Cationic and amphipathic cell-penetrating peptides (CPPs): Their structures and in vivo studies in drug delivery

Jennica L. Zaro , Wei-Chiang Shen

Front. Chem. Sci. Eng. ›› 2015, Vol. 9 ›› Issue (4) : 407 -427.

PDF (845KB)
Front. Chem. Sci. Eng. ›› 2015, Vol. 9 ›› Issue (4) : 407 -427. DOI: 10.1007/s11705-015-1538-y
REVIEW ARTICLE
REVIEW ARTICLE

Cationic and amphipathic cell-penetrating peptides (CPPs): Their structures and in vivo studies in drug delivery

Author information +
History +
PDF (845KB)

Abstract

Over the past few decades, cell penetrating peptides (CPPs) have become an important class of drug carriers for small molecules, proteins, genes and nanoparticle systems. CPPs represent a very diverse set of short peptide sequences (10‒30 amino acids), generally classified as cationic or amphipathic, with various mechanisms in cellular internalization. In this review, a more comprehensive assessment of the chemical structural characteristics, including net cationic charge, hydrophobicity and helicity was assembled for a large set of commonly used CPPs, and compared to results from numerous in vivo drug delivery studies. This detailed information can aid in the design and selection of effective CPPs for use as transport carriers in the delivery of different types of drug for therapeutic applications.

Graphical abstract

Keywords

cell penetrating peptides / amphipathic peptides / drug delivery

Cite this article

Download citation ▾
Jennica L. Zaro, Wei-Chiang Shen. Cationic and amphipathic cell-penetrating peptides (CPPs): Their structures and in vivo studies in drug delivery. Front. Chem. Sci. Eng., 2015, 9(4): 407-427 DOI:10.1007/s11705-015-1538-y

登录浏览全文

4963

注册一个新账户 忘记密码

References

[1]

Green MLoewenstein P M. Autonomous functional domains of chemically synthesized human immunodeficiency virus tat trans-activator protein. Cell198855(6): 1179–1188

[2]

Frankel A DPabo C O. Cellular uptake of the tat protein from human immunodeficiency virus. Cell198855(6): 1189–1193

[3]

Patel L NZaro J LShen W C. Cell penetrating peptides: Intracellular pathways and pharmaceutical perspectives. Pharmaceutical Research200724(11): 1977–1992

[4]

Vasconcelos LMadani FArukuusk PParnaste LGraslund ALangel U. Effects of cargo molecules on membrane perturbation caused by transportan10 based cell-penetrating peptides. Biochimica et Biophysica Acta20141838(12): 3118–3129

[5]

Grdisa M. The delivery of biologically active (therapeutic) peptides and proteins into cells. Current Medicinal Chemistry201118(9): 1373–1379

[6]

Dietz G PBahr M. Delivery of bioactive molecules into the cell: The Trojan horse approach. Molecular and Cellular Neurosciences200427(2): 85–131

[7]

Copolovici D MLangel KEriste ELangel U. Cell-penetrating peptides: Design, synthesis, and applications. ACS Nano20148(3): 1972–1994

[8]

Bechinger BAisenbrey C. The polymorphic nature of membrane-active peptides from biophysical and structural investigations. Current Protein & Peptide Science201213(7): 602–610

[9]

El-Andaloussi SHolm TLangel U. Cell-penetrating peptides: Mechanisms and applications. Current Pharmaceutical Design200511(28): 3597–3611

[10]

Walrant ABechara CAlves I DSagan S. Molecular partners for interaction and cell internalization of cell-penetrating peptides: How identical are they? Nanomedicine (London)20127(1): 133–143

[11]

Lewis H DHusain ADonnelly R JBarlos DRiaz SGinjupalli KShodeinde ABarton B E. Creation of a novel peptide with enhanced nuclear localization in prostate and pancreatic cancer cell lines. BMC Biotechnology201010(1): 79

[12]

Ragin A DMorgan R AChmielewski J. Cellular import mediated by nuclear localization signal peptide sequences. Chemistry & Biology20029(8): 943–948

[13]

Sadler KEom K DYang J LDimitrova YTam J P. Translocating proline-rich peptides from the antimicrobial peptide bactenecin 7. Biochemistry200241(48): 14150–14157

[14]

Jha DMishra RGottschalk SWiesmuller K HUgurbil KMaier M EEngelmann J. CyLoP-1: A novel cysteine-rich cell-penetrating peptide for cytosolic delivery of cargoes. Bioconjugate Chemistry201122(3): 319–328

[15]

De Coupade CFittipaldi AChagnas VMichel MCarlier STasciotti EDarmon ARavel DKearsey JGiacca MCailler F. Novel human-derived cell-penetrating peptides for specific subcellular delivery of therapeutic biomolecules. Biochemical Journal2005390(2): 407–418

[16]

Futaki SSuzuki TOhashi WYagami TTanaka SUeda KSugiura Y. Arginine-rich peptides. An abundant source of membrane-permeable peptides having potential as carriers for intracellular protein delivery. Journal of Biological Chemistry2001276(8): 5836–5858

[17]

Nakase IHirose HTanaka GTadokoro AKobayashi STakeuchi TFutaki S. Cell-surface accumulation of flock house virus-derived peptide leads to efficient internalization via macropinocytosis. Molecular Therapy200917(11): 1868–1876

[18]

Langedijk J POlijhoek TSchut DAutar RMeloen R H. New transport peptides broaden the horizon of applications for peptidic pharmaceuticals. Molecular Diversity20048(2): 101–111

[19]

Bong D TSteinem CJanshoff AJohnson J EReza Ghadiri M. A highly membrane-active peptide in Flock House virus: Implications for the mechanism of nodavirus infection. Chemistry & Biology19996(7): 473–481

[20]

Bertrand J RMalvy CAuguste TToth G KKiss-Ivankovits OIllyes EHollosi MBottka SLaczko I. Synthesis and studies on cell-penetrating peptides. Bioconjugate Chemistry200920(7): 1307–1314

[21]

Trehin RKrauss UBeck-Sickinger A GMerkle H PNielsen H M. Cellular uptake but low permeation of human calcitonin-derived cell penetrating peptides and Tat(47-57) through well-differentiated epithelial models. Pharmaceutical Research200421(7): 1248–1256

[22]

