Взаємодія нового фосфонієвого зонду з ліпідними мембранами: Молекулярно-динамічне дослідження
Анотація
У даній роботі з використанням 100-нс молекулярно-динамічного моделювання (MD) у силовому полі CHARMM36m пакету GROMACS досліджено локалізацію в ліпідному бішарі та механізми взаємодії між новим фосфонієвим барвником TDV та модельними ліпідними мембранами, що складались із фосфатидилхоліну. (ФC) та його сумішей з холестерином (Холl) та/або аніонним фосфоліпідом кардіоліпіном (КЛ). При варіюванні початкового положення та орієнтації барвника було виявлено, що однозарядна форма TDV, яка спочатку була розташована на відстані 20 Å від центру бішару, проникає глибше у внутрішню частину мембрани і залишається всередині ліпідного бішару протягом усього часу моделювання. Виявлено, що вбудовування зонду в модельні мембрани супроводжується переорієнтацією молекули TDV з перпендикулярної на паралельну до поверхні мембрани. Результати молекулярно-динамічного дослідження свідчать про те, що розподіл в ліпідну фазу та локалізація однозарядної форми TDV в ліпідному бішарі в значній мірі залежать від складу мембрани. Барвник швидше зв’язується з ФХ-бішаром, у порівнянні з модельними мембранами, що містять КЛ та Хол. Продемонстровано, що у ФХ бішарі та мембранах, що містять КЛ, однозарядна форма TDV локалізується на рівні карбонільних груп ліпідів (на відстані ~ 1.1 нм, 1.2 нм і 1.3 нм від центру бішару для ФХ, КЛ10 і КЛ20 ліпідних мембран, відповідно), тоді як у бішарах, що містили Хол, зонд розташовується на рівні гліцеринів (~ 1,5 нм та 1,6 нм для Хол30 та КЛ10/Хол30 ліпідних мембран, відповідно). Виявлено, що взаємодія барвника з ліпідним бішаром не впливає на структурні властивості мембрани.
Завантаження
Посилання
R.M. Venable, A. Kramer, R.W. Pastor, Chem. Rew. 119, 5954-5997 (2019). https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.8b00486.
M.L. Berkowitz, Biochim. Biophys. Acta. 1788, 86-96 (2009). https://doi.org/10.1016/j.bbamem.2008.09.009
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. Heo, M. Feig, PNAS, 115, 13276-13281 (2018). https://doi.org/10.1073/pnas.1811364115.
B. Urbanc, M. Betnel, L. Cruz, G. Bitan, D.B. Teplow, J. Am. Chem. Soc., 132, 4266-4280 (2010). https://doi.org/10.1021/ja9096303.
Z. Qin, M. J. Buehler, Phys. Rev. Lett. 104, 198304 (2010). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.104.198304.
L. Tran, T. Ha-Duong, Peptides, 69, 86-91 (2015). https://doi.org/10.1016/j.peptides.2015.04.009.
A. D. MacKerell, N. K. Banavali, J. Comp. Chem. 21, 105-120 (2000). https://doi.org/10.1002/(SICI)1096-987X(20000130)21:2<105::AID-JCC3>3.0.CO;2-P.
K.E. Furse, S. A. Corcelli, J. Phys. Chem. Lett. 1, 1813-1820 (2010). https://doi.org/10.1021/jz100485e.
A. Noy, A. Perez, F. Lankas, F.J. Luque, M. Orozco. J. Mol. Biol. 343, 627-638 (2004). https://doi.org/10.1016/j.jmb.2004.07.048.
I.-C. Yeh, G. Hummer. Biophys. J. 86, 681-689 (2004). https://doi.org/10.1016/S0006-3495(04)74147-8.
H. Ode, M. Nakashima, S. Kitamura, W. Sugiura, H. Sato, Front. Microbiol. 3, 00258 (2012). https://doi.org/10.3389/fmicb.2012.00258.
J.R. Perilla, J.A. Hadden, B.C. Goh, C.G. Mayne, K. Schulten, J. Phys. Chem. Lett. 7, 1836-1844 (2016). https://doi.org/10.1021/acs.jpclett.6b00517.
D. Suarez, N. Diaz, J. Chem. Inf. Model. 60, 5815-5831 (2020). https://doi.org/10.1021/acs.jcim.0c00575.
C. M. Quinn, M. Wang, M. P. Fritz, B. Runge, J. Ahn, C. Xu, J.R. Perilla, A. Grohenborn, T. Polenova, PNAS, 115, 11519-11524 (2018). https://doi.org/10.1073/pnas.1800796115.
A. Damjanović, I. Kosztin, U. Kleinekathöfer, K. Schulten. Phys. Rev. E. 65, 031919 (2002). https://doi.org/10.1103/PhysRevE.65.031919.
D. Chandler, J. Strumpfer, M. Sener, S. Scheuring, K. Schulten, Biophys. J. 106, 2503-2510 (2014). https://doi.org/10.1016/j.bpj.2014.04.030.
