Clathrin-Mediated Endocytosis of Multiple Nanoparticles Tends to Be Less Cooperative: A Computational Study

内吞作用 网格蛋白 纳米颗粒 受体介导的内吞作用 细胞生物学 纳米技术 化学 材料科学 生物 生物化学 受体
作者
Ye Li,Y. Zhang,Zhun Zhang,Qian Zhang,Xinhui Niu,Xuming Mao,Tongtao Yue,Xianren Zhang
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry B [American Chemical Society]
标识
DOI:10.1021/acs.jpcb.4c05025
摘要

The internalization of nanoparticles is of great significance for their biological applications. Clathrin-mediated endocytosis (CME) is one of the main endocytic pathways. However, there is still a lack of a fundamental understanding regarding the internalization of multiple nanoparticles via CME. Therefore, in this study, we conducted computational investigations to uncover detailed molecular mechanisms and kinetic pathways for differently shaped nanoparticles in the presence of clathrin. Particular focus is given to understanding the CME of multiple-nanoparticle systems. We found that unlike receptor-mediated endocytosis, multiple nanoparticles did not get cooperatively wrapped by the membrane but tended to undergo independent endocytosis in the presence of clathrin. To further investigate the endocytosis mechanism, we studied the effects of clathrins, nanoparticle shape, nanoparticle size, nanoparticle arrangement, and membrane surface tension. The self-assembly of clathrin prefers independent endocytosis for multiple nanoparticles. Besides, the cooperative behavior is weak with increasing nanoparticle-shape anisotropy. However, when the membrane tension is reduced, the endocytosis pathway for multiple nanoparticles is cooperative endocytosis. Moreover, we found that the self-assembly of clathrins reduces the critical size of nanoparticles to undergo cooperative wrapping by the cell membrane. Our results provide valuable insights into the molecular mechanisms of multiple nanoparticles through CME and offer useful guidance for the design of nanoparticles as drug/gene delivery carriers.

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