Cell Permeable Stapled Peptide Inhibitor of Wnt Signaling that Targets β-Catenin Protein-Protein Interactions

Abstract

The Wnt signaling pathway plays a critical role in cell proliferation and differentiation, thus it is often associated with diseases such as cancers. Unfortunately, although attractive, developing anti-cancer strategy targeting Wnt signaling has been challenging given that the most attractive targets are involved in protein-protein interactions (PPIs). Here, we develop a stapled peptide inhibitor that targets the interaction between β-catenin and T cell factor/lymphoid enhancer-binding factor transcription factors, which are crucially involved in Wnt signaling. Our integrative approach combines peptide stapling to optimize proteolytic stability, with lessons learned from cell-penetrating peptide (CPP) design to maximize cellular uptake resulting in NLS-StAx-h, a selective, cell permeable, stapled peptide inhibitor of oncogenic Wnt signaling that efficiently inhibits β-catenin-transcription factor interactions. We expect that this type of integrative strategy that endows stapled peptides with CPP features will be generally useful for developing inhibitors of intracellular PPIs.

Neue Methoden und Designprinzipien für zellgängige Peptide

“…Beispielsweise wurde gezeigt, dass die Fixierung der Zellen vor der mikroskopischen Analyse Artefakte hervorbringt, einschließlich der Umverteilung farbstoffmarkierter Peptide. [22,113,152] Diese bringt den hohen Durchsatz und die Quantifizierungsmçglichkeiten mit sich, die der Mikroskopie fehlen, allerdings kann Durchflusszytometrie nicht einmal eine qualitative Analyse der subzellulären Lokalisierung liefern. Erstens erfordert sie die Anbindung eines großen, hydrophoben Farbstoffs an das interessierende Molekül.…”

“…[15][16][17] Intensive Studien galten dem Verständnis der chemischen und biophysikalischen Eigenschaften, welche die Internalisierung von CPPs beeinflussen. [19][20][21][22] Die Zusammenhänge zwischen Struktur und Penetration von CPPs sind zwar hilfreiche Anhaltspunkte,die tatsächliche Effizienz eines spezifischen CPP-Fracht-Konjugats bleibt jedoch schwer vorhersehbar.F ürv erschiedene Arten von molekularen Frachten, Fluorophoren und anderen ankonjugierten Gruppen wurde gezeigt, dass sie die Aufnahmemechanismen, subzelluläre Lokalisierung und Toxizitätb eeinflussen. [17][18][19] Spätere Studien zeigten, dass Guanidingruppen bei der Zellaufnahme eine wichtige Rolle spielen, da sie Zellmembrankomponenten und Sulfat-Proteoglykane binden.…”

“…[105][106][107] Eine Reihe von chemischen Methoden wurde zur Herstellung von zellgängigen geklammerten Peptiden genutzt, darunter Ringschlussmetathese,C ysteinalkylierung,C ysteinarylierung,A lkin-Azid-Cycloaddition und Lactambildung. [22,63] In einer weiteren Arbeit wurde gezeigt, dass auch die direkte Anbindung eines Pentaarginin-Motivs an Kohlenwasserstoff-geklammerte Helices deren Aufnahme in das Zytosol verbessern kann. Die zellgängigsten geklammerten Peptide besitzen Klammern aus reinen Kohlenwasserstoff-oder anderen hydrophoben Gruppen, während hydrophile Klammern wie Lactame im Allgemeinen die Zellpenetration reduzieren.…”

“…Strukturaktivitätsdaten offenbarten, dass die effizientesten CPPs einen spezifischen dreidimensionalen Aufbau von kationischen und hydrophoben Gruppen aufweisen. [19][20][21][22] Die Zusammenhänge zwischen Struktur und Penetration von CPPs sind zwar hilfreiche Anhaltspunkte,die tatsächliche Effizienz eines spezifischen CPP-Fracht-Konjugats bleibt jedoch schwer vorhersehbar.F ürv erschiedene Arten von molekularen Frachten, Fluorophoren und anderen ankonjugierten Gruppen wurde gezeigt, dass sie die Aufnahmemechanismen, subzelluläre Lokalisierung und Toxizitätb eeinflussen. Eine besonders aufschlussreiche Studie von Ottinger und Mitarbeitern ergab,dass eine C-terminale Fusion negativ geladener Sequenzen mit Polyarginin zu einer vesikulären Lokalisierung führte,i mG egensatz zu den freien CPPs,d ie eine vermehrte zytosolische Lokalisierung aufwiesen.…”

“…[123] Grossmann und Mitarbeiter dekorierten eine zellgängige geklammerte Helix mit Arginin und nicht-natürlichen Argininanaloga und konnten eine Struktur-Aktivitäts-Beziehung ermitteln, die Hinweise darauf gibt, wie Hydrophobie und positive Ladungen kooperativ die Zellaufnahme verbessern kçnnten. [22,63] In einer weiteren Arbeit wurde gezeigt, dass auch die direkte Anbindung eines Pentaarginin-Motivs an Kohlenwasserstoff-geklammerte Helices deren Aufnahme in das Zytosol verbessern kann. [124] Interessant ist, dass in allen oben angeführten Beispielen die Klammer normalerweise die Helixstruktur stabilisiert und die Ausprägung der Helixstruktur mit der Zellaufnahme korreliert (zumindest bis zu einem gewissen Punkt;s iehe Abschnitt 3).…”