Молекулярно-динамічне дослідження взаємодії бензантронового зонду з модельними ліпідними мембранами
Анотація
Бензантронові зонди широко відомі як чутливі до змін їх мікрооточення сенсори для дослідження фізико-хімічних властивостей та структурних змін ліпідних мембран. В даній роботі методом молекулярно-динамічного моделювання досліджено локалізацію в ліпідному бішарі та природу взаємодій між бензантроновим флуоресцентним зондом ABM і модельними мембранами, що складалися із цвіттеріонного ліпіду фосфатидилхоліну (ФХ) і його сумішей з аніонним ліпідом фосфатидилгліцерином (ФГ) і холестерином (Хол). Молекулярно-динамічне дослідження проводили з використанням CHARMM36m силового поля в програмному пакеті GROMACS. Продемонстровано, що молекула АВМ, яка спочатку була розташована на відстані 30 Å від центру бішару, проникала в мембрану протягом перших 10 нс моделювання, залишаючись в ліпідному бішарі на протязі решти часу симуляції. Результати молекулярно-динамічного дослідження свідчать про те, що локалізація бензантронового зонду ABM в ліпідному бішарі в значній мірі залежить від складу мембрани, та варіюється від 0,78 нм в чистому ФХ бішарі до 0,95 нм і 1,5 нм в ліпідних бішарах , що містили ФГ та Хол, відповідно. Виявлено, що при взаємодії ABM з чистим ФХ бішаром відбувається перехід зонду з зовнішнього моношару ліпідного бішару на внутрішній. Досліджено вплив зонду на структуру ліпідних бішарів. Було виявлено, що розподіл АВМ в ліпідну фазу не має суттєвого впливу на орієнтацію ланцюгів жирних кислот та викликає збільшення дейтерієвого параметру порядку для атомів вуглецю 5-8 в sn- 2 ацильних ланцюгів ФХ ліпідного бішару. Крім того, взаємодія АБМ з модельними ліпідними мембранами супроводжувалась незначним зменшенням площі поверхні на ліпід, що вказує на незначне збільшення щільності упаковки ліпідних молекул у присутності АБМ. Отримані результати створюють основу для більш глибокого розуміння взаємодії бензантронових зондів з мембранами та можуть бути корисні для розробки нових флуоресцентних зондів для мембранних досліджень.
Завантаження
Посилання
I. Grabchev, V. Bojinov, I. Moneva, Dyes Pigm. 48, 143-150 (2001), https://doi.org/10.1016/S0143-7208(00)00098-X.
E. M. Kirilova, I. Kalina, G. Kirilov, et al., Nature J. Fluoresc. 18, 645-648 (2008), https://doi.org/10.1038/78948.
G. Dobretsov, V. Dmitriev, L. Pirogova, V. Petrov, Yu Vladimirov, Stud. Biophys. 71, 189-196 (1978).
K. Vus, V. Trusova, G. Gorbenko, R. Sood, E. Kirilova, G. Kirilov, et al., J. Fluoresc. 24, 193-202 (2014), https://doi.org/10.1007/s10895-013-1318-3.
K. Vus, V. Trusova, G. Gorbenko, E. Kirilova, G. Kirilov, I. Kalnina, P. Kinnunen, Chem. Phys. Lett. 532, 110-115 (2012), https://doi.org/10.1016/j.cplett.2012.02.061.
G. Gorbenko, V. Trusova, E. Kirilova, G. Kirilov, I. Kalnina, A. Vasilev, et al., Chem. Phys. Lett. 495, 275-279 (2010), https://doi.org/10.1016/j.cplett.2010.07.005.
O. Ryzhova, K. Vus, V. Trusova, E. Kirilova, G. Kirilov, G. Gorbenko, P. Kinnunen, Methods. Appl. Fluoresc. 4, 034007 (2016), https://doi.org/10.1088/2050-6120/4/3/034007.
X. Yang, W.-H. Liu, W.-J. Jin, G.-L. Shen, R.-Q. Yu, Spectrochim. Acta. A55, 2719-2727 (1999), https://doi.org/10.1016/S1386-1425(99)00161-4.
V. Trusova, E. Kirilova, I. Kalnina, G. Kirilov, O. Zhytniakivska, P. Fedorov, G. Gorbenko, J. Fluoresc. 22, 953-959 (2011), https://doi.org/10.1007/s10895-011-1035-8.
O. Zhytniakivska, V. Trusova, G. Gorbenko, E. Kirilova, I. Kalnina, G. Kirilov, et al., J. Fluoresc. 24, 899-907 (2014), https://doi.org/10.1007/s10895-014-1370-7.
D. Staneva, E. Vasileva-Tonkova, T.R. Sobahi, R.H. Abdel-Rahman, A.M. Asiri, I. Grabchev. J. Photochem. Photobiol. B: Biology. 143, 44-51 (2015), https://doi.org/10.1016/j.jphotobiol.2014.12.024.
D. Staneva, E. Vasileva-Tonkova, I. Grabchev. J. Photochem. Photobiol. A: Chemistry. 375, 24-29 (2019), https://doi.org/10.1016/j.jphotochem.2019.02.004.