Cascales LHenriques S TKerr M CHuang Y HSweet M JDaly N LCraik D J. Identification and characterization of a new family of cell-penetrating peptides: Cyclic cell-penetrating peptides. Journal of Biological Chemistry2011286(42): 36932–36943

[23]

Thoren P EPersson DIsakson PGoksor MOnfelt ANorden B. Uptake of analogs of penetratin, Tat(48-60) and oligoarginine in live cells. Biochemical and Biophysical Research Communications2003307(1): 100–107

[24]

Fischer P MZhelev N ZWang SMelville J EFahraeus RLane D P. Structure-activity relationship of truncated and substituted analogues of the intracellular delivery vector Penetratin. Journal of Peptide Research200055(2): 163–172

[25]

Derossi DCalvet STrembleau ABrunissen AChassaing GProchiantz A. Cell internalization of the third helix of the Antennapedia homeodomain is receptor-independent. Journal of Biological Chemistry1996271(30): 18188–18193

[26]

El-Andaloussi SJohansson H JHolm TLangel U. A novel cell-penetrating peptide, M918, for efficient delivery of proteins and peptide nucleic acids. Molecular Therapy200715(10): 1820–1826

[27]

Duchardt FRuttekolk I RVerdurmen W PLortat-Jacob HBurck JHufnagel HFischer Rvan den Heuvel MLowik D WVuister G WUlrich Ade Waard MBrock R. A cell-penetrating peptide derived from human lactoferrin with conformation-dependent uptake efficiency. Journal of Biological Chemistry2009284(52): 36099–36108

[28]

Scheller AOehlke JWiesner BDathe MKrause EBeyermann MMelzig MBienert M. Structural requirements for cellular uptake of alpha-helical amphipathic peptides. Journal of Peptide Science19995(4): 185–194

[29]

Jones S WChristison RBundell KVoyce C JBrockbank S MNewham PLindsay M A. Characterisation of cell-penetrating peptide-mediated peptide delivery. British Journal of Pharmacology2005145(8): 1093–1102

[30]

Verdurmen W PBovee-Geurts P HWadhwani PUlrich A SHallbrink Mvan Kuppevelt T HBrock R. Preferential uptake of L-versus D-amino acid cell-penetrating peptides in a cell type-dependent manner. Chemistry & Biology201118(8): 1000–1010

[31]

Drin GCottin SBlanc ERees A RTemsamani J. Studies on the internalization mechanism of cationic cell-penetrating peptides. Journal of Biological Chemistry2003278(33): 31192–31201

[32]

Kilk KMagzoub MPooga MEriksson L ELangel UGraslund A. Cellular internalization of a cargo complex with a novel peptide derived from the third helix of the islet-1 homeodomain. Comparison with the penetratin peptide. Bioconjugate Chemistry200112(6): 911–916

[33]

Han KJeon M JKim K APark JChoi S Y. Efficient intracellular delivery of GFP by homeodomains of Drosophila Fushi-tarazu and Engrailed proteins. Molecules and Cells200010(6): 728–732

[34]

Elmquist AHansen MLangel U. Structure-activity relationship study of the cell-penetrating peptide pVEC. Biochimica et Biophysica Acta20061758(6): 721–729

[35]

Wender P AMitchell D JPattabiraman KPelkey E TSteinman LRothbard J B. The design, synthesis, and evaluation of molecules that enable or enhance cellular uptake: Peptoid molecular transporters. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America200097(24): 13003–13008

[36]

Kamide KNakakubo HUno SFukamizu A. Isolation of novel cell-penetrating peptides from a random peptide library using in vitro virus and their modifications. International Journal of Molecular Medicine201025(1): 41–51

[37]

Takeshima KChikushi ALee K KYonehara SMatsuzaki K. Translocation of analogues of the antimicrobial peptides magainin and buforin across human cell membranes. Journal of Biological Chemistry2003278(2): 1310–1315

[38]

Richard J PMelikov KVives ERamos CVerbeure BGait M JChernomordik L VLebleu B. Cell-penetrating peptides. A reevaluation of the mechanism of cellular uptake. Journal of Biological Chemistry2003278(1): 585–590

[39]

Vives EBrodin PLebleu B. A truncated HIV-1 Tat protein basic domain rapidly translocates through the plasma membrane and accumulates in the cell nucleus. Journal of Biological Chemistry1997272(25): 16010–16017

[40]

Hariton-Gazal EFeder RMor AGraessmann ABrack-Werner RJans DGilon CLoyter A. Targeting of nonkaryophilic cell-permeable peptides into the nuclei of intact cells by covalently attached nuclear localization signals. Biochemistry200241(29): 9208–9214

[41]

Patel L NWang JKim K JBorok ZCrandall E DShen W C. Conjugation with cationic cell-penetrating peptide increases pulmonary absorption of insulin. Molecular Pharmaceutics20096(2): 492–503

[42]

Zaro J LShen W C. Quantitative comparison of membrane transduction and endocytosis of oligopeptides. Biochemical and Biophysical Research Communications2003307(2): 241–247

[43]

Zaro J LShen W C. Evidence that membrane transduction of oligoarginine does not require vesicle formation. Experimental Cell Research2005307(1): 164–173

[44]

Park Y JChang L CLiang J FMoon CChung C PYang V C. Nontoxic membrane translocation peptide from protamine, low molecular weight protamine (LMWP), for enhanced intracellular protein delivery: in vitro and in vivo study. FASEB Journal200519(11): 1555–1557

[45]

Wu F LYeh T HChen Y LChiu Y CCheng J CWei M FShen L J. Intracellular delivery of recombinant arginine deiminase (rADI) by heparin-binding hemagglutinin adhesion peptide restores sensitivity in rADI-resistant cancer cells. Molecular Pharmaceutics201411(8): 2777–2786

[46]

Yang ZJiang ZCao ZZhang CGao DLuo XZhang XLuo HJiang QLiu J. Multifunctional non-viral gene vectors with enhanced stability, improved cellular and nuclear uptake capability, and increased transfection efficiency. Nanoscale20146(17): 10193–10206

[47]

Morris M CDepollier JMery JHeitz FDivita G. A peptide carrier for the delivery of biologically active proteins into mammalian cells. Nature Biotechnology200119(12): 1173–1176

[48]

