Universität zu Köln

Peptide-mediated oligonucleotide delivery into eucaryotic cells

Natividad-Tietz, Stephanie (2016) Peptide-mediated oligonucleotide delivery into eucaryotic cells. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    Nukleinsäuren sind viel versprechende Moleküle um genetisch bedingte Erkrankungen zu behandeln. Die unzureichende Serumstabilität und die schlechte Zellaufnahme aufgrund des hohen Molekulargewichts, der negativen Ladung und des hydrophilen Charakters der Nukleinsäure, erschweren jedoch die klinischen Anwendungen. Des Weiteren müssen bevor die Nukleinsäuren einem Patienten verabreicht werden können, geeignete in vitro-Systeme entwickelt werden, um die Auswirkungen der Nukleinsäure auf die Zellen zu untersuchen. Daher wurden zahlreiche virale als auch nicht-virale Transportsysteme entwickelt, um den Transport der therapeutischen Nukleinsäuren in die Zellen zu erleichtern. Da jedoch die Anwendung von viralen Vektoren mit vielen Nachteilen verbunden ist, werden nicht-virale Transportsysteme mit einem guten Wirkungsgrad und einer geringen Toxizität dringend benötigt. In den letzten Jahren sind sogenannte zellpenetrierende Peptide (cell penetrating peptides, CPP) als effektive, nicht-virale Vektoren für den Nukleinsäure-Transfer in den Fokus der Forschung getreten. Sie sind in der Lage, Moleküle in das Zellinnere zu transportieren, welche aufgrund ihrer Ladung, Größe und Hydrophilie normalerweise nicht die Zellmembran passieren können. Ziel dieser Arbeit war die Etablierung von geeigneten in vitro-Systemen sowie die Entwicklung von neuen peptid-basierten Transportmolekülen, die über eine nicht-kovalente Verbindung in der Lage sind, die Nukleinsäuren in die Zellen zu transportieren. Hierfür wurden verschiedene CPPs im Hinblick auf ihre Transportfähigkeit für Forschungsbereiche untersucht, die noch geeignete Transporter benötigen. Die untersuchten CPPs wurden sowohl von dem humanen Calcitonin (hCT) als auch von dem kationischen antimikrobiellen Peptid CAP18 (sC18) abgeleitet. Die in dieser Arbeit untersuchten CPPs waren in der Lage, Nukleinsäuren erfolgreich in verschiedene Zelllinien (MCF-7, HEK-293 und hTERT RPE-1) zu transportierten, ohne dabei die Vitalität der Zellen zu beeinflussen. Des Weiteren konnte für das CPP N-E5L-hCT(18-32)-k7 eine bemerkenswert hohe Transfektions-Effizienz erzielt werden, nachdem nicht-differenzierte hTERT RPE-1 Zellen damit transfiziert wurden. Die Effizienz überschritt sogar die von Lipofectamin, welches als positiv Kontrolle verwendet wurde. CPP N-E5L-hCT(18-32)-k7 war zudem in der Lage in einzellige Protisten (Choanoflagellate) zu internalisieren.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Nucleic acids are promising molecules to treat genetic diseases in the field of molecular medicine. However, the clinical application is still restricted due to low serum stability and poor cellular uptake resulting from the high molecular weight, the negative charges and the hydrophilic character of the nucleic acids. Furthermore, before applying the nucleic acid to a patient, the generation of appropriate in vitro systems are mandatory to study the impact of the nucleic acid on the cells. Therefore, many viral and non-viral systems have been developed to facilitate the transfer of the nucleic acid across the cell membrane. Hence, the development of nucleic acid carriers with good efficiency and low toxicity are strongly needed. Among all available non-viral delivery systems, cell-penetrating peptides (CPPs) emerged as versatile carriers to deliver a wide range of cargoes into a large spectrum of different cell types in vitro as well as in vivo. This thesis focuses on the development of appropriate in vitro systems and novel peptide-based vectors that can be utilized for intracellular delivery of nucleic acids through non-covalent nanoparticle formation. For this purpose, different CPPs derived from the human peptide hormone calcitonin (hCT) and additionally from the C-terminal domain of the cationic antimicrobial peptide CAP18 (sC18), were investigated concerning their ability to act as transporters in different fields of research that still need novel methods for gene modulation. As a result of this thesis, the herein presented cell-penetrating peptides were able to transport nucleic acids into different cell lines (MCF-7, HEK-293 and hTERT RPE-1) without inducing cytotoxicity. Furthermore, remarkebly high transfection rates of non-differentiated hTERT RPE-1 cells could be obtained for the CPP N-E5L-hCT(18-32)-k7, even exceeding the results obtained by lipofection. Besides, N-E5L-hCT(18-32)-k7 was able to translocate into small single-cell protists (choanoflagellates).English
    Creators:
    CreatorsEmail
    Natividad-Tietz, Stephaniesnativid@uni-koeln.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-68227
    Subjects: Chemistry and allied sciences
    Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Cell-penetrating peptidesUNSPECIFIED
    ChoanoflagellateUNSPECIFIED
    RPE cellsUNSPECIFIED
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Institut für Biochemie
    Language: English
    Date: 2016
    Date Type: Publication
    Date of oral exam: June 2016
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 28 Jun 2016 14:08:02
    Referee
    NameAcademic Title
    Neundorf, InesProf. Dr.
    Arndt, HartmutProf. Dr.
    Schmidt, AnnetteProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/6822

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