Influência da composição da bicamada lipídica na interação de poliânions com o canal iônico da alfa-toxina
DOI:
https://doi.org/10.33448/rsd-v11i8.29321Palavras-chave:
Fosfolipídios; Heparina; Canal Iônico; Alfa-Hemolisina.Resumo
O mecanismo de interação entre os poliânions e o canal iônico formado pela alfa-hemolisina estafilocócica (αHL) ainda não foi completamente elucidado. A interação inicial dos poliânions com a membrana superficial dos fosfolipídios é baseada na formação de pontes de Ca2+. Tal interação aumenta a concentração de poliânions próximo à superfície da membrana que, por sua vez, aumenta a probabilidade do poliânion entrar em um canal e bloqueá-lo. Assim, este estudo se propôs a investigar o papel da composição da membrana lipídica na interação de poliânions, como a heparina, com o canal iônico de αHL. Verificou-se que a eficácia da heparina para bloquear os canais de αHL era significativamente dependente da composição lipídica das bicamadas, os lipídios foram ranqueados da seguinte forma: PC >> PI » PS > DPhPS ³ PE ³ DPhPC > OChol. Esses resultados indicam que a interação do Ca2+ com as membranas lipídicas depende da exposição e densidade dos grupos fosfato nos fosfolipídios na superfície da membrana. Por outro lado, a eficácia da heparina em bloquear o canal de αHL foi mais fortemente correlacionada com o comprimento da cadeia de hidrocarbonetos dos ácidos graxos dos fosfolipídios. Assim, demonstramos que o grupo da cabeça polar dos fosfolipídios nas membranas afeta sua interação com íons divalentes alterando seu potencial de superfície e, portanto, influencia a eficácia do bloqueio da heparina nos canais de αHL. Os resultados podem ser de interesse para farmacologia, biomedicina e pesquisas com o objetivo de projetar bloqueadores de poros mesoscópicos.
Referências
Ahmad-Mansour, N., Loubet, P., Pouget, C., Dunyach-Remy, C., Sotto, A., Lavigne, J. P., & Molle, V. (2021). Staphylococcus aureus toxins: An update on their pathogenic properties and potential treatments. Toxins, 13(10), 677.
Alsop, R. J.; Schober, R. M. & Rheinstädter, M. C. (2016). Swelling of phospholipid membranes by divalent metal ions depends on the location of the ions in the bilayers. Soft Matter, 12 (32), 6737-6748.
Arnold, K., Okhi, S., & Krumbiegel, M. (1990). Interaction of dextran sulfate with phospholipid surfaces and liposome aggregation and fusion. Chemistry and Physics of Lipids, 55(3), 301-307.
Bhakdi, S., & Tranum-Jensen, J. (1991). Alpha-toxin of Staphylococcus aureus. Microbiological Reviews, 55(4), 733-751.
Cheung, G. Y., Bae, J. S., & Otto, M. (2021). Pathogenicity and virulence of Staphylococcus aureus. Virulence, 12(1), 547-569.
Cohen, T. S., Hilliard, J. J., Jones-Nelson, O., Keller, A. E., O’Day, T., Tkaczyk, C., ... & Sellman, B. R. (2016). Staphylococcus aureus α toxin potentiates opportunistic bacterial lung infections. Science Translational Medicine, 8(329), 329ra31-329ra31.
Craven, R. R., Gao, X., Allen, I. C., Gris, D., Wardenburg, J. B., McElvania-TeKippe, E., ... & Duncan, J. A. (2009). Staphylococcus aureus α-hemolysin activates the NLRP3-inflammasome in human and mouse monocytic cells. PloS One, 4(10), e7446.
Dinges, M. M., Orwin, P. M., & Schlievert, P. M. (2000). Exotoxins of Staphylococcus aureus. Clinical Microbiology Reviews, 13(1), 16-34.
Guo, J., Xu, Q., Shi, R., Zheng, Z., Mao, H., & Yan, F. (2017). Polyanionic antimicrobial membranes: An experimental and theoretical study. Langmuir, 33(17), 4346-4355.
Huster, D., & Arnold, K. (1998). Ca2+-mediated interaction between dextran sulfate and dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphocholine surfaces studied by 2H nuclear magnetic resonance. Biophysical Journal, 75(2), 909-916.
Krasilnikov, O. V., Merzlyak, P. G., Yuldasheva, L. N., Rodrigues, C. G., & Nogueira, R. A. (1999). Heparin influence on α-staphylotoxin formed channel. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Biomembranes, 1417(1), 167-182.
Li, J., Miller, R., & Möhwald, H. (1996). Characterisation of phospholipid layers at liquid interfaces 2. Comparison of isotherms of insoluble and soluble films of phospholipids at different fluid/water interfaces. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 114, 123-130.