Kurzawa LPellerano MMorris M C. PEP and CADY-mediated delivery of fluorescent peptides and proteins into living cells. Biochimica et Biophysica Acta20101798(12): 2274–2285

[49]

Lin Y ZYao S YVeach R ATorgerson T RHawiger J. Inhibition of nuclear translocation of transcription factor NF-kappa B by a synthetic peptide containing a cell membrane-permeable motif and nuclear localization sequence. Journal of Biological Chemistry1995270(24): 14255–14258

[50]

Soomets ULindgren MGallet XHallbrink MElmquist ABalaspiri LZorko MPooga MBrasseur RLangel U. Deletion analogues of transportan. Biochimica et Biophysica Acta20001467(1): 165–176

[51]

Kobayashi SNakase IKawabata NYu H HPujals SImanishi MGiralt EFutaki S. Cytosolic targeting of macromolecules using a pH-dependent fusogenic peptide in combination with cationic liposomes. Bioconjugate Chemistry200920(5): 953–959

[52]

El-Sayed AFutaki SHarashima H. Delivery of macromolecules using arginine-rich cell-penetrating peptides: Ways to overcome endosomal entrapment. AAPS Journal200911(1): 13–22

[53]

Wyman T BNicol FZelphati OScaria P VPlank CSzoka F C J. Design, synthesis, and characterization of a cationic peptide that binds to nucleic acids and permeabilizes bilayers. Biochemistry199736(10): 3008–3017

[54]

Wada STsuda HOkada TUrata H. Cellular uptake of aib-containing amphipathic helix peptide. Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters201121(19): 5688–5691

[55]

Zaro J LVekich J ETran TShen W C. Nuclear localization of cell-penetrating peptides is dependent on endocytosis rather than cytosolic delivery in CHO cells. Molecular Pharmaceutics20096(2): 337–344

[56]

Gomez J AChen JNgo JHajkova DYeh I JGama VMiyagi MMatsuyama S. Cell-penetrating penta-peptides (CPP5s): Measurement of cell entry and protein-transduction activity. Pharmaceuticals (Basel, Switzerland)20103(12): 3594–3613

[57]

Fretz M MPenning N AAl-Taei SFutaki STakeuchi TNakase IStorm GJones A T. Temperature, concentration- and cholesterol-dependent translocation of L- and D-octa-arginine across the plasma and nuclear membrane of CD34+ leukaemia cells. Biochemical Journal2007403(2): 335–342

[58]

Zaro J LRajapaksa T EOkamoto C TShen W C. Membrane transduction of oligoarginine in HeLa cells is not mediated by macropinocytosis. Molecular Pharmaceutics20063(2): 181–186

[59]

Cohen-Avrahami MLibster DAserin AGarti N. Sodium diclofenac and cell-penetrating peptides embedded in H(II) mesophases: Physical characterization and delivery. Journal of Physical Chemistry B2011115(34): 10189–10197

[60]

Sheng JOyler GZhou BJanda KShoemaker C B. Identification and characterization of a novel cell-penetrating peptide. Biochemical and Biophysical Research Communications2009382(2): 236–240

[61]

Shen W CRyser H J. Conjugation of poly-L-lysine to albumin and horseradish peroxidase: A novel method of enhancing the cellular uptake of proteins. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America197875(4): 1872–1876

[62]

Ryser H JShen W CMerk F B. Membrane transport of macromolecules: New carrier functions of proteins and poly(amino acids). Life Sciences197822(13–15): 1253–1260

[63]

Pardridge W MBuciak J LKang Y SBoado R J. Protamine-mediated transport of albumin into brain and other organs of the rat. Binding and endocytosis of protamine-albumin complex by microvascular endothelium. Journal of Clinical Investigation199392(5): 2224–2229

[64]

Wu G YWu C H. Evidence for targeted gene delivery to Hep G2 hepatoma cells in vitroBiochemistry198827(3): 887–892

[65]

Cotten MLangle-Rouault FKirlappos HWagner EMechtler KZenke MBeug HBirnstiel M L. Transferrin-polycation-mediated introduction of DNA into human leukemic cells: Stimulation by agents that affect the survival of transfected DNA or modulate transferrin receptor levels. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America199087(11): 4033–4037

[66]

Ryser H JShen W C. Conjugation of methotrexate to poly(L-lysine) increases drug transport and overcomes drug resistance in cultured cells. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America197875(8): 3867–3870

[67]

Shen W CRyser H J. Poly (L-lysine) and poly (D-lysine) conjugates of methotrexate: Different inhibitory effect on drug resistant cells. Molecular Pharmacology197916(2): 614–622

[68]

Ryser H JShen W C. Conjugation of methotrexate to poly (L-lysine) as a potential way to overcome drug resistance. Cancer198045(5 Suppl): 1207–1211

[69]

Han KJeon M JKim S HKi DBahn J HLee K SPark JChoi S Y. Efficient intracellular delivery of an exogenous protein GFP with genetically fused basic oligopeptides. Molecules and Cells200112(2): 267–271

[70]

Rothbard J BJessop T CLewis R SMurray B AWender P A. Role of membrane potential and hydrogen bonding in the mechanism of translocation of guanidinium-rich peptides into cells. Journal of the American Chemical Society2004126(31): 9506–9507

[71]

Goncalves EKitas ESeelig J. Binding of oligoarginine to membrane lipids and heparan sulfate: Structural and thermodynamic characterization of a cell-penetrating peptide. Biochemistry200544(7): 2692–2702

[72]

Gelman R AGlaser D NBlackwell J. Interaction between chondroitin-6-sulfate and poly-L-arginine in aqueous solution. Biopolymers197312(6): 1223–1232

[73]

Richard J PMelikov KBrooks HPrevot PLebleu BChernomordik L V. Cellular uptake of unconjugated TAT peptide involves clathrin-dependent endocytosis and heparan sulfate receptors. Journal of Biological Chemistry2005280(15): 15300–15306

[74]

Jiao C YDelaroche DBurlina FAlves I DChassaing GSagan S. Translocation and endocytosis for cell-penetrating peptide internalization. Journal of Biological Chemistry2009284(49): 33957–33965

[75]

Zaro J LShen W C. Cytosolic delivery of a p16-peptide oligoarginine conjugate for inhibiting proliferation of MCF7 cells. Journal of Controlled Release2005108(2–3): 409–417

