Нанодиск

Нанодиск представляет собой синтетическую модель мембранной системы, которая помогает в изучении мембранных белков . ^{[ 1 ]} Нанодиски представляют собой дискоидные белки, в которых липидный бислой окружен молекулами, которые являются амфипатическими молекулами, включая белки, пептиды и синтетические полимеры. ^{[ 2 ]} Он состоит из липидного бислоя фосфолипидов с гидрофобным краем , экранированным двумя амфипатическими белками. Эти белки называются белками каркаса мембраны (MSP) и образуют двойной пояс. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}^{[ 5 ]} Нанодиски структурно очень похожи на дискоидные липопротеины высокой плотности (ЛПВП), а MSP представляют собой модифицированные версии аполипопротеина А1 (апоА1), основного компонента ЛПВП. Нанодиски полезны при изучении мембранных белков , поскольку они могут солюбилизировать и стабилизировать мембранные белки. ^{[ 6 ]} и представляют собой более нативную среду, чем липосомы , мицеллы детергентов , бицеллы и амфиполы .

Искусство создания нанодисков продвинулось вперед, используя только MSP и липиды для создания частиц, что привело к появлению альтернативных стратегий, таких как пептидные нанодиски, в которых используются более простые белки, и синтетические нанодиски, которым не нужны никакие белки для стабилизации.

MSP нанодиск

Оригинальный нанодиск был произведен MSP, полученными из апоА1, с 2002 года. ^{[ 3 ]} 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 MSP2 имеют двойной размер. ^{[ 7 ]}^{[ 8 ]}

Пептидный нанодиск

В пептидных нанодисках липидный бислой экранируется амфипатическими пептидами вместо двух MSP. Пептидные нанодиски структурно аналогичны нанодискам MSP, и пептиды также выстраиваются в двойной пояс. Они могут стабилизировать мембранные белки, ^{[ 9 ]} но имеют более высокую полидисперсность и структурно менее стабильны, чем нанодиски MSP. Однако недавние исследования показали, что димеризация ^{[ 10 ]} и полимеризация ^{[ 11 ]} пептидов делают их более стабильными.

Синтетический/Родной нанодиск

Еще одним способом имитировать нативную липидную мембрану являются синтетические полимеры . Сополимеры стирола и малеиновой кислоты (SMA) ^{[ 12 ]}^{[ 13 ]} называемые SMALP или Lipodisq и диизобутилен-малеиновая кислота (DIBMA) ^{[ 14 ]} являются такими синтетическими полимерами (DIBMALP). Они могут солюбилизировать мембранные белки непосредственно из клеток или сырого экстракта. Их также использовали для изучения липидного состава нескольких организмов. ^{[ 15 ]}^{[ 16 ]}^{[ 17 ]} Было обнаружено, что все синтетические полимеры, содержащие группы стирола и малеиновой кислоты, способны солюбилизировать белки. ^{[ 18 ]} Эти наночастицы SMA также были протестированы в качестве возможного средства доставки лекарств. ^{[ 19 ]} а также для изучения сворачивания, посттрансляционных модификаций и липидных взаимодействий мембранных белков с помощью нативной масс-спектрометрии. ^{[ 20 ]}

