Нанодиск - Nanodisc

Схематическое изображение нанодиска с встроенным 7-трансмембранным белком.
Схематическое изображение нанодиска MSP с 7-трансмембранный встроенный белок. Диаметр около 10 нм. Фотография из Sligar Lab

А нанодиск представляет собой синтетическую модельную мембранную систему, которая помогает в изучении мембранные белки.[1] Он состоит из липидный бислой из фосфолипиды с гидрофобной кромкой, экранированной двумя амфипатический белки. Эти белки называются белками мембранных каркасов (MSP) и образуют двойной пояс.[2][3][4] Нанодиски структурно очень похожи на дискоидальные. липопротеины высокой плотности (HDL) и MSP являются модифицированными версиями аполипопротеин A1 (апоА1), основной компонент ЛПВП. Нанодиски полезны при изучении мембранные белки потому что они могут солюбилизировать и стабилизировать мембранные белки[5] и представляют собой более естественную среду, чем липосомы, моющее средство мицеллы, двуцеллы и амфиполы.

Искусство создания нанодисков прогрессировало, используя только MSP и липиды для создания частиц, что привело к альтернативным стратегиям, таким как пептидные нанодиски, которые используют более простые белки и синтетические нанодиски, которые не нуждаются в каких-либо белках для стабилизации.

Нанодиск MSP

Оригинальный нанодиск был произведен производными апоА1 MSP с 2002 года.[2] Размер и стабильность этих дисков зависят от размера этих белков, который можно регулировать путем усечения и слияния. Как правило, белки MSP1 состоят из одного повтора, а белки MSP2 имеют двойной размер.[6][7]

Пептидный нанодиск

В пептидных нанодисках липидный бислой скринируется с помощью амфипатический пептиды вместо двух MSP. Пептидные нанодиски структурно похожи на нанодиски MSP, и пептиды также выстраиваются в двойной пояс. Они могут стабилизировать мембранные белки,[8] но есть выше полидисперсность и структурно менее стабильны, чем нанодиски MSP. Однако недавние исследования показали, что димеризация[9] и полимеризация[10] пептидов делают их более стабильными.

Синтетический нанодиск

Другой способ имитации нативной липидной мембраны: синтетические полимеры. Сополимеры стирола и малеиновой кислоты (SMA)[11] и диизобутилен-малеиновая кислота (DIBMA)[12] такие синтетические полимеры. Они могут солюбилизировать мембранные белки непосредственно из клетки или сырой экстракт. Было обнаружено, что все синтетические полимеры, содержащие группы стирола и малеиновой кислоты, могут солюбилизировать белки.[13].