[76]

Fei LRen LZaro J LShen W C. The influence of net charge and charge distribution on cellular uptake and cytosolic localization of arginine-rich peptides. Journal of Drug Targeting201119(8): 675–680

[77]

Law MJafari MChen P. Physicochemical characterization of siRNA-peptide complexes. Biotechnology Progress200824(4): 957–963

[78]

Pace C NScholtz J M. A helix propensity scale based on experimental studies of peptides and proteins. Biophysical Journal199875(1): 422–442, 7

[79]

Hong MSu Y. Structure and dynamics of cationic membrane peptides and proteins: Insights from solid-state NMR. Protein Science201120(4): 641–655

[80]

Di Pisa MChassaing GSwiecicki J M. Translocation mechanism(s) of cell-penetrating peptides: Biophysical studies using artificial membrane bilayers. Biochemistry201554(2): 194–207

[81]

Gelman R ABlackwell J. Heparin-polypeptide interactions in aqueous solution. Archives of Biochemistry and Biophysics1973159(1): 427–433

[82]

Shen W CRyser H J. Poly(L-lysine) has different membrane transport and drug-carrier properties when complexed with heparin. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America198178(12): 7589–7593

[83]

Su YDoherty TWaring A JRuchala PHong M. Roles of arginine and lysine residues in the translocation of a cell-penetrating peptide from (13)C, (31)P, and (19)F solid-state NMR. Biochemistry200948(21): 4587–4595

[84]

Clark K SSvetlovics JMcKeown A NHuskins LAlmeida P F. What determines the activity of antimicrobial and cytolytic peptides in model membranes. Biochemistry201150(37): 7919–7932

[85]

Alves I DGoasdoue NCorreia IAubry SGalanth CSagan SLavielle SChassaing G. Membrane interaction and perturbation mechanisms induced by two cationic cell penetrating peptides with distinct charge distribution. Biochimica et Biophysica Acta20081780(7–8): 948–959

[86]

Derossi DJoliot A HChassaing GProchiantz A. The third helix of the Antennapedia homeodomain translocates through biological membranes. Journal of Biological Chemistry1994269(14): 10444–10450

[87]

Kaplan I MWadia J SDowdy S F. Cationic TAT peptide transduction domain enters cells by macropinocytosis. Journal of Controlled Release2005102(1): 247–253

[88]

Wadia J SStan R VDowdy S F. Transducible TAT-HA fusogenic peptide enhances escape of TAT-fusion proteins after lipid raft macropinocytosis. Nature Medicine200410(3): 310–315

[89]

Yesylevskyy SMarrink S JMark A E. Alternative mechanisms for the interaction of the cell-penetrating peptides penetratin and the TAT peptide with lipid bilayers. Biophysical Journal200997(1): 40–49

[90]

Fittipaldi AFerrari AZoppe MArcangeli CPellegrini VBeltram FGiacca M. Cell membrane lipid rafts mediate caveolar endocytosis of HIV-1 Tat fusion proteins. Journal of Biological Chemistry2003278(36): 34141–34149

[91]

Ferrari M ENguyen C MZelphati OTsai YFelgner P L. Analytical methods for the characterization of cationic lipid-nucleic acid complexes. Human Gene Therapy19989(3): 341–351

[92]

Qian ZLaRochelle J RJiang BLian WHard R LSelner N GLuechapanichkul RBarrios A MPei D. Early endosomal escape of a cyclic cell-penetrating peptide allows effective cytosolic cargo delivery. Biochemistry201453(24): 4034–4046

[93]

Lundberg PEl-Andaloussi SSutlu TJohansson HLangel U. Delivery of short interfering RNA using endosomolytic cell-penetrating peptides. FASEB Journal200721(11): 2664–2671

[94]

Yang S TZaitseva EChernomordik L VMelikov K. Cell-penetrating peptide induces leaky fusion of liposomes containing late endosome-specific anionic lipid. Biophysical Journal201099(8): 2525–2533

[95]

Deshayes SPlenat TCharnet PDivita GMolle GHeitz F. Formation of transmembrane ionic channels of primary amphipathic cell-penetrating peptides. Consequences on the mechanism of cell penetration. Biochimica et Biophysica Acta20061758(11): 1846–1851

[96]

Kenien RShen W CZaro J L. Vesicle-to-cytosol transport of disulfide-linked cargo mediated by an amphipathic cell-penetrating peptide. Journal of Drug Targeting201220(9): 793–800

[97]

Kenien RZaro J LShen W C. MAP-mediated nuclear delivery of a cargo protein. Journal of Drug Targeting201220(4): 329–337

[98]

Shai Y. Mechanism of the binding, insertion and destabilization of phospholipid bilayer membranes by α-helical antimicrobial and cell non-selective membrane-lytic peptides. Biochimica et Biophysica Acta19991462(1–2): 55–70

[99]

Matsuzaki KSugishita KMiyajima K. Interactions of an antimicrobial peptide, magainin 2, with lipopolysaccharide-containing liposomes as a model for outer membranes of gram-negative bacteria. FEBS Letters1999449(2–3): 221–224

[100]

Yang LHarroun T AWeiss T MDing LHuang H W. Barrel-stave model or toroidal model? A case study on melittin pores. Biophysical Journal200181(3): 1475–1485

[101]

Berlose J PConvert ODerossi DBrunissen AChassaing G. Conformational and associative behaviours of the third helix of antennapedia homeodomain in membrane-mimetic environments. European Journal of Biochemistry1996242(2): 372–386

[102]

Mor ANguyen V HDelfour AMigliore-Samour DNicolas P. Isolation, amino acid sequence, and synthesis of dermaseptin, a novel antimicrobial peptide of amphibian skin. Biochemistry199130(36): 8824–8830

[103]

Matsuzaki KMurase OFujii NMiyajima K. An antimicrobial peptide, magainin 2, induced rapid flip-flop of phospholipids coupled with pore formation and peptide translocation. Biochemistry199635(35): 11361–11368

[104]

Matsuzaki KMurase OFujii NMiyajima K. Translocation of a channel-forming antimicrobial peptide, magainin 2, across lipid bilayers by forming a pore. Biochemistry199534(19): 6521–6526

[105]