Ссылки

^ Лишевский К. (1 октября 2015 г.). «Раскрытие структуры мембранных белков» . Новости генной инженерии и биотехнологии . 35 (17): 16–18, 21. doi : 10.1089/gen.35.07.09 . Нанодиски представляют собой самособирающиеся наноразмерные фосфолипидные бислои, которые стабилизируются с помощью сконструированных белков мембранного каркаса.
^ Анада, Чихару; Икеда, Кейсуке; Эгава, Аяко; Фудзивара, Тошимичи; Накао, Хироюки; Накано, Минору (апрель 2021 г.). «Зависящие от температуры и состава конформационные переходы амфипатических пептидно-фосфолипидных нанодисков» . Журнал коллоидной и интерфейсной науки . 588 : 522–530. doi : 10.1016/j.jcis.2020.12.090 . ISSN 0021-9797 . ПМИД 33429348 .
^ Jump up to: ^а ^б Байбурт Т.Х., Гринькова Ю.В., Слигар С.Г. (2002). «Самосборка дискоидных фосфолипидных двухслойных наночастиц с мембранными каркасными белками». Нано-буквы . 2 (8): 853–856. Бибкод : 2002NanoL...2..853B . дои : 10.1021/nl025623k .
^ Байбурт Т.Д., Слигар С.Г. (май 2010 г.). «Сборка мембранных белков в нанодиски» . Письма ФЭБС . 584 (9): 1721–7. дои : 10.1016/j.febslet.2009.10.024 . ПМЦ 4758813 . ПМИД 19836392 .
^ Скар-Гислинг Н., Симонсен Дж.Б., Мортенсен К., Фейденхансл Р., Слигар С.Г., Линдберг Мёллер Б. и др. (октябрь 2010 г.). «Эллиптическая структура фосфолипидных двухслойных нанодисков, инкапсулированных каркасными белками: распределение ролей липидов и белков» . Журнал Американского химического общества . 132 (39): 13713–22. дои : 10.1021/ja1030613 . ПМК 4120756 . ПМИД 20828154 .
^ Денисов И.Г., Слигар С.Г. (январь 2011 г.). «Цитохромы Р450 в нанодисках» . Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Белки и протеомика . 1814 (1): 223–9. дои : 10.1016/j.bbapap.2010.05.017 . ПМЦ 2974961 . ПМИД 20685623 .
^ Денисов И.Г., Гринькова Ю.В., Лазаридес А.А., Слигар С.Г. (март 2004 г.). «Направленная самосборка монодисперсных фосфолипидных бислойных нанодисков контролируемого размера». Журнал Американского химического общества . 126 (11): 3477–87. дои : 10.1021/ja0393574 . ПМИД 15025475 .
^ Гринькова Ю.В., Денисов И.Г., Слигар С.Г. (ноябрь 2010 г.). «Разработка каркасных белков с расширенными мембранами для самосборки растворимых наноразмерных липидных бислоев» . Белковая инженерия, проектирование и отбор . 23 (11): 843–8. дои : 10.1093/протеин/gzq060 . ПМЦ 2953958 . ПМИД 20817758 .
^ Мидтгаард С.Р., Педерсен М.К., Киркенсгаард Дж.Дж., Соренсен К.К., Мортенсен К., Йенсен К.Дж., Арлет Л. (февраль 2014 г.). «Самособирающиеся пептиды образуют нанодиски, которые стабилизируют мембранные белки». Мягкая материя . 10 (5): 738–52. дои : 10.1039/c3sm51727f . ПМИД 24651399 .
^ Ларсен А.Н., Соренсен К.К., Йохансен Н.Т., Мартель А., Киркенсгаард Дж.Дж., Йенсен К.Дж. и др. (июль 2016 г.). «Димерные пептиды с тремя различными линкерами самособираются с фосфолипидами с образованием пептидных нанодисков, которые стабилизируют мембранные белки» . Мягкая материя . 12 (27): 5937–49. Бибкод : 2016SMat...12.5937L . дои : 10.1039/c6sm00495d . ПМИД 27306692 .
