Des procédures de fabrication et des mesures de biréfringence pour concevoir Ion Lanthanide magnétiquement sensibles phospholipides assemblées de chélation

Bicelles sont des assemblages de type disque polymoléculaire provenant de nombreux mélanges de lipides. ^{1 , 2 , 3 , 4 , 5} ils sont largement utilisés pour la caractérisation structurale des biomolécules de membrane par spectroscopie RMN. ^{6 , 7} Toutefois, les efforts récents visent à élargir le champ d’applications possibles. ^{5 , 8 , 9} le système de bicelle plus étudié est composé d’un mélange de 1, 2-dimyristoyl –sn– glycéro-3-phosphocholine (DMPC), constituant la partie plane de l’Assemblée et 1, 2-dihexanoyl –sn– glycéro-3-phosphocholine (DHPC) phospholipides qui couvre le bord. ^{1 , 2 , 3} la géométrie moléculaire des phospholipides composer la bicouche dicter l’architecture de la structure polymoléculaire auto-assemblés. ^{4 , 5} remplacement DHPC avec DMPE-DTPA génère systèmes hautement magnétiquement sensibles et accordables bicelle. ^{10 , 11} DMPC/DMPE-DTPA/Ln^{3 +} (rapport molaire 4:1:1) bicelles associé avec beaucoup plus d’ions paramagnétiques lanthanide (Ln^{3 +}) sur la surface de la bicouche, ayant pour résultat une réponse magnétique accrue. ¹⁰ par ailleurs, en remplaçant les molécules solubles dans l’eau de DHPC avec DMPE-DTPA/Ln^{3 +} permet la formation de bicelles résistant à la dilution. ¹¹

L’alignability magnétique des polymoléculaire planes assemblées est dicté par leur énergie magnétique dans l’ensemble,

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où B est l’intensité du champ magnétique, la n magnétique constant, le nombre d’agrégation et l’anisotropie de la susceptibilité diamagnétique moléculaire des lipides composer la bicouche. Par conséquent, la réponse de DMPC/DMPE-DTPA/Ln^{3 +} bicelles aux champs magnétiques est adaptée par leur taille (nombre total n) et le Δχ d’anisotropie moléculaire susceptibilité diamagnétique. Celle-ci est facilement obtenue en changeant la nature de la Ln chélatés^{3 +}. ^{12 , 13 , 14 , 15} présentation cholestérol (Chol-OH) ou autres dérivés de stéroïdes dans la bicouche offre la possibilité de régler aussi bien le nombre total n et le Δχ de la susceptibilité magnétique des assemblées. ^{11 , 16 , 17 , 18 , 19} pour une composition lipidique donnée, plus grandes assemblées contiennent plus de lipides pouvant contribuer à l’E-_mag (plus gros agrégat nombre n), résultant en des espèces plus réglable. La taille de DMPC/DHPC bicelles, par exemple, est conventionnellement contrôlée grâce à l’optimisation de la concentration composition de ratio ou total des lipides. ^{20 , 21 , 22} même si cela est possible en DMPC/DMPE-DTPA/Ln^{3 +} bicelles, leur transformation thermo réversible de bicelle aux vésicules par chauffage offres ajouté des options de personnalisation. Les moyens mécaniques tels que l’extrusion à travers des filtres de membrane permet de façonner des vésicules. Les bicelles magnétique réglable sont régénérées après refroidissement à 5 ° C et leurs dimensions sont dictées par les précurseurs de la vésicule. ¹¹ Herein, nous nous concentrons sur le potentiel des procédures de fabrication mécanique avec DMPC/DMPE-DTPA/Tm^{3 +} (rapport molaire 4:1:1) ou DMPC/Chol-OH/DMPE-DTPA/Tm^{3 +} (rapport molaire 16:4:5:5) sous forme de systèmes de référence. Le processus fonctionne par analogie lorsque vous travaillez avec autres Ln^{3 +} que Tm^{3 +}. Le large éventail des possibilités offertes par ces techniques sont mises en évidence dans la Figure 1 et largement discutées ailleurs. ²³

Figure 1 : aperçu schématique des procédures de fabrication possible. Étudiés par magnétisme réglable Ln^{3 +} chélateur polymoléculaire assemblées sont composées de deux DMPC/DMPE-DTPA/Tm^{3 +} (rapport molaire 4:1:1) ou DMPC/Chol-OH/DMPE-DTPA/Tm^{3 +} (rapport molaire 16:4:5:5). Le film lipidique sec est hydraté avec une mémoire tampon au phosphate 50 mM à un pH de 7,4 et la concentration de lipides totaux est de 15 mM. Une hydratation efficace du film lipidique nécessite soit gel dégel cycles (FT) ou chauffage et refroidissement des cycles (H & C). H & C cycles sont nécessaires pour régénérer les échantillons après le dernier gel dégel étape, ou pour régénérer les échantillons congelés pendant une période prolongée de temps s’ils doivent être utilisés sans davantage d’extrusion. Ces étapes sont longuement débattus par Isabettini et al. ²³ polymoléculaire au maximum réglable assemblées soient atteints, livrant des architectures assembly différent basés sur la composition des lipides. La taille de bicelle et alignability magnétique est accordable par extrusion (Ext) à travers des filtres de membrane nanopore. L’alignement présenté facteurs A_f ont été calculées de 2D petit angle neutron scattering (San) modèles d’un DMPC/Chol-OH/DMPE-DTPA/Tm^{3 +} (rapport molaire 16:4:5:5) échantillon extrudé à travers soit 800, 400, 200 ou 100 nm pores. SANS mesures sont un moyen complémentaire de quantifier l’alignement de bicelle qui ne sera pas couvert plus en détail ci-après. ^{11 , 16} A la_f varie entre -1 (diffusion de neutrons parallèle ou perpendiculaire alignement de le bicelles à l’égard de la direction du champ magnétique) et 0 pour la diffusion isotrope.S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