Ludtke S JHe KHeller W THarroun T AYang LHuang H W. Membrane pores induced by magainin. Biochemistry199635(43): 13723–13728

[106]

Brauner J WMendelsohn RPrendergast F G. Attenuated total reflectance Fourier transform infrared studies of the interaction of melittin, two fragments of melittin, and δ-hemolysin with phosphatidylcholines. Biochemistry198726(25): 8151–8158

[107]

Frey STamm L K. Orientation of melittin in phospholipid bilayers. A polarized attenuated total reflection infrared study. Biophysical Journal199160(4): 922–930

[108]

Mueller JKretzschmar IVolkmer RBoisguerin P. Comparison of cellular uptake using 22 CPPs in 4 different cell lines. Bioconjugate Chemistry200819(12): 2363–2374

[109]

Saar KLindgren MHansen MEiriksdottir EJiang YRosenthal-Aizman KSassian MLangel U. Cell-penetrating peptides: A comparative membrane toxicity study. Analytical Biochemistry2005345(1): 55–65

[110]

El-Andaloussi SJarver PJohansson H JLangel U. Cargo-dependent cytotoxicity and delivery efficacy of cell-penetrating peptides: A comparative study. Biochemical Journal2007407(2): 285–292

[111]

Rothbard J BJessop T CLewis R SMurray B AWender P A. Role of membrane potential and hydrogen bonding in the mechanism of translocation of guanidinium-rich peptides into cells. Journal of the American Chemical Society2004126(31): 9506–9507

[112]

Zaro J LShen W C. Quantitative comparison of membrane transduction and endocytosis of oligopeptides. Biochemical and Biophysical Research Communications2003307(2): 241–247

[113]

Zaro J LShen W C. Evidence that membrane transduction of oligoarginine does not require vesicle formation. Experimental Cell Research2005307(1): 164–173

[114]

Patel L NZaro J LShen W C. Cell penetrating peptides: Intracellular pathways and pharmaceutical perspectives. Pharmaceutical Research200724(11): 1977–1992

[115]

Sawant RTorchilin V. Intracellular transduction using cell-penetrating peptides. Molecular BioSystems20106(4): 628–640

[116]

Schmidt NMishra ALai G HWong G C L. Arginine-rich cell-penetrating peptides. FEBS Letters2010584(9): 1806–1813

[117]

Wender P AGalliher W CGoun E AJones L RPillow T H. The design of guanidinium-rich transporters and their internalization mechanisms. Advanced Drug Delivery Reviews200860(4–5): 452–472

[118]

Ziegler A. Thermodynamic studies and binding mechanisms of cell-penetrating peptides with lipids and glycosaminoglycans. Advanced Drug Delivery Reviews200860(4–5): 580–597

[119]

Jiao C YDelaroche DBurlina FAlves I DChassaing GSagan S. Translocation and endocytosis for cell-penetrating peptideinternalization. Journal of Biological Chemistry2009284(49): 33957–33965

[120]

Herbig M EWeller K MMerkle H P. Reviewing biophysical and cell biological methodologies in cell-penetrating peptide (CPP) research. Critical Reviews in Therapeutic Drug Carrier Systems200724(3): 203–255

[121]

Shen W C. Acid-sensitive dissociation between poly(lysine) and histamine-modified poly(glutamate) as a model for drug-releasing from carriers in endosomes. Biochimica et Biophysica Acta19901034(1): 122–124

[122]

Fei LYap L PConti P SShen W CZaro J L. Tumor targeting of a cell penetrating peptide by fusing with a pH-sensitive histidine-glutamate co-oligopeptide. Biomaterials201435(13): 4082–4087

[123]

Sun CShen W CTu JZaro J L. Interaction between cell-penetrating peptides and acid-sensitive anionic oligopeptides as a model for the design of targeted drug carriers. Molecular Pharmaceutics201411(5): 1583–1590

[124]

Olson E SAguilera T AJiang TEllies L GNguyen Q TWong E HGross L ATsien R YIn vivo characterization of activatable cell penetrating peptides for targeting protease activity in cancer. Integrative Biology: Quantitative Biosciences from Nano to Macro20091(5–6): 382–393

[125]

Savariar E NFelsen C NNashi NJiang TEllies L GSteinbach PTsien R YNguyen Q T. Real-time in vivo molecular detection of primary tumors and metastases with ratiometric activatable cell-penetrating peptides. Cancer Research201373(2): 855–864

[126]

Weinstain RSavariar E NFelsen C NTsien R YIn vivo targeting of hydrogen peroxide by activatable cell-penetrating peptides. Journal of the American Chemical Society2014136(3): 874–877

[127]

Lee S HCastagner BLeroux J C. Is there a future for cell-penetrating peptides in oligonucleotide delivery? European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics201385(1): 5–11

[128]

Crombez LAldrian-Herrada GKonate KNguyen Q NMcMaster G KBrasseur RHeitz FDivita G. A new potent secondary amphipathic cell-penetrating peptide for siRNA delivery into mammalian cells. Molecular Therapy200917(1): 95–103

[129]

Dubikovskaya E AThorne S HPillow T HContag C HWender P A. Overcoming multidrug resistance of small-molecule therapeutics through conjugation with releasable octaarginine transporters. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America2008105(34): 12128–12133

[130]

Liu HZhang WMa LFan LGao FNi JWang R. The improved blood-brain barrier permeability of endomorphin-1 using the cell-penetrating peptide synB3 with three different linkages. International Journal of Pharmaceutics2014476(1–2): 1–8

[131]

Hauff S JRaju S COrosco R KGross A MDiaz-Perez J ASavariar ENashi NHasselman JWhitney MMyers J NLippman S MTsien R YIdeker TNguyen Q T. Matrix-metalloproteinases in head and neck carcinoma-cancer genome atlas analysis and fluorescence imaging in mice. Otolaryngology- Head and Neck Surgery2014151(4): 612–618

[132]

Gotanda YWei F YHarada HOhta KNakamura KTomizawa KUshijima K. Efficient transduction of 11 poly-arginine peptide in an ischemic lesion of mouse brain. Journal of Stroke and Cerebrovascular Diseases201423(8): 2023–2030