L. Liang, J.-W. Shen, Q. Wang, Colloids Surf. B 153, 168-173 (2017). https://doi.org/10.1016/j.colsurfb.2017.02.021.
H. Zhao, A. Caflisch, Eur. J. Med. Chem. 91 4-14 (2015). https://doi.org/10.1016/j.ejmech.2014.08.004.
P.-C. Do, E.H. Lee, L. Le, J. Chem. Inf. Model. 58 1473-1482 (2018). https://doi.org/10.1021/acs.jcim.8b00261.
M. Hernandez-Rodriguez, M. C. Rosales-Hernandez, J. E. Mendieta-Wejebe, M. Martinez-Archundia, J. Correa Basurto, Curr. Med. Chem. 23 3909-3924 (2016).
J. Wang, C. Ma, G. Fiorin, V. Carnevale, T. Wang, F. Hu, R. Lamb, et al. J. Am. Chem. Soc. 133, 12834-12841 (2011). https://doi.org/10.1021/ja204969m.
J. Fantini, H. Chahinian, N. Yahi, Int. J. Antimicrob Agents 56, 106020 (2020). https://doi.org/10.1016/j.ijantimicag.2020.106020.
M. Métifiot, K. Maddali, B. Johnson, S. Hare, S. Smith et al. ACS Chem. Biol. 8, 209-217 (2012). https://doi.org/10.1021/cb300471n.
Z. Dolenc, C. Oostenbrink, J. Koller, W. van Gusteren, Nucleic Acids Res. 33, 725-733 (2005). https://doi.org/10.1093/nar/gki195.
T.A. de Oliveira, L.R. Medaglia, E.H. Bechelane Maia, et al. Pharmaceuticals 15, 132 (2022). https://doi.org/10.3390/ph15020132.
A. Hospital, J.R. Goni, M. Orozco, J. L. Gelpi, Adv. Appl. Bioinform. Chem. 8, 37-47 (2015). https://doi.org/10.2147/AABC.S70333.
N. Ahalawat, R.K. Murarka, J. Biomol.Struct. Dyn. 33, 1-13 (2015). https://doi.org/10.1080/07391102.2014.996609.
Y. Fu, J. Zhao, Z. Chen, Comput. Math. Methods Med. 2018, 3502514 (2018). https://doi.org/10.1155/2018/3502514.
K. Goossens, H. De Winter, J. Chem. Inf. Model. 58, 2193-2202 (2018). https://doi.org/10.1021/acs.jcim.8b00639.
J. Loschwitz, O. Olubiyini, J.S. Hub, B. Strodel, H.S. Poojari, PMBTS, 170, 273-403 (2020). https://doi.org/10.1016/bs.pmbts.2020.01.001.
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.
T.J, Yacoub, A.S. Reddy, I. Szleifer, Biophys J. 101, 378-385 (2011). https://doi.org/10.1016/j.bpj.2011.06.015.
A. Kabedev, S. Hossain, M. Hubert, P. Larson, C. Bergstrom, J. Pharm. Sci. 110, 176-185 (2021). https://doi.org/10.1016/j.xphs.2020.10.061.
X. Zheng, D. Wang, W. Xu, S. Cao, Q. Peng, B. Zhong Tang, Mater. Horiz. 6, 2016-2023 (2019). https://doi.org/10.1039/C9MH00906J.
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.
P. S. Orekhov, E. G. Kholina, M. E. Bozdaganyan, A. M. Nesterenko, I.B. Kovalenko, M. G. Strahovskaya, J. Phys. Chem. B 122, 3711-3722 (2018). https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.7b11707.
R.P. Gullapalli, M. Demirel, P.J. Butler, Phys Chem Chem.Phys. 10, 3548-3560 (2008). https://doi.org/10.1039/b716979e.
Y.O. Posokhov, A. Kyrychenko, Biophys. Chem. 235, 9-18 (2018). https://doi.org/10.1016/j.bpc.2018.01.005.
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.
O. Zhytniakivska, East Europian Journal of Physics, 3, 134-140 (2020). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2020-3-17.
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.
N. I. Ercan, P. Stroeve, J.W. Tringe, R. Faller, Langmuir 34, 4314-4323 (2018). https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.8b00372.
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). http://doi.org/10.5281/zenodo.158942.
G. Gorbenko, V. Trusova, T. Deligeorgiev, N. Gadjev, C. Mizuguchi, H. Saito, J. Mol. Liq. 294 111675 (2019). https://doi.org/10.1016/j.molliq.2019.111675.
G. Gorbenko, O. Zhytniakivska, K.Vus, U. Tarabara, V. Trusova, Phys. Chem. Chem. Phys. 23, 14746-14754 (2021). https://doi.org/10.1039/D1CP01359A.
O. Zhytniakivska, U. Tarabara, K.Vus, V. Trusova G. Gorbenko, East. Eur. J. Phys. 2, 19-26 (2019). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2019-2-03.
O. Zhytniakivska, East Europian Journal of Physics, 4, 107-113 (2021). https://doi.org/10.26565/2312-4334-2021-4-12
S.J. Marrink, H.J.C. Berendsen, J. Phys. Chem. 98, 4155-4168 (1994). https://doi.org/10.1021/j100066a040.
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).