La structure de bicelles a été étudiée par un large éventail de techniques de caractérisation. ¹³ l’alignement de bicelles exposés à un champ magnétique a été quantifiée à l’aide de la spectroscopie RMN ou expériences de diffusion (San) de neutrons petit angle. ^{5 , 10 , 11 , 12 , 13 , 16 , 17 , 18 , 19 , 24 , 25} Toutefois, le déplacement et l’élargissement des pics NMR qui se produisent en présence de Ln^{3 +} sont la méthode de sérieuses limites. ^{15 , 26 , 27 , 28} bien que SANS expériences ne souffrent pas de cette limitation, alternative et des techniques plus accessibles sont souhaitables pour la quantification systématique de l’alignement magnétique induit des assemblys dans la solution. Les mesures de biréfringence sont une alternative viable et relativement simple. Par analogie à des expériences RMN, mesures de biréfringence révèlent des renseignements précieux sur les réarrangements de lipides et de phases lipidiques qui se produisent dans la bicouche. En outre, les transformations géométriques qui se produisent dans l’assembly polymoléculaire avec l’évolution des conditions environnementales comme la température sont contrôlées. ^{11 , 12 , 13 , 16} Δn′ de biréfringence induite par magnétisme a été utilisé pour étudier les différents types de systèmes de phospholipides. ^{13 , 29 , 30} mesures de biréfringence basées sur la technique de modulation de phase dans un champ magnétique est une méthode viable pour détecter l’orientation de bicelles. ^{12 , 16 , 18 , 29 , 31 , 32} la possibilité d’enquêter sur les bicelles avec la biréfringence dans des champs magnétiques élevés jusqu’à 35 T a aussi été démontrée par Laura M. et al. ¹³

Lorsque la lumière polarisée entre dans un matériau anisotrope, il va être réfracté dans une vague ordinaire et extraordinaire. ¹¹ les deux ondes ont des vitesses différentes et sont décalés en phase par un retard δ. Le degré de retard δ est mesuré et converti en un signal de biréfringence pour quantifier le degré d’anisotropie dans la matière à l’aide

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où λ est la longueur d’onde du laser et d est l’épaisseur de l’échantillon. Les phospholipides sont optiquement anisotropes et leur axe optique coïncide avec leurs haches longtemps moléculaires, parallèles à la queue d’hydrocarbure. ^{11 , 12} aucun retard n’est mesuré si les phospholipides sont orientées au hasard dans la solution. Un retard est mesuré lorsque les phospholipides sont alignés parallèlement les uns aux autres. La biréfringence magnétique induite peut avoir un signe positif ou négatif selon l’orientation des molécules dans le champ magnétique ; Voir la Figure 2. Phospholipides alignés parallèlement à l’axe des abscisses donnera lieu à un négatif , même si ces alignés le long de l’axe z positif . Aucun biréfringence n’est observée lorsque l’axe optique coïncide avec la direction de propagation de lumière comme le phospholipide s’aligne parallèlement à l’axe y.

Figure 2 : Alignement des phospholipides et signe correspondant de la biréfringence magnétique induite . Le signe des dépend de l’orientation des phospholipides dans le champ magnétique. Les lignes pointillées indiquent l’axe optique de la molécule. La lumière est polarisée à 45° et se propage dans la direction y. Le champ magnétique B est dans la direction z. Ce chiffre a été modifié par M. Laura. ¹¹ s’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Dans le cas d’une suspension colloïdale isotrope de bicelles, l’orientation induite par l’arrangement des phospholipides dans la bicouche sera perdue, remise à zéro de l’arriération δ. Le bicelles doit également aligner afin d’orienter les phospholipides optiquement actifs dans leurs bicouches, provoquant un retard δ de la lumière polarisée. En conséquence, la biréfringence est un outil sensible pour quantifier l’alignability magnétique des assemblées polymoléculaire. Bicelles alignés perpendiculairement au champ magnétique permettra d’obtenir un positif , tandis que ceux alignés parallèlement donnera un négatif . Le signe dépend de l’alignement de l’installation et peut être vérifié auprès d’un échantillon de référence.