A sejtpenetráló peptidekkel való kutatás alapjául annak a problémának az áthidalása szolgált, hogy a legtöbb molekula számára a sejtmembrán kettős foszfolipid rétege szinte áthatolhatatlan. A sejtpenetráló peptidek (SPP-k) olyan oligopeptidek, amelyek képesek bejutni és emellett a sejtmembránon egyébként át nem jutó molekulákat bejuttatni a sejtekbe. Az értekezés a penetratin nevű peptidet helyezi a vizsgálatok középpontjába, amely a Drosophila Antennapedia Homeotic transzkripciós faktorából származik. Az SPP-k bejutásának vizsgálata feltárta, hogy a penetratin elsősorban endocitózis útján jut be a sejtbe az alkalmazott 5 µM-os koncentrációban. A felvételét a membrán dipóluspotenciáljának változása befolyásolja. Az atorvasztatin például a dipóluspotenciál csökkentésével növeli a penetratin endo-lizoszómális felszabadulását, ezzel szemben a 6-ketokolesztanol növeli a membrán szterin tartalmát, ezáltal annak merevségét is, így a penetratin felvétele csökkent. A bejutást követően az endolizoszómális rendszerben fennáll a penetratin degradációjának lehetősége. Ez a jelenség, eredményeink szerint, nem játszik jelentős szerepet a penetratin citoszólikus felhalmozódásában. A β-penetratinnak nevezett módosított penetratinszármazék jelentősen jobb celluláris felvételt mutat, amely párhuzamba állítható magasabb aggregációs képességével. Az eddig ismert hagyományos modellek homogén ligandum eloszlást feltételeznek az extracelluláris térben. Ezzel ellentétben ezen kutatási eredmények szerint az epidermális növekedési faktor (EGF) nem egyenletesen oszlik el a plazmamembrán körül, hanem két különböző eredetű és jelentőségű koncentrációs csúcsot képez. A membránhoz közeli csúcs, amely néhány mikrométerre található a membrántól, nem magyarázható passzív diffúzióval, receptor kötődéssel vagy viszkozitásváltozásokkal. Az aktin, a miozin és a dinamin egyidejű gátlása azt mutatja, hogy ez a csúcs az aktív membránforgalomtól függ. A szimulációk megerősítik, hogy az endocitózis és a re-exocitózis gyors ciklusai elegendő ligandummal kötött receptort vagy szabad ligandumot biztosítanak ennek a gradiensnek a fenntartásához. A membrántól távolabb található disztális csúcs a helyileg gátolt diffúzióval hozható kapcsolatba. Nagysága korrelál az EGF csökkent diffúziós együtthatóival és a megnövekedett mikroviszkozitással, emellett ECM-emésztő enzimek által eltolható, ami arra utal, hogy az extracelluláris mátrix diffúziós gátat képez. Ezek a koncentrációs csúcsok jelentősen megváltoztatják a sejtfelszíni receptorok által érzékelt ligandumszinteket. Az eredmények rávilágítanak arra, hogy a kvantitatív receptor-ligandum interakciók értelmezésekor fontos figyelembe venni a ligandumok helyi mikrokörnyezetét.

Research into cell-penetrating peptides was motivated by the problem that the double phospholipid layer of the cell membrane is virtually impenetrable for most molecules. Cell penetrating peptides (CPPs) are oligopeptides that are able to enter cells and also transport molecules that would otherwise not be able to pass through the cell membrane. The thesis focuses on a peptide called penetratin, which is derived from the Drosophila Antennapedia Homeotic transcription factor. Studies of CPP entry have revealed that penetratin enters cells primarily by endocytosis at the concentration of 5 µM used in the study. Its uptake is influenced by changes in the membrane dipole potential. For example, atorvastatin increases the endolysosomal release of penetratin by reducing the dipole potential, whereas 6-ketocholestanol increases the sterol content of the membrane, thereby increasing its rigidity and reducing the uptake of penetratin. After entry, there is a possibility of penetratin degradation in the endolysosomal system. According to our results, this phenomenon does not play a significant role in the cytosolic accumulation of penetratin. A modified penetratin derivative called β-penetratin shows significantly better cellular uptake, which can be compared to its higher aggregation capacity. Traditional models assume homogeneous ligand distribution in the extracellular space. In contrast, according to these research results, epidermal growth factor (EGF) is not evenly distributed around the plasma membrane, but forms two concentration peaks of different origin and significance. The peak close to the membrane, located a few micrometers from the membrane, cannot be explained by passive diffusion, receptor binding, or viscosity changes. Simultaneous inhibition of actin, myosin, and dynamin shows that this peak depends on active membrane traffic. Simulations confirm that rapid cycles of endocytosis and re-exocytosis provide sufficient ligand-bound receptors or free ligands to maintain this gradient. The distal peak, located further from the membrane, can be linked to locally inhibited diffusion. Its magnitude correlates with reduced EGF diffusion coefficients and increased microviscosity, and it can be shifted by ECM-degrading enzymes, suggesting that the extracellular matrix forms a diffusion barrier. These concentration peaks significantly alter the ligand levels perceived by cell surface receptors. The results highlight the importance of considering the local microenvironment of ligands when interpreting quantitative receptor-ligand interactions.