Study of the translocation mechanisms of the cell-penetrating peptide Penetratin on droplet interface bilayers

Les peptides vecteurs se caractérisent par leur capacité à traverser les membranes cellulaires. Ils peuvent transporter des cargaisons au sein des cellules avec une faible cytotoxicité et présentent donc un intérêt particulier pour la délivrance de molécules bioactives. Leur internalisation a lieu par endocytose et translocation directe. Bien que des partenaires d’interaction de la membrane plasmique aient été identifiés, les mécanismes moléculaires de la translocation directe restent hypothétiques et les structures clés de ces mécanismes n’ont pu être clairement identifiées. Nous avons étudié la translocation du peptide vecteur Pénétratine sur un modèle original de membranes formées à l’interface de gouttes. Nos expériences ont montré que la translocation revêt un caractère coopératif et stochastique et est dépendante de la présence de lipides anioniques nécessaires au recrutement du peptide et à sa traversée. Cependant, la nature de la tête polaire des lipides anioniques a un impact sur la translocation et le recrutement du peptide par ces lipides est une condition nécessaire mais non suffisante à la translocation. Celle-ci est favorisée en présence de lipides POPG mais pas en présence de lipides POPS. Les expériences sur bicouches asymétriques ont également montré que le feuillet distal est impliqué dans ce processus. Le potentiel de membrane en présence de Pénétratine a été étudié afin de dégager des pistes de description de la déstabilisation de la bicouche. En parallèle, nous nous sommes penchés sur le développement d’une puce microfluidique pour la formation et le piégeage des membranes afin d’obtenir une plateforme performante pour l’étude des peptides vecteurs.Cell-penetrating peptides can cross cell membranes and deliver biologically active molecules into cells with a limited cytotoxycity. They are internalized by endocytic pathways as well as by direct translocation. Although interaction partners of the plasma membrane have been identified, the molecular mechanisms of the direct translocation pathway remain hypothetical and the key structures of these mechanisms are not clearly identified. We studied the translocation of the cell-penetrating peptide Penetratin on membrane models formed at the droplets interface. Our experiments demonstrated a stochastic and cooperative character of the translocation process. The presence of anionic lipids is crucial for the recruitment of the peptide and its translocation. However, the nature of the anionic polar head group of lipids dictates the favourability of the bilayer crossing. Indeed, translocation was observed on POPG bilayers but not on POPS bilayers. Experiments on asymmetric bilayers showed that the composition of the distal leaflet is decisive for the translocation. Investigation on the membrane potential in the presence of Penetratin was studied in order to obtain insights into the bilayer destabilisation. Finally, a last approach consists in developing a microfluidic chip to obtain a high-performance platform for the study of cell-penetrating peptides