^ Кондо Х., Икеда К., Накано М. (октябрь 2016 г.). «Формирование устойчивых к денатурации липидных нанодисков контролируемого размера с помощью амфифильного самополимеризующегося пептида». Коллоиды и поверхности. Б. Биоинтерфейсы . 146 : 423–30. дои : 10.1016/j.colsurfb.2016.06.040 . ПМИД 27393815 .
^ Бада Хуарес Дж.Ф., Харпер А.Дж., судья П.Дж., Тонге С.Р., Уоттс А. (июль 2019 г.). «От химии полимеров к структурной биологии: разработка SMA и родственных амфипатических полимеров для экстракции и солюбилизации мембранных белков» . Химия и физика липидов . 221 : 167–175. doi : 10.1016/j.chemphyslip.2019.03.008 . ПМИД 30940445 .
^ Ноулз Т.Дж., Финка Р., Смит С., Лин Ю.П., Даффорн Т., Овердуин М. (июнь 2009 г.). «Мембранные белки, солюбилизированные в неизмененном виде в липидсодержащих наночастицах, связанных сополимером стирола и малеиновой кислоты». Журнал Американского химического общества . 131 (22): 7484–5. дои : 10.1021/ja810046q . ПМИД 19449872 .
^ Олуволе А.О., Клинглер Дж., Даниэльчак Б., Бабалола Дж.О., Варгас С., Пабст Г., Келлер С. (декабрь 2017 г.). «Формирование липидно-двуслойных нанодисков сополимером диизобутилена и малеиновой кислоты (ДИБМА)». Ленгмюр . 33 (50): 14378–14388. doi : 10.1021/acs.langmuir.7b03742 . ПМИД 29160078 .
^ Лавингтон С., Уоттс А. (ноябрь 2020 г.). «Технологии липидных наночастиц для исследования рецепторов, связанных с G-белком, в липидной среде» . Биофизические обзоры . 12 (6): 1287–1302. дои : 10.1007/s12551-020-00775-5 . ПМЦ 7755959 . ПМИД 33215301 .
^ Барниол-Ксикота М., Верхелст С.Х. (февраль 2021 г.). «Липидомный и гель-анализ нанодисков сополимера малеиновой кислоты выявляет различия в составе солюбилизированных мембран» . Коммуникационная биология . 4 (1): 218. дои : 10.1038/s42003-021-01711-3 . ПМЦ 7886889 . ПМИД 33594255 .
^ Бада Хуарес Дж. Ф., О'Рурк Д., судья П.Дж., Лю Л.К., Ходжкин Дж., Уоттс А. (август 2019 г.). «Липодиски для липидомики эукариот с сохранением жизнеспособности: чувствительность и устойчивость к лейкобактериальной инфекции связаны с составом кутикулы C.elegans» . Химия и физика липидов . 222 : 51–58. doi : 10.1016/j.chemphyslip.2019.02.005 . ПМИД 31102583 .
^ «Диизобутилен-малеиновая кислота (ДИБМА)» . Куб Биотех . Проверено 21 февраля 2019 г.
^ Торгерсен М.Л., судья П.Дж., Бада Хуарес Дж.Ф., Пандия А.Д., Фассер М., Дэвис К.В. и др. (апрель 2020 г.). «Физико-химическая характеристика, токсичность и исследования биораспределения in vivo дискоидного средства доставки лекарств на основе липидов: наночастицы Lipodisq, содержащие доксорубицин» . Журнал биомедицинских нанотехнологий . 16 (4): 419–431. дои : 10.1166/jbn.2020.2911 . hdl : 10852/85267 . ПМИД 32970975 .
^ Хой К.К., Бада Хуарес Х.Ф., судья П.Дж., Йен Х.И., Ву Д., Виналс Дж. и др. (март 2021 г.). «Наночастицы Lipodisq, не содержащие детергентов, облегчают масс-спектрометрию высокого разрешения свернутых интегральных мембранных белков» . Нано-буквы . 21 (7): 2824–2831. дои : 10.1021/acs.nanolett.0c04911 . ПМК 8050825 . ПМИД 33787280 .