использованная литература

  1. ^ Лишевски, Кэти (1 октября 2015 г.). «Рассмотрение структуры мембранных белков». Новости генной инженерии и биотехнологии. 35 (17): 16–18, 21. Дои:10.1089 / gen.35.07.09. Нанодиски представляют собой самособирающиеся наноразмерные бислои фосфолипидов, которые стабилизируются с помощью сконструированных белков мембранного каркаса.(требуется подписка)
  2. ^ а б Bayburt, T. H .; Гринькова, Ю.В .; Слигар, С. Г. (2002). «Самосборка дискоидных фосфолипидных двухслойных наночастиц с белками мембранного каркаса». Нано буквы. 2 (8): 853–856. Дои:10.1021 / nl025623k.
  3. ^ Bayburt, T.H .; Слигар, С.Г. (2010). «Сборка мембранных белков в нанодиски». Письма FEBS. 584 (9): 1721–1727. Дои:10.1016 / j.febslet.2009.10.024. ЧВК  4758813. PMID  19836392.
  4. ^ Skar-Gislinge, N .; Simonsen, J.B .; Мортенсен, К .; Feidenhans'l, R .; Sligar, S.G .; Lindberg Møller, B .; Bjørnholm, T .; Арлет, Л. (2010). «Эллиптическая структура фосфолипидных двухслойных нанодисков, инкапсулированных каркасными белками: роль липидов и белка». Журнал Американского химического общества. 132 (39): 13713–22. Дои:10.1021 / ja1030613. ЧВК  4120756. PMID  20828154.
  5. ^ Денисов, И.Г .; Слигар, С. Г. (2011). «Цитохромы P450 на нанодисках». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Белки и протеомика. 1814 (1): 223–229. Дои:10.1016 / j.bbapap.2010.05.017. ЧВК  2974961. PMID  20685623.
  6. ^ Денисов И.Г .; Гринькова Ю.В.; Лазаридес, AA; Слигар, С. Г. (24 марта 2004 г.). «Направленная самосборка монодисперсных фосфолипидных двухслойных нанодисков с контролируемым размером». Журнал Американского химического общества. 126 (11): 3477–87. Дои:10.1021 / ja0393574. PMID  15025475.
  7. ^ Гринькова Ю.В.; Денисов И.Г .; Слигар, С.Г. (ноябрь 2010 г.). «Разработка протеинов расширенного мембранного каркаса для самосборки растворимых наноразмерных липидных бислоев». Разработка, дизайн и отбор белков: PEDS. 23 (11): 843–8. Дои:10.1093 / белок / gzq060. ЧВК  2953958. PMID  20817758.
  8. ^ Midtgaard, S.R .; Pedersen, M.C .; Kirkensgaard, J.J.K .; Соренсен, К.К .; Мортенсен, К .; Jensen, K.J .; Арлет, Л. (2016). «Самособирающиеся пептиды образуют нанодиски, которые стабилизируют мембранные белки». Мягкая материя. 10 (5): 738–752. Дои:10.1039 / c3sm51727f. PMID  24651399.
  9. ^ Larsen, A.N .; Соренсен, К.К .; Johansen, N.T .; Martel, A .; Kirkensgaard, J.J.K .; Jensen, K.J .; Арлет, L; Мидтгаард, С. Рой (2016). «Димерные пептиды с тремя разными линкерами самоорганизуются с фосфолипидами с образованием пептидных нанодисков, которые стабилизируют мембранные белки». Мягкая материя. 12 (27): 5937–5949. Дои:10.1039 / c6sm00495d. PMID  27306692.
  10. ^ Кондо, Н; Икеда, К; Накано, М (2016). «Формирование устойчивых к денатурации липидных нанодисков контролируемого размера амфифильным самополимеризирующимся пептидом». Коллоиды и поверхности B: биоинтерфейсы. 146: 423–430. Дои:10.1016 / j.colsurfb.2016.06.040. PMID  27393815.
  11. ^ Ноулз, Тимоти Дж .; Финка, Рэйчел; Смит, Коринн; Линь, Ю-Пин; Даффорн, Тим; Overduin, Майкл (2009-06-10). «Мембранные белки, солюбилизированные интактными в липидсодержащих наночастицах, связанных сополимером стирола и малеиновой кислоты». Журнал Американского химического общества. 131 (22): 7484–7485. Дои:10.1021 / ja810046q. ISSN  0002-7863. PMID  19449872.
  12. ^ Олуволе, Авраам Олусегун; Клинглер, Йоханнес; Даниэльчак, Варфоломей; Бабалола, Джонатан Ойебамиджи; Варгас, Кэролайн; Пабст, Георг; Келлер, Сандро (2017-12-06). «Формирование липид-бислойных нанодисков сополимером диизобутилен / малеиновая кислота (DIBMA)». Langmuir. 33 (50): 14378–14388. Дои:10.1021 / acs.langmuir.7b03742. ISSN  0743-7463. PMID  29160078.
  13. ^ «Диизобутилен-малеиновая кислота (ДИБМА)». Куб Биотех. Получено 2019-02-21.

внешние ссылки

дальнейшее чтение

Роос, С; Кай, Л; Haberstock, S; Proverbio, D; Ghoshdastider, U; Может; Филипек, S; Ван, Х; Dötsch, V; Бернхард, Ф (2014). «Высокоуровневая бесклеточная продукция мембранных белков с нанодисками». Бесклеточный синтез белка. Методы молекулярной биологии. 1118. С. 109–30. Дои:10.1007/978-1-62703-782-2_7. ISBN  978-1-62703-781-5. PMID  24395412.

Роос, С; Кай, Л; Proverbio, D; Ghoshdastider, U; Филипек, S; Dötsch, V; Бернхард, Ф (2013). «Ко-трансляционная ассоциация внеклеточных экспрессируемых мембранных белков с поставляемыми липидными бислоями». Молекулярная мембранная биология. 30 (1): 75–89. Дои:10.3109/09687688.2012.693212. PMID  22716775.

Ritchie, T. K .; Гринькова, Ю.В .; Bayburt, T. H .; Денисов, И.Г .; Zolnerciks, J. K .; Аткинс, У. М .; Слигар, С. Г. (2009). «Глава 11 Восстановление мембранных белков в фосфолипидных бислойных нанодисках». Методы в энзимологии Том 464. Методы в энзимологии. 464. С. 211–231. Дои:10.1016 / S0076-6879 (09) 64011-8. ISBN  9780123749697. ЧВК  4196316. PMID  19903557.

Kijac, A .; Shih, A. Y .; Nieuwkoop, A.J .; Schulten, K .; Sligar, S.G .; Риенстра, К. М. (2010). «Липид-белковые корреляции в наноразмерных фосфолипидных бислоях, определяемые твердотельным ядерным магнитным резонансом». Биохимия. 49 (43): 9190–9198. Дои:10.1021 / bi1013722. ЧВК  3136391. PMID  20804175.

Bayburt, T. H .; Слигар, С. Г. (2010). «Сборка мембранных белков в нанодиски». Письма FEBS. 584 (9): 1721–1727. Дои:10.1016 / j.febslet.2009.10.024. ЧВК  4758813. PMID  19836392.

