Glyceriden

23.2 Inverse bicontinuous kubieke fasen in phosphoglyceride–cholesterol mengsels: Cholesterol als een inducer van biomembrane fusion en endocytose

Het werd uitgelegd in Paragraaf 22.3, over lipide polymorfisme en de vaststelling van nonlamellar mesostructural topologie, dat cholesterol functies als een belangrijke component (naast bepaalde glyceriden) in “lipide-gecoat microbellen (LCM)/nanodeeltje-afgeleide” nanoemulsion formuleringen (vgl. Punten 17.1, 19.1, 21.2 en 22.2). Deze sleutelrol van cholesterol is consistent met gepubliceerde gegevens van verwante experimentele studies waarin cholesterol werd gevonden om bilagen van sommige gemeenschappelijke biologische fosfoglyceriden te destabiliseren, en om de vorming van nietlamellaire lipidefasen (b.v., Ref. ). Ook werd eerder vermeld, in Paragraaf 23.1, dat Nieva et al. toonde een directe correlatie aan tussen lipide bilaagsamenstellingen die een optimale membraanfusie geven en die welke leiden tot de vorming van een inverse bicontinu kubieke fase, geïdentificeerd door röntgendiffractie (cf. Ref. ). Bovendien, in dezelfde bovenstaande sectie, werd erop gewezen dat metingen door Basanez et al. van membraanfusiesnelheden (d.w.z., inhoud mengen van hun liposomen) vertonen een maximum bij de lamellaire-isotrope (q224 kubieke) overgangstemperatuur. Deze onderzoekers beweren dat hun verschillende bevindingen dienen als bewijs van de betrokkenheid van omgekeerde lipidestructuren, zoals omgekeerde bicontinue kubieke fasen, in het proces van membraanfusie .

uit alle hierboven samengevatte experimentele Bevindingen en fysisch-chemische argumenten kan redelijkerwijs worden verwacht dat in de experimentele literatuur relevante gegevens worden gevonden die als volgt een duidelijke indicatie zouden geven: cholesterol induceert de vorming van inverse kubieke fasen in mengsels met biologische fosfoglyceriden en functioneert derhalve waarschijnlijk als promotor van biomembrane fusion. Met deze verwachting in het achterhoofd, is het nuttig om een recente publicatie van Tenchov et al. waaruit direct bewijs blijkt, uit röntgendiffractie, dat cholesterol de vorming van inverse bicontinu kubieke fasen in mengsels met onverzadigde fosfatidylcholines (PCs) induceert. Deze onderzoekers wijzen erop dat deze bevinding een nieuw, eerder onbeschreven effect (zie hieronder) van cholesterol is dat belangrijke implicaties voor zijn rol in biomembrane fusie kan hebben. Zij verklaren dat de PCs de belangrijkste fosfolipidenklasse in biologische membranen zijn en, in tegenstelling tot phosphatidylethanolamines (PEs), de membraanpcs “niet-fusogene” lipiden zijn. De PCs kunnen op zichzelf geen inverse fases vormen, terwijl een inverse fasevormend vermogen gecorreleerd is met gevoeligheid voor membraanfusie (cf. Ref. ). Tenchov et al. handhaven is het, dus, van duidelijk belang dat mengsels van onverzadigde pc ‘ s met een andere belangrijke biologische membraanlipide, cholesterol, gemakkelijk in een omgekeerde bicontinu kubieke fase kan veranderen. Zij beweren verder dat deze bevinding zeker vermindert, en verlicht, op een nieuwe manier de vereisten voor de aanwezigheid van “fusogenic,” inverse-fasevormende lipiden die een membraanfusogenic kunnen maken. Omdat de vorming van bicontinue inverse cubic phases nauw gecorreleerd is met lipidemembraan fusie , impliceren hun resultaten dat een (biologisch of model) membraan geen grote hoeveelheden PE nodig heeft om fusogeen te zijn; als alternatief kunnen hoge concentraties cholesterol, zoals die in plasmamembranen, ervoor zorgen dat een fusie-refractair lipide fusogeen wordt . (Tenchov et al. opmerking dat deze situatie verenigbaar is met de bekende effecten van cholesterol op virale fusie en met de gerapporteerde behoefte aan cholesterol voor snelle en efficiënte fusie zoals betrokken bij zee-egels corticale korrelfusie en exocytose .)

