Liposome carriers for delivering small interfering RNA (siRNA) into target cells are of tremendous importance because the siRNA-based therapy offers a completely new approach for treating a wide range of diseases, including cancer and viral infections. In this paper, we employ the state-of-the-art computer simulations to get an atomic-scale insight into the interactions of siRNA with zwitterionic (neutral) lipids. Our computational findings clearly demonstrate that siRNA does adsorb on the surface of a neutral lipid bilayer. The siRNA adsorption, being rather weak and unstable, is driven by attractive interactions of overhanging unpaired nucleotides with choline moieties of lipid molecules. It is the presence of the unpaired terminal nucleotides that underlies a drastic difference between siRNA and DNA; the latter is not able to bind to the zwitterionic lipid bilayer. We also show that adding divalent Ca ions leads to the formation of stable siRNA–lipid system complexes; these complexes are stabilized by Ca-mediated aggregates of siRNA and lipid molecules rather than by the overhanging siRNA nucleotides. Furthermore, the molecular mechanism of interactions between siRNA and the lipid bilayer in the presence of divalent cations seems to involve exchange of Ca ions between the outer mouth of the major groove of siRNA and the lipid/water interface. Overall, our findings contribute significantly to a deeper understanding of the structure and function of liposome carriers used for siRNA delivery and can be used as a theoretical basis for further development of siRNA-based therapeutics.

中文翻译：

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寻求了解基于脂质体的siRNA传递载体：原子尺度的siRNA脂质相互作用的见解。

用于将小分子干扰RNA（siRNA）输送至靶细胞的脂质体载体非常重要，因为基于siRNA的疗法为治疗包括癌症和病毒感染在内的多种疾病提供了全新的方法。在本文中，我们采用了最新的计算机模拟技术，以原子级的角度了解siRNA与两性离子（中性）脂质的相互作用。我们的计算结果清楚地表明siRNA确实吸附在中性脂质双层的表面上。siRNA的吸附非常弱且不稳定，是由悬垂的未配对核苷酸与脂质分子的胆碱部分的有吸引力的相互作用驱动的。siRNA和DNA之间存在巨大差异的原因是存在未配对的末端核苷酸。后者不能与两性离子脂质双层结合。我们还表明，添加二价Ca离子会导致形成稳定的siRNA-脂质系统复合物。这些复合物是通过Ca介导的siRNA和脂质分子的聚集而不是通过突出的siRNA核苷酸来稳定的。此外，在存在二价阳离子的情况下，siRNA与脂质双层之间相互作用的分子机制似乎涉及siRNA的大沟外口与脂质/水界面之间的Ca离子交换。总体而言，我们的发现大大有助于更深入地了解用于siRNA递送的脂质体载体的结构和功能，并可作为进一步开发基于siRNA的疗法的理论基础。我们还表明，添加二价Ca离子会导致形成稳定的siRNA-脂质系统复合物。这些复合物是通过Ca介导的siRNA和脂质分子的聚集而不是通过突出的siRNA核苷酸来稳定的。此外，在存在二价阳离子的情况下，siRNA与脂质双层之间相互作用的分子机制似乎涉及siRNA的大沟外口与脂质/水界面之间的Ca离子交换。总体而言，我们的发现大大有助于更深入地了解用于siRNA递送的脂质体载体的结构和功能，并可作为进一步开发基于siRNA的疗法的理论基础。我们还表明，添加二价Ca离子会导致形成稳定的siRNA-脂质系统复合物。这些复合物是通过Ca介导的siRNA和脂质分子的聚集而不是通过突出的siRNA核苷酸来稳定的。此外，在存在二价阳离子的情况下，siRNA与脂质双层之间相互作用的分子机制似乎涉及siRNA的大沟外口与脂质/水界面之间的Ca离子交换。总体而言，我们的发现大大有助于更深入地了解用于siRNA递送的脂质体载体的结构和功能，并可作为进一步开发基于siRNA的疗法的理论基础。这些复合物是通过Ca介导的siRNA和脂质分子的聚集而不是通过突出的siRNA核苷酸来稳定的。此外，在存在二价阳离子的情况下，siRNA与脂质双层之间相互作用的分子机制似乎涉及siRNA的大沟外口与脂质/水界面之间的Ca离子交换。总体而言，我们的发现大大有助于更深入地了解用于siRNA递送的脂质体载体的结构和功能，并可作为进一步开发基于siRNA的疗法的理论基础。这些复合物是通过Ca介导的siRNA和脂质分子的聚集而不是通过突出的siRNA核苷酸来稳定的。此外，在存在二价阳离子的情况下，siRNA与脂质双层之间相互作用的分子机制似乎涉及siRNA的大沟外口与脂质/水界面之间的Ca离子交换。总体而言，我们的发现大大有助于更深入地了解用于siRNA递送的脂质体载体的结构和功能，并可作为进一步开发基于siRNA的疗法的理论基础。在存在二价阳离子的情况下，siRNA与脂质双层之间相互作用的分子机制似乎涉及siRNA主沟外口与脂质/水界面之间的Ca离子交换。总体而言，我们的发现大大有助于更深入地了解用于siRNA递送的脂质体载体的结构和功能，并可作为进一步开发基于siRNA的疗法的理论基础。在存在二价阳离子的情况下，siRNA与脂质双层之间相互作用的分子机制似乎涉及siRNA主沟外口与脂质/水界面之间的Ca离子交换。总体而言，我们的发现大大有助于更深入地了解用于siRNA递送的脂质体载体的结构和功能，并可作为进一步开发基于siRNA的疗法的理论基础。