O. Zhytniakivska, V. Trusova, G. Gorbenko, E. Kirilova, I. Kalnina, G. Kirilov, et al., J. Luminescsc. 146, 307-313 (2014), https://doi.org/10.1016/j.jlumin.2013.10.015.
I. Kalnina, R. Bruvere, T. Zvagule, N. Gabruseva, L. Klimkane, E. Kirilova, et al., J. Fluoresc. 20, 9-17 (2010), https://doi.org/10.1007/s10895-009-0515-6.
I. Kalnina, L. Klimkane, E. Kirilova, M. Toma, G. Kizane, I. Meirovics, J. Fluoresc., 17, 619-625 (2007), https://doi.org/10.1007/s10895-007-0249-2.
I. Kalnina, T. Zvagule, R. Bruvere, I. Meirovics, J. Fluoresc., 15, 105-110 (2005), https://doi.org/10.1007/s10895-005-2516-4.
I. Kalnina, T. Zvagule, N. Gabruseva, et al., J. Fluoresc., 17, 633-638 (2007), https://doi.org/10.1007/s10895-007-0256-3.
S. Jo, T. Kim, V. G. Iyer, W. Im. J. Comp. Chem. 29, 1859-1865 (2008), https://doi.org/10.1002/jcc.20945.
.S. Kim, J. Lee, S. Jo, C.L. Brooks, H.S. Lee, W. Im, J. Comp. Chem. 38, 1879-1886 (2017), https://doi.org/10.1002/jcc.24829.
J. Lee, D.S. Patel, J. Ståhle, S-J. Park, N.R. Kern, S. Kim, et al., J. Chem. Theory Comp. 15, 775-786 (2017), https://doi.org/10.1021/acs.jctc.8b01066.
T. Darden, D. Yolk, L. Pedersen, J. Chem. Phys. 98, 10089-10092 (1993), https://doi.org/10.1063/1.464397.
B. Hess, H. Bekker, H.J.C. Berendsen, J.G.E.M. Fraaije, J. Comp. Chem. 18, 1463-1472 (1997), https://doi.org/10.1002/(SICI)1096-987X(199709)18:12<1463::AID-JCC4>3.0.CO;2-H.
H. Berendsen, J. Postma, W. van Gunsteren, A. DINola, J. Haak, J.Chem. Phys. 81, 3684-3690 (1984), https://doi.org/10.1063/1.448118.
S. Buchoux, FATSLiM/fatslim: FATSLiM v 0.2.1 (2016), https://doi.org/10.5281/zenodo.158942.
Yi. Wang, D.E. Schalamadinger, J.D. Kim, J.A. McCammon, Biochim. Biophys. Acta, 1818, 1402-1409 (2012), https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2012.02.017.
H. Jang, B. Ma, T.Woolf, R. Nussinov, Biophys. J., 91, 2848-2859 (2006), https://doi.org/10.1529/biophysj.106.084046.
V. Trusova, G. Gorbenko, U. Tarabara, K. Vus, O Ryzhova, East Europian Journal of Physics, 4, 54-62 (2017), https://doi.org/10.26565/2312-4334-2017-3-08.
A. Kyrychenko, T. Dyubko, Biophys. Chem. 136, 23-31 (2008), https://doi.org/10.1021/jp0102567.
Y.O. Posokhov, A. Kyrychenko, Comput. Biol. Chem. 46, 23-31 (2013), https://doi.org/10.1016/j.compbiolchem.2013.04.005.
T.J, Yacoub, A.S. Reddy, I. Szleifer, Biophys J. 101, 378-385 (2011), https://doi.org/10.1016/j.bpj.2011.06.015.
Y.O. Posokhov, A. Kyrychenko, Biophys. Chem. 235, 9-18 (2018), https://doi.org/10.1016/j.bpc.2018.01.005.
A.M.T.M. do Canto, J.R. Robalo, P.D. Santos, et al., Biochim. Biophys. Acta, 1858, 2647-2661 (2016), https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2016.07.013.
O. Garcia-Beltran, N. Mena, O. Yanez, J. Caballero, V. Vargas, M. Tunes, et al., Eur. J. Med. Chem. 67, 60-63 (2013), https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2013.06.022.
M.W. Baig, M. Pederzoli, P. Jurkiewicz, L. Cwiklik, J. Pittner, Molecules, 23, 1707 (2018), https://doi.org/10.3390/molecules23071707.
J. Barucha-Kraszewska, S. Kraszewski, P. Jurkiewicz, C. Ramseyer, M. Hof, Biochim. Biophys. Acta, 1798, 1724-1734 (2010), https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2010.05.020.
J. Repakova, P. Capcova, J. Holopainen, I. Vattulainen, J. Phys. Chem. B, 108, 13438-13448 (2004), https://dx.doi.org/10.1021/jp048381g.
M. Pasenkiewicz-Gierula, T. Rog, K. Kitamura, A. Kusumi, Biophys J. 78, 1376-1389 (2000), https://doi.org/10.1016/S0006-3495(01)75867-5.
T. Rog, M. Pasenkiewicz-Gierula, FEBS Letters, 502, 68-71 (2000), https://doi.org/10.1016/S0014-5793(01)02668-0.
L. Janosi, A.A. Gorfe, J. Chem. Theory Comput. 6, 3267-3273 (2010), https://doi.org/10.1021/ct100381g.
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).