Моррисси, Дж. Н .; Пуреза, В .; Дэвис-Харрисон, Р. Л .; Sligar, S.G .; Rienstra, C.M .; Kijac, A. Z .; Окубо, Ю. З .; Тайхоршид, Э. (2009). «Взаимодействие белков с мембраной: свертывание крови на наноразмерных бислоях». Журнал тромбоза и гемостаза. 7 (Дополнение 1): 169–172. Дои:10.1111 / j.1538-7836.2009.03390.x. ЧВК  2839880. PMID  19630793.

Shih, A. Y .; Sligar, S.G .; Шультен, К. (2009). «Созревание липопротеинов высокой плотности». Журнал интерфейса Королевского общества. 6 (39): 863–871. Дои:10.1098 / rsif.2009.0173. ЧВК  2805102. PMID  19570799.

Das, A .; Zhao, J .; Schatz, G.C .; Sligar, S.G .; Ван Дайн, Р. П. (2009). «Скрининг связывания лекарственных средств типа I и II с цитохромом P450-3A4 человека на нанодисках с помощью спектроскопии локализованного поверхностного плазмонного резонанса». Аналитическая химия. 81 (10): 3754–3759. Дои:10.1021 / ac802612z. ЧВК  4757437. PMID  19364136.

Ших А.Ю., Фреддолино П.Л., Архипов А., Слигар С.Г., Шультен К. (2008) Молекулярное моделирование структурных свойств и образования частиц липопротеинов высокой плотности Current Topics in Membranes 60, 313-342. ISBN  978-0-12-373893-6

Голуч, Э. Д .; Shaw, A. W .; Sligar, S.G .; Лю, К. (2008). «Микрожидкостное моделирование липидных бислоев нанодисков и мультиплексный анализ взаимодействия белков». Лаборатория на чипе. 8 (10): 1723–1728. Дои:10.1039 / b806733c. PMID  18813396.

Zhao, J .; Das, A .; Чжан, X .; Schatz, G.C .; Sligar, S.G .; Ван Дайн, Р. П. (2006). «Резонансная поверхностная плазмонная спектроскопия: связывание низкомолекулярного субстрата с цитохромом P450». Журнал Американского химического общества. 128 (34): 11004–11005. Дои:10.1021 / ja0636082. PMID  16925400.

Borch, J .; Torta, F .; Sligar, S.G .; Рёпсторф, П. (2008). «Нанодиски для иммобилизации липидных бислоев и мембранных рецепторов: кинетический анализ связывания холерного токсина с гликолипидным рецептором». Аналитическая химия. 80 (16): 6245–6252. Дои:10.1021 / ac8000644. PMID  18616345.

Моррисси, Дж. Н .; Пуреза, В .; Дэвис-Харрисон, Р. Л .; Sligar, S.G .; Окубо, Ю. З .; Тайхоршид, Э. (2008). «Реакции свертывания крови на наноразмерных бислоях фосфолипидов». Исследование тромбоза. 122 (Приложение 1): S23 – S26. Дои:10.1016 / S0049-3848 (08) 70014-8. ЧВК  2836762. PMID  18691494.

Марин, В. Л .; Bayburt, T. H .; Sligar, S.G .; Мрксич, М. (2007). «Функциональные анализы белков, связанных с мембраной, с помощью масс-спектрометрии SAMDI-TOF». Angewandte Chemie International Edition. 46 (46): 8796–8798. Дои:10.1002 / anie.200702694. ЧВК  2790068. PMID  17943935.

Kijac, A. Z .; Li, Y .; Sligar, S.G .; Риенстра, К. М. (2007). «Твердотельная ЯМР-спектроскопия с вращением под магическим углом для нанодисков CYP3A4 человека». Биохимия. 46 (48): 13696–13703. Дои:10.1021 / bi701411g. ЧВК  2571072. PMID  17985934.

Shih, A. Y .; Архипов, А .; Freddolino, P.L .; Sligar, S.G .; Шультен, К. (2007). «Сборка липидов и белков в липопротеиновые частицы». Журнал физической химии B. 111 (38): 11095–11104. Дои:10.1021 / jp072320b. PMID  17696388.

Shih, A. Y .; Freddolino, P.L .; Sligar, S.G .; Шультен, К. (2007). «Разборка нанодисков с помощью Cholate». Нано буквы. 7 (6): 1692–1696. Дои:10.1021 / nl0706906. PMID  17503871.

Bayburt, T. H .; Leitz, A. J .; Xie, G .; Опрян, Д. Д .; Слигар, С. Г. (2007). «Активация трансдуцина наноразмерными липидными бислоями, содержащими один и два родопсина». Журнал биологической химии. 282 (20): 14875–14881. Дои:10.1074 / jbc.M701433200. PMID  17395586.

Nath, A .; Аткинс, У. М .; Слигар, С. Г. (2007). «Применение фосфолипидных бислойных нанодисков в изучении мембран и мембранных белков †». Биохимия. 46 (8): 2059–2069. Дои:10.1021 / bi602371n. PMID  17263563.