme une main pour ramasser des fluides et des particules. Comprendre exactement quelle voie un transporteur de médicaments emprunte est crucial, car le chemin qu'il choisit détermine s'il livre avec succès sa cargaison ou s'il est détruit en cours de route.
Dans une étude récente, des chercheurs ont étudié comment ces polyplexes pénètrent dans les cellules humaines, en se concentrant spécifiquement sur un type de lignée cellulaire souvent utilisée dans les laboratoires. Ils ont commencé par tester si les cellules avaient besoin d'énergie pour avaler les paquets. Lorsqu'ils ont refroidi les cellules à une température où l'activité cellulaire ralentit presque jusqu'à l'arrêt, les polyplexes sont à peine entrés. De même, lorsque l'on a bloqué chimiquement la capacité des cellules à produire de l'énergie, l'absorption a chuté de manière spectaculaire. Cela a confirmé que le processus est un événement actif, piloté par l'énergie, et non une dérive passive de particules à l'intérieur de la cellule. L'équipe a ensuite tenté de bloquer les voies d'entrée spécifiques et connues une par une. Ils ont utilisé des produits chimiques pour stopper le mécanisme des puits tapissés, les invaginations de type caverne et le mécanisme de collecte de fluides appelé macropinocytose. Étonnamment, le blocage de l'une ou l'autre de ces voies n'a pas empêché l'entrée des polyplexes. Les cellules semblaient avoir un plan de secours, détournant leur machinerie interne pour utiliser une autre voie chaque fois qu'une voie était bloquée, garantissant ainsi que les paquets pénètrent quand même à l'intérieur.
Pour voir exactement ce qui se passait à la surface de la cellule, les chercheurs se sont tournés vers de puissants microscopes électroniques, qui offrent une vue bien plus nette que les microscopes optiques standards. Ils ont observé que les polyplexes ne s'installaient pas dans de petits puits nets comme on pourrait s'y attendre. Au lieu de cela, ils se regroupaient en grands amas qui déclenchaient des ondulations et des replis de la membrane cellulaire. Ces ondulations ressemblaient beaucoup aux mouvements membranaires observés lors de la macropinocytose, un processus par lequel la cellule engloutit de grands volumes de fluide. Cependant, lorsque les chercheurs ont regardé de plus près les structures internes après que les paquets ont été avalés, ils ont découvert quelque chose d'inattendu. Les polyplexes n'étaient pas piégés dans les énormes bulles irrégulières typiques de la macropinocytose standard. Au lieu de cela, ils étaient enveloppés dans des vésicules plus petites et plus uniformes. Cela suggérait que les cellules utilisaient une version spécialisée et non standard du mécanisme de ruffles (ondulations), qui est plus précise et ciblée que la méthode habituelle de collecte de fluides.
L'étude a également révélé que cette voie d'entrée unique repose sur une machine moléculaire spécifique appelée dynamine, qui agit comme une paire de ciseaux moléculaires pour sectionner les nouvelles vésicules de la membrane cellulaire. Lorsque les chercheurs ont utilisé un médicament pour désactiver la dynamine, l'absorption des polyplexes a chuté de près de quatre-vingts pour cent. Cette découverte a été cruciale car elle a montré que, bien que les cellules puissent contourner de nombreuses autres voies bloquées, elles ne pouvaient pas contourner le besoin de cette action de sectionnement spécifique. Les chercheurs ont conclu que les polyplexes entrent par un mécanisme distinct médié par les ruffles qui ressemble à la macropinocytose, mais qui opère selon des règles internes différentes. C'est un processus flexible, dépendant de l'énergie, qui permet à la cellule d'avaler efficacement ces transporteurs génétiques, à condition que les ciseaux moléculaires fonctionnent. Cette découverte aide les scientifiques à comprendre la logistique complexe de l'introduction de la médecine génétique dans le corps, suggérant que les conceptions futures pourraient devoir cibler ces mécanismes d'ondulation spécifiques pour améliorer la délivrance.
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