DMSOは、不均一な脂質二重層の脱水とその構造への影響を誘発しました

最近、より高い濃度のジメチルスルホキシド（DMSO）が均一なN-パルミトイル - スフィンゴミエリン（PSM）二重層の構造秩序の増強を示すのに対し、低濃度でのDMSOの存在はPSMバイヤレアレの軽度の危険性につながることを報告しました。構造。この研究では、DMSOのこれら2つの作用モードが、原子分子動的シミュレーションを採用することにより、不均一な二重層に対してどのように多様化するかを理解することを目指しています。PSMおよび1-パルミトイル-2-オレイル-Sn-グリセロ-3-ホスホコリン（POPC）を含むバイナリ二重層系と、PSMとPOPCとともにコレステロールからなる三元二重層システムは、ここで研究された2つの不均一な生体模倣双様体です。PSM脂質の主要相転移温度を超える323 Kで混合脂質二重層システムの両方をシミュレートしました。この研究は、DMSOが濃度に応じて、混合二重層システムの構造と安定性に対照的な効果を発揮することを明らかにしています。DMSOの5 mol％で、バイナリバイレイヤーシステムは、脂質あたりの面積（APL）のかなりの増加と組み合わせて脂質尾部のわずかな障害を示しますが、三元二重層システムでは、脂質尾の方向性は大きく変化しません。;ただし、APLのわずかな拡張が観察されます。一方、DMSOの20 mol％で、両方の混合二重層システムの脂質尾の順序のかなりの増加が発生し、二重層の構造安定性の向上を示しています。さらに、H結合分析は、DMSOの濃度が増加すると水脂質H結合相互作用が減少することを明らかにしています。また、水脂質界面領域の収縮も観察され、脂質ヘッドグループ領域でのDMSO誘発性脱水を指摘し、脱水効果はDMSOの20 mol％で顕著です。さらに、計算された自由エネルギーは、脂質ヘッドグループ領域から脂質ヘッドテールインターフェイスへのDMSO分子の移動に必要な自由エネルギーが、性的二重層を含むコレステロールの場合よりも高いことを示唆しています。

Recently, we have reported that higher concentrations of dimethyl sulfoxide (DMSO) exhibit an enhancement in the structural ordering of the homogeneous N-palmitoyl-sphingomyelin (PSM) bilayer, whereas the presence of DMSO at lower concentrations leads to minor destabilization of the PSM bilayer structure. In this study, we aim to understand how these two modes of action of DMSO diversify for heterogeneous bilayers by employing atomistic molecular dynamic simulations. A binary bilayer system comprising PSM and 1-palmitoyl-2-oleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (POPC) and a ternary bilayer system consisting of cholesterol along with PSM and POPC are the two heterogeneous biomimetic bilayers studied herein. We have simulated both the mixed lipid bilayer systems at 323 K, which is above the main phase transition temperature of the PSM lipid. This study reveals that DMSO exerts contrasting effects on the structure and stability of mixed bilayer systems, depending on its concentration. At 5 mol% of DMSO, the binary bilayer system shows slight disordering of lipid tails in conjunction with an appreciable increase in the area per lipid (APL), whereas for the ternary bilayer system, the orientational ordering of the lipid tails does not alter much; however, a slight expansion in the APL is observed. On the other hand, at 20 mol% of DMSO, an appreciable increase in the ordering of lipid tails for both the mixed bilayer systems occurs, depicting an enhancement in the structural stability of the bilayers. Furthermore, the H-bond analysis reveals that water-lipid H-bonding interaction decreases with increasing concentration of DMSO. We also observe contraction of the water-lipid interfacial region, pointing out DMSO induced dehydration at the lipid head-group region, and the dehydration effect is prominent for 20 mol% of DMSO. Furthermore, the computed free energies suggest that the free energy required for the transfer of a DMSO molecule from the lipid head-group region to the lipid head-tail interface is higher for the cholesterol containing ternary bilayer.