glycerider

23.2 Inverse bicontinuøse kubiske faser i phosphoglycerid–cholesterolblandinger: kolesterol som en inducer af biomembranfusion og endocytose

det blev forklaret i afsnit 22.3 vedrørende lipidpolymorfisme og vedtagelsen af ikke-lamellær mesostrukturel topologi, at kolesterol fungerer som en anden vigtig komponent (udover visse glycerider) i “lipidovertrukket mikrobobler (LCM)/nanopartikel-afledte” Nanoemulsionsformuleringer (jf. Afsnit 17.1, 19.1, 21.2 og 22.2). Denne nøglerolle af kolesterol er i overensstemmelse med offentliggjorte data fra relaterede eksperimentelle undersøgelser, hvor kolesterol viste sig at destabilisere dobbeltlag af nogle almindelige biologiske phosphoglycerider og inducere dannelsen af ikke-lamellære lipidfaser (f.eks. ). Det blev også nævnt tidligere i afsnit 23.1, at Nieva et al. demonstreret en direkte sammenhæng mellem lipiddobbeltlagssammensætninger, der giver optimal membranfusion og dem, der fører til dannelsen af en invers bicontinuerlig kubisk fase, identificeret ved røntgendiffraktion (jf. Ref. ). Desuden blev det i samme ovenstående afsnit påpeget, at målinger foretaget af Basanes et al. af membranfusionshastigheder (dvs.indholdsblanding af deres liposomer) viser et maksimum ved den lamellære-til-isotrope (224 kubik) overgangstemperatur. Disse efterforskere hævder, at deres forskellige fund tjener som bevis for involvering af inverterede lipidstrukturer, såsom inverse bicontinuøse kubiske faser, i processen med membranfusion .

ud fra alle de ovenfor opsummerede eksperimentelle fund og fysisk-kemiske argumenter, der betragtes sammen, kan man med rimelighed forvente at finde relevante data i den eksperimentelle litteratur, der giver en klar indikation som følger: kolesterol inducerer dannelsen af inverse kubiske faser i blandinger med biologiske phosphoglycerider og fungerer derfor sandsynligvis som en promotor for biomembranfusion. Med denne forventning i tankerne er det nyttigt at gennemgå detaljeret en nylig publikation af Tenchov et al. som præsenterer direkte bevis fra røntgendiffraktion, at kolesterol inducerer dannelsen af inverse bicontinuerlige kubiske faser i blandinger med umættede phosphatidylcholiner (PCs). Disse efterforskere påpeger, at dette fund er en ny, tidligere ubeskrevet effekt (se nedenfor) af kolesterol, der kan have vigtige konsekvenser for dets rolle i biomembranfusion. De forklarer, at Pc ‘erne er den største phospholipidklasse i biologiske membraner, og i modsætning til phosphatidylethanolaminer (PEs) er membran-Pc’ erne “nonfusogene” lipider. Pc ‘ erne kan ikke danne inverse faser af sig selv, hvorimod en invers faseformende evne er korreleret med modtagelighed for membranfusion (jf. Ref. ). Tenchov et al. opretholde det er således af klar interesse, at blandinger af umættede pc ‘ er med et andet stort biologisk membranlipid, kolesterol, let kan omdannes til en invers bicontinuerlig kubisk fase. De hævder endvidere, at dette fund helt sikkert reducerer og belyser på en ny måde kravene til tilstedeværelsen af “fusogene” inversfaseformende lipider, der er i stand til at gøre en membranfusogen. Fordi dannelsen af bicontinuøse inverse kubiske faser er tæt korreleret med lipidmembranfusion , antyder deres resultater, at en (biologisk eller model) membran ikke behøver at have store mængder PE for at være fusogen; alternativt kan høje koncentrationer af kolesterol, som dem, der findes i plasmamembraner, forårsage, at et fusion-ildfast lipid bliver fusogent . (Tenchov et al. kommenter, at denne situation er forenelig med de kendte virkninger af kolesterol på viral fusion og med det rapporterede krav om kolesterol til hurtig og effektiv fusion som involveret i søpindsvin kortikal granulatfusion og eksocytose .)

Tenchov et al. påpeg også, at kubisk fasedannelse i (umættede) PC/kolesterolblandinger viste en række funktioner, der ligner meget dem, der tidligere blev observeret for PE-dispersioner (jf. Ref. ). For begge former for dispersioner er de kubiske faser tæt forbundet med den lamellære til inverse sekskantede faseovergang, og deres dannelse induceres lettest ved afkøling af den inverse sekskantede fase. En anden almindelig egenskab ved disse PE-og PC/cholesterol (inverse) kubiske faser er, at deres dannelse accelereres og kun kan fortsætte til færdiggørelse i tilstrækkeligt fortyndede lipiddispersioner. (På grund af deres specifikke geometriske struktur kræver de inverse bicontinuerlige kubiske rum vandige volumener til deres udvikling, der er meget større end den såkaldte overskydende vandgrænse, der er nødvendig for fuld hydrering af de lipidpolære grupper (jf. Ref. ).) Desuden ligner PES, PC / kolesterol lipid / vand systemer er i stand til at danne alle tre slags inverse bicontinuous kubiske faser, Im3m, Pn3m og ia3d, afhængigt af lipidindholdet i dispersionen. Disse efterforskere anfører, at med stigende lipidindhold fra 10% til 50% (vægt/v) viste de (umættede) PC/kolesterollipid/vandsystemer en kubisk fasesekvens Im3m ren Pn3m ren Ia3d, i overensstemmelse med et faldende vandindhold i disse tre faser . (Disse forfattere bemærker, at i overensstemmelse med tidligere fund fra Templer et al. , denne fasesekvens ser ud til at være universel, skønt ikke alle tre inverse bicontinuerlige kubiske faser nødvendigvis skal vises i et givet lipid/vandsystem.)

endelig Tenchov et al. forklar, at i ternære (lipid) blandinger er mættede pc ‘ er og sphingomyelin kendt for at opdele sammen med kolesterol i væskeordnede domæner. Deres resultater antyder, at umættede pc ‘ er, som er udelukket fra disse stive domæner, kunne danne separate fusogene domæner med kolesterol.

sådanne dobbelte virkninger af kolesterol kan forklare cellemembranernes tilsyneladende paradoksale evne til samtidig at danne stive, lavkrummende “tømmerflåde”-lignende pletter, mens de stadig er i stand til at gennemgå let membranfusion-som i endocytose . (Disse forfattere kommenterer også, at kolesterolets tetracykliske ringstruktur er stiv, og derfor dikterer placeringen af hydroksylgruppen den overvejende orientering af molekylet i et membran-dobbeltlag. De bemærker endvidere, at kolesterol har den unikke egenskab blandt membranlipider med hurtig flip-flopping, og på grund af sin lille (og ikke-ioniske) hovedgruppe gøres en negativ krumning lettere ved en ophobning af kolesterol. Dette letter bøjning, et væsentligt kendetegn for cellemembraner, men især for dem, der er i kommunikation med cellens overflademembran .) I betragtning af alle de foregående argumenter er den signifikante andel af kolesterol i “LCM/nanopartikel-afledte” nanoemulsionsformuleringer (jf. Afsnit 17.1, 19.1, 21.2 og 22.2) kan følgelig tilvejebringe et molekylært grundlag for tilsat fysisk-kemisk facilitering (se nedenfor) af den receptormedierede endocytose af “dispergerede lipid-mesofase nanopartikler” beskrevet tidligere (Se afsnit 20.3; jf. Kapitel 16-19).

Leave A Comment