11. Механизмы липофекции

Каков механизм доставки генетического материала к клеткам-мишеням и проникновения его в ядро?

11.1. Доставка днк к поверхности клеток

ПРОБЛЕМА: ряд высокоэффективных катионных липидов инактивируется в присутствии даже незначительных количеств плазмы крови; некоторые органы имеют эндотелиальный барьер, препятствующий проникновению липосом.

ВОЗМОЖНЫЕ РЕШЕНИЯ:

• Использование высокополимерных молекул (полиэтиленгликоля, например) на поверхности липосомы, что существенно увеличивает время циркуляции липосом в русле крови, делая их недоступными (невидимыми) для преципитации иммуноглобулинами.

• Для более направленной доставки поверхность липосом может нести антитела к клеткам-мишеням

• Могут быть использованы специфические клеточные рецепторы, например, рецепторы фолата, являющегося маркером опухолевых клеток.

• Могут использоваться вирусные белки слияния на поверхности липосом, что позволяет эффективно впрыскивать ДНК в цитоплазму (искусственные вирусы).

11.2. Взаимодействие комплексов с клеточной поверхностью и проникновение в цитоплазму

Природа механизма проникновения ДНК в цитоплазму до сих пор окончательно не исследована.

Слияние липосом с плазматической мембраной на поверхности клетки, в результате чего внутреннее содержимое липосомы может попадать в цитоплазму, является наиболее простым и на первый взгляд очевидным механизмом транслокации ДНК.

Однако имеются серьёзные аргументы в пользу того, что проникновение ДНК в цитоплазму происходит на значительно более поздних этапах, когда большая часть липосом интернализуется в цитоплазму.

Этот процесс внешне напоминает эндоцитоз, так как в местах сорбции катионных везикул на поверхность клетки происходит инвагинация плазматической мембраны и отпочковывание внутрь цитоплазмы мембранного пузырька с катионными липосомами или ДНК-липидным комплексом во внутреннем пространстве. Инвагинация плазматической мембраны под воздействием сорбирующихся на её поверхности катионных липосом, очевидно, не требует специализированного механизма, так как наблюдается даже на поверхности эритроцитов.

11.3. Освобождение днк в цитоплазму и транспорт в ядро

Большие массы эндоцитированного материала накапливаются в областях, примыкающих к ядру. Скопление большого количества материала в околонуклеарном пространстве свидетельствует о том, что именно этап освобождения ДНК из эндосом может быть фактором, лимитирующим эффективность трансфекции.

Обычно эндосомы с захваченными внутри частицами, включая вирусы, трансформируются в лизосомы, с мембраной которых и происходит слияние вирусных частиц при низком рН. Напротив, в случае липофекции ингибирование функционирования лизосом за счёт увеличения рН хлористым аммонием или хлорохином повышало эффективность трансфекции в несколько раз. Освобождение ДНК в цитоплазму, по всей видимости, происходит из эндосом, минуя стадию образования лизосом. Более того, катионные липиды препятствуют попаданию ДНК в лизосомы.

Существует гипотеза, что, механизм освобождения ДНК основан на обмене липидами между катионной липосомой и мембранами клетки, в результате чего катионный заряд нейтрализуется, и связь ДНК с липосомой ослабевает.

При слиянии комплекса ДНК-катионный липид с мембранами анионного липида происходит фазовый переход в структуре комплекса, конечным этапом которого является распад комплекса на отдельные компоненты, состоящие из молекул ДНК, окружённых трубчатыми бислойными структурами липидов.

Одной из возможных причин низкой эффективности трансфекции может быть то, что ДНК даже после освобождения из липосомы продолжает удерживать большое количество адсорбированного катионного липида.

После освобождения в цитоплазму дальнейшее продвижение ДНК к ядру, возможно, происходит с использованием мало изученных механизмов клеточного транспорта. Возможно, что катионные липосомы способны освобождать ДНК непосредственно в ядро.

Однако липофекция эффективна только на прикреплённых культурах клеток. Комплексы в значительной степени теряют активность при взаимодействии с плазмой крови и имеют весьма ограниченное применение in vivo.