Tenchov et al. wijs er ook op dat de vorming van de kubieke fase in (onverzadigde) PC/cholesterolmengsels een aantal kenmerken vertoonde die sterk lijken op die welke eerder voor PE-dispersies werden waargenomen (cf. Ref. ). Voor beide soorten dispersies, worden de kubieke fasen nauw geassocieerd met de lamellaire-aan-inverse hexagonale faseovergang, en hun vorming wordt het gemakkelijkst veroorzaakt door het koelen van de inverse hexagonale fase. Een andere gemeenschappelijke eigenschap van deze PE en PC/cholesterol (inverse) kubieke fasen is dat hun vorming wordt versneld, en kan overgaan tot voltooiing, in voldoende verdunde lipide dispersies alleen. (Vanwege hun specifieke geometrische structuur hebben de inverse biccontinu kubieke ruimten voor hun ontwikkeling waterige volumes nodig die veel groter zijn dan de zogenaamde limiet voor overtollig water die nodig is voor volledige hydratatie van de lipide polaire groepen (cf. Ref. ). Bovendien kunnen de PC/cholesterol lipide/water systemen, vergelijkbaar met de PEs, alle drie soorten inverse bicontinu cubic phases, Im3m, Pn3m en Ia3d vormen, afhankelijk van het lipidengehalte in de dispersie. Deze onderzoekers stellen dat met het verhogen van het lipidengehalte van 10% naar 50% (w/v), de (onverzadigde) PC/cholesterol lipide / water systemen een kubieke fase sequentie Im3m → Pn3m → Ia3d, consistent met een afnemende watergehalte van deze drie fasen . (Deze auteurs merken op dat, in overeenstemming met eerdere bevindingen van Templer et al. deze fasevolgorde lijkt universeel te zijn, hoewel niet alle drie de omgekeerde bicontinu kubieke fasen noodzakelijkerwijs in een bepaald lipide/watersysteem moeten voorkomen.)

ten slotte, Tenchov et al. leg uit dat in ternaire (lipide) mengsels, verzadigde pc ‘ s en sphingomyeline bekend zijn om te verdelen, samen met cholesterol, in vloeistof-geordende domeinen. Hun resultaten suggereren dat onverzadigde pc ‘ s, die van deze stijve domeinen worden uitgesloten, afzonderlijke fusogene domeinen met cholesterol kunnen vormen.

dergelijke dubbele effecten van cholesterol kunnen het schijnbaar paradoxale vermogen van celmembranen verklaren om tegelijkertijd stijve, laag-kromme “vlot” – achtige patches te vormen, terwijl ze nog steeds in staat zijn om facile membraanfusie te ondergaan—zoals bij endocytose . (Deze auteurs becommentariëren ook dat de tetracyclische ringstructuur van cholesterol stijf is, en daarom dicteert de locatie van de hydroxylgroep de overheersende oriëntatie van het molecuul in een membraanbilaag. Zij merken verder op dat cholesterol het unieke kenmerk onder membraanlipiden van snel flip-flopping heeft, en wegens zijn kleine (en nonionic) hoofdgroep, wordt een negatieve kromming gemakkelijker gemaakt door een accumulatie van cholesterol. Dit vergemakkelijkt het buigen, een essentieel kenmerk voor celmembranen, maar vooral voor die die in communicatie zijn met het celoppervlak membraan .) In het licht van alle voorgaande argumenten, het significante aandeel van cholesterol in “LCM/nanodeeltjes-afgeleide” nanoemulsieformuleringen (cf. De punten 17.1, 19.1, 21.2 en 22.2) kunnen dienovereenkomstig een moleculaire basis verschaffen voor toegevoegde fysisch-chemische facilitering (zie hieronder) van de receptorgemedieerde endocytose van “disperged lipide-mesophase nanoparticles” die eerder is beschreven (Zie Rubriek 20.3; cf. Hoofdstuk 16-19).

Leave A Comment