Our official English website, www.x-mol.net, welcomes your
feedback! (Note: you will need to create a separate account there.)
Solid-State NMR Study to Probe the Effects of Divalent Metal Ions (Ca2+ and Mg2+) on the Magnetic Alignment of Polymer-Based Lipid Nanodiscs
Langmuir ( IF 3.7 ) Pub Date : 2021-06-15 , DOI: 10.1021/acs.langmuir.1c01018 Thirupathi Ravula 1 , Xiaofeng Dai 1 , Ayyalusamy Ramamoorthy 1
Langmuir ( IF 3.7 ) Pub Date : 2021-06-15 , DOI: 10.1021/acs.langmuir.1c01018 Thirupathi Ravula 1 , Xiaofeng Dai 1 , Ayyalusamy Ramamoorthy 1
Affiliation
|
Divalent cations, especially Ca2+ and Mg2+, play a vital role in the function of biomolecules and making them important to be constituents in samples for in vitro biophysical and biochemical characterizations. Although lipid nanodiscs are becoming valuable tools for structural biology studies on membrane proteins and for drug delivery, most types of nanodiscs used in these studies are unstable in the presence of divalent metal ions. To avoid the interaction of divalent metal ions with the belt of the nanodiscs, synthetic polymers have been designed and demonstrated to form stable lipid nanodiscs under such unstable conditions. Such polymer-based nanodiscs have been shown to provide an ideal platform for structural studies using both solid-state and solution NMR spectroscopies because of the near-native cell-membrane environment they provide and the unique magnetic-alignment behavior of large-size nanodiscs. In this study, we report an investigation probing the effects of Ca2+ and Mg2+ ions on the formation of polymer-based lipid nanodiscs and the magnetic-alignment properties using a synthetic polymer, styrene maleimide quaternary ammonium (SMA-QA), and 1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (DMPC) lipids. Phosphorus-31 NMR experiments were used to evaluate the stability of the magnetic-alignment behavior of the nanodiscs for varying concentrations of Ca2+ or Mg2+ at different temperatures. It is remarkable that the interaction of divalent cations with lipid headgroups promotes the stacking up of nanodiscs that results in the enhanced magnetic alignment of nanodiscs. Interestingly, the reported results show that both the temperature and the concentration of divalent metal ions can be optimized to achieve the optimal alignment of nanodiscs in the presence of an applied magnetic field. We expect the reported results to be useful in the design of nanodisc-based nanoparticles for various applications in addition to atomic-resolution structural and dynamics studies using NMR and other biophysical techniques.
中文翻译：
固态核磁共振研究探讨二价金属离子（Ca2+ 和 Mg2+）对聚合物基脂质纳米盘磁排列的影响
二价阳离子，尤其是 Ca 2+和 Mg 2+ ，在生物分子的功能中发挥着至关重要的作用，使其成为体外生物物理和生化表征样品中的重要成分。尽管脂质纳米盘正在成为膜蛋白结构生物学研究和药物递送的重要工具，但这些研究中使用的大多数类型的纳米盘在二价金属离子存在的情况下不稳定。为了避免二价金属离子与纳米盘带的相互作用，合成聚合物被设计并证明可以在这种不稳定的条件下形成稳定的脂质纳米盘。这种基于聚合物的纳米盘已被证明为使用固态和溶液核磁共振波谱的结构研究提供了理想的平台，因为它们提供了接近天然的细胞膜环境以及大尺寸纳米盘独特的磁对准行为。在这项研究中，我们报告了一项研究，探讨了 Ca 2+和 Mg 2+离子对聚合物基脂质纳米盘形成的影响，以及使用合成聚合物苯乙烯马来酰亚胺季铵 (SMA-QA) 的磁排列特性，和 1,2-二肉豆蔻酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱 (DMPC) 脂质。磷-31 NMR 实验用于评估不同温度下不同浓度的Ca 2+或Mg 2+的纳米圆盘磁排列行为的稳定性。值得注意的是，二价阳离子与脂质头基的相互作用促进了纳米盘的堆叠，从而增强了纳米盘的磁性排列。 有趣的是，报告的结果表明，可以优化温度和二价金属离子的浓度，以在施加磁场的情况下实现纳米盘的最佳排列。我们期望报告的结果除了使用核磁共振和其他生物物理技术进行原子分辨率结构和动力学研究之外，还可用于设计基于纳米盘的纳米粒子，用于各种应用。
更新日期：2021-06-29
中文翻译：
固态核磁共振研究探讨二价金属离子（Ca2+ 和 Mg2+）对聚合物基脂质纳米盘磁排列的影响
二价阳离子，尤其是 Ca 2+和 Mg 2+ ，在生物分子的功能中发挥着至关重要的作用，使其成为体外生物物理和生化表征样品中的重要成分。尽管脂质纳米盘正在成为膜蛋白结构生物学研究和药物递送的重要工具，但这些研究中使用的大多数类型的纳米盘在二价金属离子存在的情况下不稳定。为了避免二价金属离子与纳米盘带的相互作用，合成聚合物被设计并证明可以在这种不稳定的条件下形成稳定的脂质纳米盘。这种基于聚合物的纳米盘已被证明为使用固态和溶液核磁共振波谱的结构研究提供了理想的平台，因为它们提供了接近天然的细胞膜环境以及大尺寸纳米盘独特的磁对准行为。在这项研究中，我们报告了一项研究，探讨了 Ca 2+和 Mg 2+离子对聚合物基脂质纳米盘形成的影响，以及使用合成聚合物苯乙烯马来酰亚胺季铵 (SMA-QA) 的磁排列特性，和 1,2-二肉豆蔻酰-sn-甘油-3-磷酸胆碱 (DMPC) 脂质。磷-31 NMR 实验用于评估不同温度下不同浓度的Ca 2+或Mg 2+的纳米圆盘磁排列行为的稳定性。值得注意的是，二价阳离子与脂质头基的相互作用促进了纳米盘的堆叠，从而增强了纳米盘的磁性排列。 有趣的是，报告的结果表明，可以优化温度和二价金属离子的浓度，以在施加磁场的情况下实现纳米盘的最佳排列。我们期望报告的结果除了使用核磁共振和其他生物物理技术进行原子分辨率结构和动力学研究之外，还可用于设计基于纳米盘的纳米粒子，用于各种应用。
京公网安备 11010802027423号