[133]

van Duijnhoven S MRobillard M SHermann SKuhlmann M TSchafers MNicolay KGrull H. Imaging of MMP activity in postischemic cardiac remodeling using radiolabeled MMP-2/9 activatable peptide probes. Molecular Pharmaceutics201411(5): 1415–1423

[134]

Neundorf IRennert RFranke JKozle IBergmann R. Detailed analysis concerning the biodistribution and metabolism of human calcitonin-derived cell-penetrating peptides. Bioconjugate Chemistry200819(8): 1596–1603

[135]

Weiss H MWirz BSchweitzer AAmstutz RRodriguez Perez M IAndres HMetz YGardiner JSeebach D. ADME investigations of unnatural peptides: Distribution of a 14C-labeled β 3-octaarginine in rats. Chemistry & Biodiversity20074(7): 1413–1437

[136]

Sehgal ISibrian-Vazquez MVicente M G. Photoinduced cytotoxicity and biodistribution of prostate cancer cell-targeted porphyrins. Journal of Medicinal Chemistry200851(19): 6014–6020

[137]

Felsen C NSavariar E NWhitney MTsien R Y. Detection and monitoring of localized matrix metalloproteinase upregulation in a murine model of asthma. American Journal of Physiology. Lung Cellular and Molecular Physiology2014306(8): L764–L774

[138]

Michiue HSakurai YKondo NKitamatsu MBin FNakajima KHirota YKawabata SNishiki TOhmori ITomizawa KMiyatake SOno KMatsui H. The acceleration of boron neutron capture therapy using multi-linked mercaptoundecahydrododecaborate (BSH) fused cell-penetrating peptide. Biomaterials201435(10): 3396–3405

[139]

Temming R PEggermont Lvan Eldijk M Bvan Hest J Cvan Delft F LN-Terminal dual protein functionalization by strain-promoted alkyne-nitrone cycloaddition. Organic & Biomolecular Chemistry201311(17): 2772–2779

[140]

Shen W CRyser H J. Cis-Aconityl spacer between daunomycin and macromolecular carriers: A model of pH-sensitive linkage releasing drug from a lysosomotropic conjugate. Biochemical and Biophysical Research Communications1981102(3): 1048–1054

[141]

Walker LPerkins EKratz FRaucher D. Cell penetrating peptides fused to a thermally targeted biopolymer drug carrier improve the delivery and antitumor efficacy of an acid-sensitive doxorubicin derivative. International Journal of Pharmaceutics2012436(1–2): 825–832

[142]

Nakase IKonishi YUeda MSaji HFutaki S. Accumulation of arginine-rich cell-penetrating peptides in tumors and the potential for anticancer drug delivery in vivoJournal of Controlled Release2012159(2): 181–188

[143]

Vives E. Present and future of cell-penetrating peptide mediated delivery systems: Is the Trojan horse too wild to go only to Troy? Journal of Controlled Release2005109(1–3): 77–85

[144]

Vives ESchmidt JPelegrin A. Cell-penetrating and cell-targeting peptides in drug delivery. Biochimica et Biophysica Acta20081786(2): 126–138

[145]

Heitz FMorris M CDivita G. Twenty years of cell-penetrating peptides: from molecular mechanisms to therapeutics. British Journal of Pharmacology2009157(2): 195–206

[146]

Sarko DBeijer BGarcia B RNothelfer E MLeotta KEisenhut MAltmann AHaberkorn UMier W. The pharmacokinetics of cell-penetrating peptides. Molecular Pharmaceutics20107(6): 2224–2231

[147]

Hamann P RHinman L MBeyer C FLindh DUpeslacis JFlowers D ABernstein I. An anti-CD33 antibody-calicheamicin conjugate for treatment of acute myeloid leukemia. Choice of linker. Bioconjugate Chemistry200213(1): 40–46

[148]

Anderson D CNichols EManger RWoodle DBarry MFritzberg A R. Tumor cell retention of antibody Fab fragments is enhanced by an attached HIV TAT protein-derived peptide. Biochemical and Biophysical Research Communications1993194(2): 876–884

[149]

Trudel DFradet YMeyer FHarel FTetu B. Significance of MMP-2 expression in prostate cancer: An immunohistochemical study. Cancer Research200363(23): 8511–8515

[150]

Turpeenniemi-Hujanen T. Gelatinases (MMP-2 and-9) and their natural inhibitors as prognostic indicators in solid cancers. Biochimie200587(3–4): 287–297

[151]

Gerweck L ESeetharaman K. Cellular pH gradient in tumor versus normal tissue: Potential exploitation for the treatment of cancer. Cancer Research199656(6): 1194–1198

[152]

Getzenberg R HCoffey D SDeWeese T L. Hyperthermic biology and cancer therapies a hypothesis for the “Lance Armstrong effect”. Journal of the American Medical Association2006296(4): 445–448

[153]

Denko NCairns RPapandreou I. Overcoming physiologic barriers to cancer treatment by molecularly targeting the tumor microenvironment. Molecular Cancer Research20064(2): 61–70

[154]

Crisp J LSavariar E NGlasgow H LEllies L GWhitney M ATsien R Y. Dual targeting of integrin αvβ3 and matrix metalloproteinase-2 for optical imaging of tumors and chemotherapeutic delivery. Molecular Cancer Therapeutics201413(6): 1514–1525

[155]

Nguyen Q TOlson E SAguilera T AJiang TScadeng MEllies L GTsien R Y. Surgery with molecular fluorescence imaging using activatable cell-penetrating peptides decreases residual cancer and improves survival. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America2010107(9): 4317–4322

[156]

van Duijnhoven S MRobillard M SNicolay KGrull H. Tumor targeting of MMP-2/9 activatable cell-penetrating imaging probes is caused by tumor-independent activation. Journal of Nuclear Medicine201152(2): 279–286

[157]

Zaro J LFei LShen W C. Recombinant peptide constructs for targeted cell penetrating peptide-mediated delivery. Journal of Controlled Release2012158(3): 357–361

[158]

Zhu LKate PTorchilin V P. Matrix metalloprotease 2-responsive multifunctional liposomal nanocarrier for enhanced tumor targeting. ACS Nano20126(4): 3491–3498

[159]

Apte AKoren EKoshkaryev ATorchilin V P. Doxorubicin in TAT peptide-modified multifunctional immunoliposomes demonstrates increased activity against both drug-sensitive and drug-resistant ovarian cancer models. Cancer Biology & Therapy201415(1): 69–80

