Influencia de la composición de la bicapa lipídica en la interacción de los polianiones con el canal iónico de la alfa-toxina

Autores/as

DOI:

https://doi.org/10.33448/rsd-v11i8.29321

Palabras clave:

Fosfolípidos; Heparina; Canal Iónico; Alfa-Hemolisina.

Resumen

El mecanismo de interacción entre los polianiones y el canal iónico de la alfa-hemolisina estafilocócica (αHL) todavía no se elucidó por completo. La interacción inicial de los polianiones con la membrana superficial de los fosfolípidos se basa en la formación de puentes de Ca2+. Tal interacción aumenta la concentración de polianión cerca de la superficie de la membrana que, a su vez, aumenta la probabilidad de que el polianión entre en un canal y lo bloquee. Por lo tanto, este estudio propuso investigar el papel de la composición de la membrana lipídica en la interacción de polianiones, como la heparina, con el canal αHL. Se encontró que la efectividad de la heparina para bloquear los canales αHL dependía significativamente de la composición lipídica de las bicapas, los lípidos se clasificaron de la siguiente manera: PC >> PI » PS > DPhPS ³ PE ³ DPhPC > OChol. Estos resultados indican que la interacción de Ca2+ con las membranas lipídicas depende de la exposición y densidad de los grupos fosfato en los fosfolípidos en la superficie de la membrana. Por otro lado, la efectividad de la heparina para bloquear el canal αHL se correlacionó más fuertemente con la longitud de la cadena hidrocarbonada de los ácidos grasos de los fosfolípidos. Por lo tanto, demostramos que el grupo de cabeza polar de los fosfolípidos en las membranas afecta su interacción con los iones divalentes al cambiar su potencial de superficie y, por lo tanto, influye en la efectividad del bloqueo de la heparina en los canales formados. Los resultados pueden ser de interés para la farmacología, la biomedicina y la investigación con el objetivo de diseñar bloqueadores de poros mesoscópicos.

Citas

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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Publicado

20/06/2022

Cómo citar

TEIXEIRA, L. R. .; LIMA, G. S. P. .; BATISTA NETO, A. A. .; RODRIGUES, C. G. .; MACHADO, D. C. . Influencia de la composición de la bicapa lipídica en la interacción de los polianiones con el canal iónico de la alfa-toxina. Research, Society and Development, [S. l.], v. 11, n. 8, p. e32911829321, 2022. DOI: 10.33448/rsd-v11i8.29321. Disponível em: https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/29321. Acesso em: 17 jul. 2024.

Número

Sección

Ciencias Agrarias y Biológicas