Lowy, F. D. (1998). Staphylococcus aureus infections. New England Journal of Medicine, 339(8), 520-532.
McLaughlin, S. G. A., Szabo, G., & Eisenman, G. (1971). Divalent ions and the surface potential of charged phospholipid membranes. The Journal of General Physiology, 58(6), 667-687.
Melo, M. C., Teixeira, L. R., Pol-Fachin, L., & Rodrigues, C. G. (2016). Inhibition of the hemolytic activity caused by Staphylococcus aureus alpha-hemolysin through isatin-Schiff copper (II) complexes. FEMS Microbiology Letters, 363(1), fnv207.
Meshkov, B. B., Tsybyshev, V. P., & Livshits, V. A. (1998). The interaction of double-charged metal ions with monolayers and bilayers of phospholipids. Russian Chemical Bulletin, 47(12), 2410-2414.
Montal, M., & Mueller, P. (1972). Formation of bimolecular membranes from lipid monolayers and a study of their electrical properties. Proceedings of the National Academy of Sciences, 69(12), 3561-3566.
Mueller, P., Rudin, D. O., Tien, H. T., & Wescott, W. C. (1963). Methods for the formation of single bimolecular lipid membranes in aqueous solution. The Journal of Physical Chemistry, 67(2), 534-535.
Nagle, J. F., & Tristram-Nagle, S. (2000). Structure of lipid bilayers. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Reviews on Biomembranes, 1469(3), 159-195.
Otto, M. (2014). Staphylococcus aureus toxins. Current Opinion in Microbiology, 17, 32-37.
Papahadjopoulos, D. (1968). Surface properties of acidic phospholipids: interaction of monolayers and hydrated liquid crystals with uni-and bi-valent metal ions. Biochimica et Biophysica Acta (BBA)-Biomembranes, 163(2), 240-254.
Qiu, J., Wang, D., Zhang, Y., Dong, J., Wang, J., & Niu, X. (2013). Molecular modeling reveals the novel inhibition mechanism and binding mode of three natural compounds to staphylococcal α-hemolysin. PloS One, 8(11), e80197.
Rani, N., Saravanan, V., Lakshmi, P. T. V., & Annamalai, A. (2014). Inhibition of pore formation by blocking the assembly of Staphylococcus aureus α-hemolysin through a novel peptide inhibitor: An in silco approach. International Journal of Peptide Research and Therapeutics, 20(4), 575-583.
Remington, J. S., & Merigan, T. C. (1970). Synthetic polyanions protect mice against intracellular bacterial infection. Nature, 226(5243), 361-363.
Rolland, J. P., Santaella, C., & Vierling, P. (1996). Molecular packing of highly fluorinated phosphatidylcholines in monolayers. Chemistry and Physics of Lipids, 79(1), 71-77.
Santos, A. L. D., Santos, D. O., Freitas, C. C. D., Ferreira, B. L. A., Afonso, I. F., Rodrigues, C. R., & Castro, H. C. (2007). Staphylococcus aureus: visiting a strain of clinical importance. Jornal Brasileiro de Patologia e Medicina Laboratorial, 43, 413-423.
Sinn, C. G., Antonietti, M., & Dimova, R. (2006). Binding of calcium to phosphatidylcholine–phosphatidylserine membranes. Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects, 282, 410-419.
Teixeira, L. R., Merzlyak, P. G., Valeva, A., & Krasilnikov, O. V. (2009). Interaction of heparins and dextran sulfates with a mesoscopic protein nanopore. Biophysical Journal, 97(11), 2894-2903.
Teixeira, L. R., da Silva Júnior, J. J., Vieira, P. H. S., Canto, M. V. G., de Figueirêdo, A. G. M., & da Silva, J. L. V. (2021). Tamoxifen inhibits the anion channel induced by Staphylococcus aureus α-hemolysin: electrophysiological and docking analysis. Research, Society and Development, 10(2), e13010212326-e13010212326.
Tong, S. Y., Davis, J. S., Eichenberger, E., Holland, T. L., & Fowler Jr, V. G. (2015). Staphylococcus aureus infections: epidemiology, pathophysiology, clinical manifestations, and management. Clinical Microbiology Reviews, 28(3), 603-661.
Valeva, A., Hellmann, N., Walev, I., Strand, D., Plate, M., Boukhallouk, F., ... & Bhakdi, S. (2006). Evidence that clustered phosphocholine head groups serve as sites for binding and assembly of an oligomeric protein pore. Journal of Biological Chemistry, 281(36), 26014-26021.
Zaretzky, F. R., Pearce-Pratt, R., & Phillips, D. M. (1995). Sulfated polyanions block Chlamydia trachomatis infection of cervix-derived human epithelia. Infection and Immunity, 63(9), 3520-3526.
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