Внешние ссылки

Нанодисковая технология из лаборатории Стивена Слайгара
Собранные нанодиски для применения с бесклеточными лизатами.
HDL и нанодиски: обзор технологии нанодисков в UIUC
Фосфолипидные двухслойные нанодиски. Обзор лаборатории Аткинса Вашингтонского университета.
Приобретите MSP. Плазмиду для MSP можно приобрести на сайте AddGene.
Веб-сайт нативных нанодисков SMA Веб-сайт международного исследовательского сообщества, использующего SMA или другие полимеры (например, DIBMA) в качестве альтернативы обычным моющим средствам и синтетической липидной среде, обнаруженной в MSP-Nanodisc.

[1] Лишевский К. (1 октября 2015 г.). «Раскрытие структуры мембранных белков» . Новости генной инженерии и биотехнологии . 35 (17): 16–18, 21. doi : 10.1089/gen.35.07.09 . Нанодиски представляют собой самособирающиеся наноразмерные фосфолипидные бислои, которые стабилизируются с помощью сконструированных белков мембранного каркаса.

[2] Анада, Чихару; Икеда, Кейсуке; Эгава, Аяко; Фудзивара, Тошимичи; Накао, Хироюки; Накано, Минору (апрель 2021 г.). «Зависящие от температуры и состава конформационные переходы амфипатических пептидно-фосфолипидных нанодисков» . Журнал коллоидной и интерфейсной науки . 588 : 522–530. doi : 10.1016/j.jcis.2020.12.090 . ISSN 0021-9797 . ПМИД 33429348 .

[MSP-3] Jump up to: ^а ^б Байбурт Т.Х., Гринькова Ю.В., Слигар С.Г. (2002). «Самосборка дискоидных фосфолипидных двухслойных наночастиц с мембранными каркасными белками». Нано-буквы . 2 (8): 853–856. Бибкод : 2002NanoL...2..853B . дои : 10.1021/nl025623k .

[4] Байбурт Т.Д., Слигар С.Г. (май 2010 г.). «Сборка мембранных белков в нанодиски» . Письма ФЭБС . 584 (9): 1721–7. дои : 10.1016/j.febslet.2009.10.024 . ПМЦ 4758813 . ПМИД 19836392 .

[5] Скар-Гислинг Н., Симонсен Дж.Б., Мортенсен К., Фейденхансл Р., Слигар С.Г., Линдберг Мёллер Б. и др. (октябрь 2010 г.). «Эллиптическая структура фосфолипидных двухслойных нанодисков, инкапсулированных каркасными белками: распределение ролей липидов и белков» . Журнал Американского химического общества . 132 (39): 13713–22. дои : 10.1021/ja1030613 . ПМК 4120756 . ПМИД 20828154 .

[6] Денисов И.Г., Слигар С.Г. (январь 2011 г.). «Цитохромы Р450 в нанодисках» . Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Белки и протеомика . 1814 (1): 223–9. дои : 10.1016/j.bbapap.2010.05.017 . ПМЦ 2974961 . ПМИД 20685623 .

[7] Денисов И.Г., Гринькова Ю.В., Лазаридес А.А., Слигар С.Г. (март 2004 г.). «Направленная самосборка монодисперсных фосфолипидных бислойных нанодисков контролируемого размера». Журнал Американского химического общества . 126 (11): 3477–87. дои : 10.1021/ja0393574 . ПМИД 15025475 .

[8] Гринькова Ю.В., Денисов И.Г., Слигар С.Г. (ноябрь 2010 г.). «Разработка каркасных белков с расширенными мембранами для самосборки растворимых наноразмерных липидных бислоев» . Белковая инженерия, проектирование и отбор . 23 (11): 843–8. дои : 10.1093/протеин/gzq060 . ПМЦ 2953958 . ПМИД 20817758 .

[9] Мидтгаард С.Р., Педерсен М.К., Киркенсгаард Дж.Дж., Соренсен К.К., Мортенсен К., Йенсен К.Дж., Арлет Л. (февраль 2014 г.). «Самособирающиеся пептиды образуют нанодиски, которые стабилизируют мембранные белки». Мягкая материя . 10 (5): 738–52. дои : 10.1039/c3sm51727f . ПМИД 24651399 .

[10] Ларсен А.Н., Соренсен К.К., Йохансен Н.Т., Мартель А., Киркенсгаард Дж.Дж., Йенсен К.Дж. и др. (июль 2016 г.). «Димерные пептиды с тремя различными линкерами самособираются с фосфолипидами с образованием пептидных нанодисков, которые стабилизируют мембранные белки» . Мягкая материя . 12 (27): 5937–49. Бибкод : 2016SMat...12.5937L . дои : 10.1039/c6sm00495d . ПМИД 27306692 .

