Organelle-Mediated Dissipative Self-Assembly of Peptides in Living Cells

化学 线粒体 细胞器 耗散系统 内化 谷胱甘肽 生物物理学 自组装 细胞生物学 细胞质 细胞内 生物化学 细胞 生物 物理 有机化学 量子力学
作者
Hao Wang,Yanqiu Song,Weishu Wang,Ninglin Chen,Binbin Hu,Xin Liu,Zeyu Zhang,Zhilin Yu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:146 (1): 330-341 被引量:33
标识
DOI:10.1021/jacs.3c09202
摘要

Implementing dissipative assembly in living systems is meaningful for creation of living materials or even artificial life. However, intracellular dissipative assembly remains scarce and is significantly impeded by the challenges lying in precisely operating chemical reaction cycles under complex physiological conditions. Here, we develop organelle-mediated dissipative self-assembly of peptides in living cells fueled by GSH, via the design of a mitochondrion-targeting and redox-responsive hexapeptide. While the hexapeptide undergoes efficient redox-responsive self-assembly, the addition of GSH into the peptide solution in the presence of mitochondrion-biomimetic liposomes containing hydrogen peroxide allows for transient assembly of peptides. Internalization of the peptide by LPS-stimulated macrophages leads to the self-assembly of the peptide driven by GSH reduction and the association of the peptide assemblies with mitochondria. The association facilitates reversible oxidation of the reduced peptide by mitochondrion-residing ROS and thereby dissociates the peptide from mitochondria to re-enter the cytoplasm for GSH reduction. The metastable peptide-mitochondrion complexes prevent the thermodynamically equilibrated self-assembly, thus establishing dissipative assembly of peptides in stimulated macrophages. The entire dissipative self-assembling process allows for elimination of elevated ROS and decrease of pro-inflammatory cytokine expression. Creating dissipative self-assembling systems assisted by internal structures provides new avenues for the development of living materials or medical agents in the future.
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