Вивчення модифікації ліпідного бішару під дією фібрилярного лізоциму методом флуоресцентної спектроскопії
Анотація
Зв'язок між нейродегенеративними захворюваннями (хворобами Паркінсона, Альцгеймера),
діабетом типу ІІ, системним амілоїдозом і відкладеннями білкових агрегатів у тканинах організму
вже давно встановлений. Велика кількість робіт свідчать про те, що в основі цитотоксичної дії
амілоїдних білків лежать їх взаємодії з клітинними мембранами. Було показано, що найбільшу
токсичність у порівнянні з мономерами або зрілими фібрилами мають розчинні олігомерні форми
поліпептидів (попередники фібрилярних агрегатів). Молекулярні механізми, що лежать в основі
токсичності амілоїдних білків, недостатньо вивчені і потребують подальших досліджень. Дана
робота була проведена з метою визначення впливу фібрилярних агрегатів лізоциму на структуру і
фізичні властивості модельних мембран (ліпосом), з фосфатидилхоліну та його суміші з холестерином (30 мол %). Для досягнення цієї мети були використані два флуоресцентних зонда з різними властивостями і локалізацією в бішарі – пірен і Лаурдан. Спектри пірену мають характерну вібронну структуру в області 370-400 нм. Відношення інтенсивностей вібронних смуг цього зонду залежить від полярності розчинника. Збуджені молекули пірену можуть взаємодіяти з незбудженими, утворюючи димери у збудженому стані – ексимери. Відношення інтенсивностей флуоресценції ексимерів та мономерів (ступінь ексимеризації пірену) залежить від швидкості латеральної дифузії мономерів у бішарі, що є функцією щільності молекулярного пакування ліпідів. Аналіз спектрів флуоресценції пірену показав, що фібрилярний лізоцим не впливає на структурний стан гідрофобної області бішару. Лаурдан – це амфіфільний флуоресцентний зонд,спектри флуоресценції якого чуттєві до полярності оточення (рівня гідратації). У високополярних розчинах спостерігається значний довгохвильовий зсув спектрів флуоресценції Лаурдана. Це обумовлено процесами дипольної релаксації молекул розчинника. Зміни у спектрах флуоресценції Лаурдану були охарактеризовані узагальненою поляризацією (GP). В обох типах ліпосом збільшення концентрації фібрилярного лізоциму призвело до зростання GP. Отримані дані свідчать про те, що амілоїдні фібрили викликають зменшення полярності на межі розподілу ліпідвода, де розташовані молекули Лаурдану.
Завантаження
Посилання
2. Stefani M. Protein misfolding and aggregation: new examples in medicine and biology of the dark side of the protein world // Biochim. Biophys. Acta. – 2004. – V. 1739. – P. 5-25.
3. Cehhi C., Baglioni S., Fiorillo C., Pensalfini A., Liguri G., Nosi D., Rigacci S., Bucciantini M., Stefani M. Insights into the molecular basis of the differing susceptibility of varying cell types to the toxicity of amyloid aggregates // J. Cell Sci. – 2005. – V. 118. – P. 3459-3470.
4. Butterflied S.M., Laushel H.A. Amyloidogenic protein-membrane interactions: mechanistic insight from model systems // Angew. Chem. Int. Ed. – 2010. – V. 49. – P. 5628-5654.
5. Wang S. S.-S., Liu K.-N. Membrane dipole potential of interaction between amyloid protein and phospholipid membranes is dependent on protein aggregation state // J. Chin. Inst. Chem. Eng. – 2008. – V. 39. – P. 321-328.
6. Kayed R., Sokolov Y., Edmonds B., McIntire T., Milton S., Hall J., Glabe C. Permeabilization of lipid bilayers is a common conformation-dependent activity of soluble amyloid oligomers in protein misfolding diseases // J. Biol. Chem. – 2004. – V. 279. P. 46363-46366.
7. Glabe C.G. Common mechanisms of amyloid oligomer pathogenesis in degenerative disease // Neurobiol. Aging. – 2006. – V. 27. – P. 570-575.
8. Uversky V.N., Fink A.L. Conformational constraints for amyloid fibrillation: the importance of being unfolded // Biochim. Biophys. Acta. – 2006. – V. 1698. – P. 131-153.
9. Gorbenko G.P., Ioffe V.M., Kinnunen P.K.J. Binding of lysozyme to phospholipid bilayers: evidence for protein aggragation upon membrane association // Biophys. J. – 2007. V. 93. – P. 140-153.
10. Holley M., Eginton C., Schaefer D., Brown L. R. Characterization of amyloidogenesis of hen egg lysozyme in concentrated ethanol solution // Biochem. Biophys. Res. Commun. – 2008. – V. 373. – P. 164-168.
11. Goda S., Takano K., Yamagata Y., Nagata R., Akutsu H., Maki S., Namba K., Yutani K. Amyloid protofilament formation of hen egg lysozyme in highly concentrated ethanol solution // Protein Sci. – 2000. – V. 9. – P. 369-375.
12. Lakowicz J.R. Principles of Fluorescent Spectroscopy, 3rd ed. Plenum Press, New York. 2006.
13. Novikov E.G., Visser N.V., Malevitskaia V.G., Borst W., van Hoek A., Visser A. Molecular dynamics of monopyrenyl lipids in liposomes from global analysis of time-resolved fluorescence of pyrene monomer and excimer emission // Langmuir. – 2000. – V. 16. – P. 8749-8754.
14. Ioffe V., Gorbenko G. Lysozyme effect on structural state of model membranes as revealed by pyrene excimerization studies // Biophys. Chem. – 2005. V. 114. – P. 199–204.
15. Karpovich D.S., Blanchard G.J. Relating the polarity-dependent fluorescence response to vibronic coupling. Achieving a fundamental understanding of the py polarity scale // J. Phys. Chem. – 1995. – V. 99. – P. 3951-3958.
16. Bagatolli L., Gratton A.E., Fidelio G.D. Water dynamics in glycosphingolipid aggregates studied by Laurdan fluorescence // Biophys. J. – 1998. – V. 75. – P. 331-341.
17. Santos N.C., Prieto M., Castanho A.R.B. Quantifying molecular partition into model systems of biomembranes: an emphasis on optical spectroscopic methods // Biochim. Biophys. Acta. – 2003. – V. 1612. – P. 123-135.
18. Parasassi T., Krasnowska E.K, Bagatolli L., Gratton E. Laurdan and Prodan as polarity-sensitive fluorescent membrane probes // J. Fluorescence.– 1998. – V. 8. – P. 365-373.
19. Mukherjee S., Chattopadhyay A. Monitoring the organization and dynamics of bovine hippocompal membranes utilizing Laurdan generalized polarization // Biochim. Biophys. Acta. – 2005. – V. 1714. – P. 43-55.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