[160]

Leader BBaca Q JGolan D E. Protein therapeutics: A summary and pharmacological classification. Nature Reviews. Drug Discovery20087(1): 21–39

[161]

He HSheng JDavid A EKwon Y MZhang JHuang YWang JYang V C. The use of low molecular weight protamine chemical chimera to enhance monomeric insulin intestinal absorption. Biomaterials201334(31): 7733–7743

[162]

Liang J FYang V C. Insulin-cell penetrating peptide hybrids with improved intestinal absorption efficiency. Biochemical and Biophysical Research Communications2005335(3): 734–738

[163]

Liu ESheng JYe JWang YGong JYang V CWang JHe H. CPP mediated insulin delivery: Current status and promising future. Current Pharmaceutical Biotechnology201415(3): 240–255

[164]

Fei L. Cell Penetrating Peptide-Based Drug Delivery System for Targeting Mildly Acidic pH. Dissertation for the Doctoral Degree. California: University of Southern California, 2014

[165]

Chen XZaro J LShen W C. Fusion protein linkers: Property, design and functionality. Advanced Drug Delivery Reviews201365(10): 1357–1369

[166]

Almeida P F. Membrane-active peptides: Binding, translocation, and flux in lipid vesicles. Biochimica et Biophysica Acta20141838(9): 2216–2227

[167]

Shin M CZhang JMin K ALee KMoon CBalthasar J PYang V C. Combination of antibody targeting and PTD-mediated intracellular toxin delivery for colorectal cancer therapy. Journal of Controlled Release2014194: 197–210

[168]

Xu JXiang QSu JYang PZhang QSu ZXiao FHuang Y. Evaluation of the safety and brain-related tissues distribution characteristics of TAT-HaFGF via intranasal administration. Biological & Pharmaceutical Bulletin201437(7): 1149–1157

[169]

Cai S RXu GBecker-Hapak MMa MDowdy S FMcLeod H L. The kinetics and tissue distribution of protein transduction in mice. European Journal of Pharmaceutical Sciences200627(4): 311–319

[170]

Cerchietti L CYang S NShaknovich RHatzi KPolo J MChadburn ADowdy S FMelnick A. A peptomimetic inhibitor of BCL6 with potent antilymphoma effects in vitro and in vivoBlood2009113(15): 3397–3405

[171]

Bowne W BMichl JBluth M HZenilman M EPincus M R. Novel peptides from the RAS-p21 and p53 proteins for the treatment of cancer. Cancer Therapy20075B: 331–344

[172]

Kwon M KNam J OPark R WLee B HPark J YByun Y RKim S YKwon I CKim I S. Antitumor effect of a transducible fusogenic peptide releasing multiple proapoptotic peptides by caspase-3. Molecular Cancer Therapeutics20087(6): 1514–1522

[173]

Tan MLan K HYao JLu C HSun MNeal C LLu JYu D. Selective inhibition of ErbB2-overexpressing breast cancer in vivo by a novel TAT-based ErbB2-targeting signal transducers and activators of transcription 3-blocking peptide. Cancer Research200666(7): 3764–3772

[174]

Shibata WMaeda SHikiba YYanai AOhmae TSakamoto KNakagawa HOgura KOmata M. Cutting edge: The IkappaB kinase (IKK) inhibitor, NEMO-binding domain peptide, blocks inflammatory injury in murine colitis. Journal of Immunology2007179(5): 2681–2685

[175]

Ghosh ARoy ALiu XKordower J HMufson E JHartley D MGhosh SMosley R LGendelman H EPahan K. Selective inhibition of NF-kappaB activation prevents dopaminergic neuronal loss in a mouse model of Parkinson’s disease. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America2007104(47): 18754–18759

[176]

Hotchkiss R SMcConnell K WBullok KDavis C GChang K CSchwulst S JDunne J CDietz G PBahr MMcDunn J EKarl I EWagner T HCobb J PCoopersmith C MPiwnica-Worms D. TAT-BH4 and TAT-Bcl-xL peptides protect against sepsis-induced lymphocyte apoptosis in vivoJournal of Immunology (Baltimore, MD.: 1950)2006176(9): 5471–5477

[177]

McCusker C TWang YShan JKinyanjui M WVilleneuve AMichael HFixman E D. Inhibition of experimental allergic airways disease by local application of a cell-penetrating dominant-negative STAT-6 peptide. Journal of Immunology2007179(4): 2556–2564

[178]

Walker L RRyu J SPerkins EMcNally L RRaucher D. Fusion of cell-penetrating peptides to thermally responsive biopolymer improves tumor accumulation of p21 peptide in a mouse model of pancreatic cancer. Drug Design, Development and Therapy20148: 1649–1658

[179]

Qiu XJohnson J RWilson B SGammon S TPiwnica-Worms DBarnett E M. Single-cell resolution imaging of retinal ganglion cell apoptosis in vivo using a cell-penetrating caspase-activatable peptide probe. PLoS One20149(2): e88855

[180]

He X HYan X TWang Y LWang C YZhang Z ZZhan J. Transduced PEP-1-heme oxygenase-1 fusion protein protects against intestinal ischemia/reperfusion injury. Journal of Surgical Research2014187(1): 77–84

[181]

He X HWang YYan X TWang Y LWang C YZhang Z ZLi HJiang H X. Transduction of PEP-1-heme oxygenase-1 fusion protein reduces myocardial ischemia/reperfusion injury in rats. Journal of Cardiovascular Pharmacology201362(5): 436–442

[182]

McCarthy H OMcCaffrey JMcCrudden C MZholobenko AAli A AMcBride J WMassey A SPentlavalli SChen K HCole GLoughran S PDunne N JDonnelly R FKett V LRobson T. Development and characterization of self-assembling nanoparticles using a bio-inspired amphipathic peptide for gene delivery. Journal of Controlled Release2014189: 141–149

[183]

Wang HWang HLiang JJiang YGuo QPeng HXu QHuang Y. Cell-penetrating apoptotic peptide/p53 DNA nanocomplex as adjuvant therapy for drug-resistant breast cancer. Molecular Pharmaceutics201411(10): 3352–3360

[184]