[11] Кондо Х., Икеда К., Накано М. (октябрь 2016 г.). «Формирование устойчивых к денатурации липидных нанодисков контролируемого размера с помощью амфифильного самополимеризующегося пептида». Коллоиды и поверхности. Б. Биоинтерфейсы . 146 : 423–30. дои : 10.1016/j.colsurfb.2016.06.040 . ПМИД 27393815 .

[12] Бада Хуарес Дж.Ф., Харпер А.Дж., судья П.Дж., Тонге С.Р., Уоттс А. (июль 2019 г.). «От химии полимеров к структурной биологии: разработка SMA и родственных амфипатических полимеров для экстракции и солюбилизации мембранных белков» . Химия и физика липидов . 221 : 167–175. doi : 10.1016/j.chemphyslip.2019.03.008 . ПМИД 30940445 .

[13] Ноулз Т.Дж., Финка Р., Смит С., Лин Ю.П., Даффорн Т., Овердуин М. (июнь 2009 г.). «Мембранные белки, солюбилизированные в неизмененном виде в липидсодержащих наночастицах, связанных сополимером стирола и малеиновой кислоты». Журнал Американского химического общества . 131 (22): 7484–5. дои : 10.1021/ja810046q . ПМИД 19449872 .

[14] Олуволе А.О., Клинглер Дж., Даниэльчак Б., Бабалола Дж.О., Варгас С., Пабст Г., Келлер С. (декабрь 2017 г.). «Формирование липидно-двуслойных нанодисков сополимером диизобутилена и малеиновой кислоты (ДИБМА)». Ленгмюр . 33 (50): 14378–14388. doi : 10.1021/acs.langmuir.7b03742 . ПМИД 29160078 .

[15] Лавингтон С., Уоттс А. (ноябрь 2020 г.). «Технологии липидных наночастиц для исследования рецепторов, связанных с G-белком, в липидной среде» . Биофизические обзоры . 12 (6): 1287–1302. дои : 10.1007/s12551-020-00775-5 . ПМЦ 7755959 . ПМИД 33215301 .

[16] Барниол-Ксикота М., Верхелст С.Х. (февраль 2021 г.). «Липидомный и гель-анализ нанодисков сополимера малеиновой кислоты выявляет различия в составе солюбилизированных мембран» . Коммуникационная биология . 4 (1): 218. дои : 10.1038/s42003-021-01711-3 . ПМЦ 7886889 . ПМИД 33594255 .

[17] Бада Хуарес Дж. Ф., О'Рурк Д., судья П.Дж., Лю Л.К., Ходжкин Дж., Уоттс А. (август 2019 г.). «Липодиски для липидомики эукариот с сохранением жизнеспособности: чувствительность и устойчивость к лейкобактериальной инфекции связаны с составом кутикулы C.elegans» . Химия и физика липидов . 222 : 51–58. doi : 10.1016/j.chemphyslip.2019.02.005 . ПМИД 31102583 .

[18] «Диизобутилен-малеиновая кислота (ДИБМА)» . Куб Биотех . Проверено 21 февраля 2019 г.

[19] Торгерсен М.Л., судья П.Дж., Бада Хуарес Дж.Ф., Пандия А.Д., Фассер М., Дэвис К.В. и др. (апрель 2020 г.). «Физико-химическая характеристика, токсичность и исследования биораспределения in vivo дискоидного средства доставки лекарств на основе липидов: наночастицы Lipodisq, содержащие доксорубицин» . Журнал биомедицинских нанотехнологий . 16 (4): 419–431. дои : 10.1166/jbn.2020.2911 . hdl : 10852/85267 . ПМИД 32970975 .

[20] Хой К.К., Бада Хуарес Х.Ф., судья П.Дж., Йен Х.И., Ву Д., Виналс Дж. и др. (март 2021 г.). «Наночастицы Lipodisq, не содержащие детергентов, облегчают масс-спектрометрию высокого разрешения свернутых интегральных мембранных белков» . Нано-буквы . 21 (7): 2824–2831. дои : 10.1021/acs.nanolett.0c04911 . ПМК 8050825 . ПМИД 33787280 .

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]