Hu YXu BJi QShou DSun XXu JGao JLiang W. A mannosylated cell-penetrating peptide-graft-polyethylenimine as a gene delivery vector. Biomaterials201435(13): 4236–4246

[185]

Wang H XYang X ZSun C YMao C QZhu Y HWang J. Matrix metalloproteinase 2-responsive micelle for siRNA delivery. Biomaterials201435(26): 7622–7634

[186]

Nielsen E JYoshida SKamei NIwamae RKhafagy E SOlsen JRahbek U LPedersen B LTakayama KTakeda-Morishita MKhafagy el SOlsen JRahbek U LPedersen B LTakayama KTakeda-Morishita Min vivo proof of concept of oral insulin delivery based on a co-administration strategy with the cell-penetrating peptide penetratin. Journal of Controlled Release2014189: 19–24

[187]

Manosroi JLohcharoenkal WGotz FWerner R GManosroi WManosroi A. Novel application of polioviral capsid: Development of a potent and prolonged oral calcitonin using polioviral binding ligand and Tat peptide. Drug Development and Industrial Pharmacy201440(8): 1092–1100

[188]

Wiethoff C MMiddaugh C R. Barriers to nonviral gene delivery. Journal of Pharmaceutical Sciences200392(2): 203–217

[189]

Nam H YKim JKim SYockman J WKim S WBull D A. Cell penetrating peptide conjugated bioreducible polymer for siRNA delivery. Biomaterials201132(22): 5213–5222

[190]

Mo R HZaro J LShen W C. Comparison of cationic and amphipathic cell penetrating peptides for siRNA delivery and efficacy. Molecular Pharmaceutics20129(2): 299–309

[191]

Margus HPadari KPooga M. Cell-penetrating peptides as versatile vehicles for oligonucleotide delivery. Molecular Therapy201220(3): 525–533

[192]

Amidon G LLee H J. Absorption of peptide and peptidomimetic drugs. Annual Review of Pharmacology and Toxicology199434(1): 321–341

[193]

Farkhani S MValizadeh AKarami HMohammadi SSohrabi NBadrzadeh F. Cell penetrating peptides: Efficient vectors for delivery of nanoparticles, nanocarriers, therapeutic and diagnostic molecules. Peptides201457: 78–94

[194]

Cleal KHe LWatson P DJones A T. Endocytosis, intracellular traffic and fate of cell penetrating peptide based conjugates and nanoparticles. Current Pharmaceutical Design201319(16): 2878–2894

[195]

Zhang BZhang YLiao ZJiang TZhao JTuo YShe XShen SChen JZhang QJiang XHu YPang Z. UPA-sensitive ACPP-conjugated nanoparticles for multi-targeting therapy of brain glioma. Biomaterials201536: 98–109

[196]

Mei LZhang QYang YHe QGao H. Angiopep-2 and activatable cell penetrating peptide dual modified nanoparticles for enhanced tumor targeting and penetrating. International Journal of Pharmaceutics2014474(1–2): 95–102

[197]

Fan TChen CGuo HXu JZhang JZhu XYang YZhou ZLi LHuang Y. Design and evaluation of solid lipid nanoparticles modified with peptide ligand for oral delivery of protein drugs. European Journal of Pharmaceutics and Biopharmaceutics201488(2): 518–528

[198]

Huang ASu ZLi SSun MXiao YPing QDeng Y. Oral absorption enhancement of salmon calcitonin by using both N-trimethyl chitosan chloride and oligoarginines-modified liposomes as the carriers. Drug Delivery201421(5): 388–396

[199]

Gao HZhang SCao SYang ZPang ZJiang X. Angiopep-2 and activatable cell-penetrating peptide dual-functionalized nanoparticles for systemic glioma-targeting delivery. Molecular Pharmaceutics201411(8): 2755–2763

[200]

Yang YYang YXie XCai XZhang HGong WWang ZMei X. PEGylated liposomes with NGR ligand and heat-activable cell-penetrating peptide-doxorubicin conjugate for tumor-specific therapy. Biomaterials201435(14): 4368–4381

[201]

Zong TMei LGao HCai WZhu PShi KChen JWang YGao FHe Q. Synergistic dual-ligand doxorubicin liposomes improve targeting and therapeutic efficacy of brain glioma in animals. Molecular Pharmaceutics201411(7): 2346–2357

[202]

Liu YRan RChen JKuang QTang JMei LZhang QGao HZhang ZHe Q. Paclitaxel loaded liposomes decorated with a multifunctional tandem peptide for glioma targeting. Biomaterials201435(17): 4835–4847

[203]

Tang JZhang LLiu YZhang QQin YYin YYuan WYang YXie YZhang ZHe Q. Synergistic targeted delivery of payload into tumor cells by dual-ligand liposomes co-modified with cholesterol anchored transferrin and TAT. International Journal of Pharmaceutics2013454(1): 31–40

[204]

Wang JYu YYan ZHu ZLi LLi JJiang XQian Q. Anticancer activity of oncolytic adenoviruses carrying p53 is augmented by 11R in gallbladder cancer cell lines in vitro and in vivoOncology Reports201330(2): 833–841

[205]

Tang JFu HKuang QZhang LZhang QLiu YRan RGao HZhang ZHe Q. Liposomes co-modified with cholesterol anchored cleavable PEG and octaarginines for tumor targeted drug delivery. Journal of Drug Targeting201422(4): 313–326

[206]

Shamay YShpirt LAshkenasy GDavid A. Complexation of cell-penetrating peptide-polymer conjugates with polyanions controls cells uptake of HPMA copolymers and anti-tumor activity. Pharmaceutical Research201431(3): 768–779

[207]

Wang YDou LHe HZhang YShen Q. Multifunctional nanoparticles as nanocarrier for vincristine sulfate delivery to overcome tumor multidrug resistance. Molecular Pharmaceutics201411(3): 885–894

[208]

Nakamura TYamazaki DYamauchi JHarashima H. The nanoparticulation by octaarginine-modified liposome improves alpha-galactosylceramide-mediated antitumor therapy via systemic administration. Journal of Controlled Release2013171(2): 216–224

RIGHTS & PERMISSIONS

Higher Education Press and Springer-Verlag Berlin Heidelberg

AI Summary AI Mindmap
PDF (845KB)

5648

Accesses

0

Citation

Detail

Sections
Recommended

AI思维导图

/