膜透過性環状リポペプチドの選択性に対する複雑な静電効果

環状リポペプチド（CLIPS）には、標的膜の選択的透過化や技術および医療用途など、多くの生物学的機能があります。ターゲット選択性に対する静電効果をよりよく理解するために、ニュートラルアナログ、偽虫、およびカチオン性ビスコシン-E2Kとともに、シュードモナスからのアニオンクリップビスコシンを研究しました。アニオン性ホスファチジルグリセロール（PG）およびホスファチジルエタノールアミン（PE）のリポソームからのカルセイン漏れは、時間分解蛍光によるネット中立ホスファチジルコリンと比較して測定されます。アニオン膜に対するカチオン性ペプチドの典型的な選択性とは対照的に、ビスコシン-E2Kよりも30μM脂質でPG/PEに対してビスコシンがより活性があることがわかります。非常に低い脂質濃度では、選択性が逆転します。等活性分析により、1時間後の漏れが50％、RE50に達した後、膜内の互いのパーティション係数1/k、および膜内のモル比が膜内のクリップとリピッドモル比が明らかになります。予想どおり、1/kからPG/PEは、ビスコシン（15μM）よりもビスコシン-E2K（3μM）ではるかに低い（より高い親和性）です。ただし、ビスコシン分子によって引き起こされるPG/PE膜の局所的な損傷は、ビスコシンE2Kの損傷よりもはるかに強いです。これは、2つのリーフレット間の非対称性ストレスを誘発するPG/ビスコシン反発による強力な膜拡大と、最終的にはRE50 = 0.08での一時的な制限漏れによるものによって説明できます。PG/ビスコシン-E2Kアトラクションは膨張に反対し、漏れは外側のリーフレットのPG電荷がカチオン性ペプチドによって本質的に補償されるためにのみ始まります（Re50 = 0.32）。高脂質レジーム（脂質濃度Cl≫ 1/k）では、ほぼすべてのクリップがとにかく膜結合されており、Re50は選択性を支配し、ビスコシンを支持します。Cl≪1/kの低脂質レジームでは、ほぼすべてのクリップが溶液中にあり、1/kが重要になり、「カチオン攻撃アニオン膜」選択性が回復します。全体として、活動と選択性のデータは、脂質領域が既知である場合にのみ適切に解釈でき、他の脂質濃度または細胞数の予測には1/kおよびRe50の知識が必要です。

Cyclic lipopeptides (CLiPs) have many biological functions, including the selective permeabilization of target membranes, and technical and medical applications. We studied the anionic CLiP viscosin from Pseudomonas along with a neutral analog, pseudodesmin A, and the cationic viscosin-E2K to better understand electrostatic effects on target selectivity. Calcein leakage from liposomes of anionic phosphatidylglycerol (PG) and phosphatidylethanolamine (PE) is measured in comparison with net-neutral phosphatidylcholine by time-resolved fluorescence. By contrast to the typical selectivity of cationic peptides against anionic membranes, we find viscosin more active against PG/PE at 30 μM lipid than viscosin-E2K. At very low lipid concentration, the selectivity is reversed. An equi-activity analysis reveals the reciprocal partition coefficients, 1/K, and the CLiP-to-lipid mole ratio within the membrane as leakage after 1 h reaches 50%, Re50. As expected, 1/K to PG/PE is much lower (higher affinity) for viscosin-E2K (3 μM) than viscosin (15 μM). However, the local damage to the PG/PE membrane caused by a viscosin molecule is much stronger than that of viscosin-E2K. This can be explained by the strong membrane expansion due to PG/viscosin repulsion inducing asymmetry stress between the two leaflets and, ultimately, transient limited leakage at Re50 = 0.08. PG/viscosin-E2K attraction opposes expansion and leakage starts only as the PG charges in the outer leaflet are essentially compensated by the cationic peptide (Re50 = 0.32). In the high-lipid regime (at lipid concentrations cL ≫ 1/K), virtually all CLiP is membrane bound anyway and Re50 governs selectivity, favoring viscosin. In the low-lipid regime at cL ≪ 1/K, virtually all CLiP is in solution, 1/K becomes important and the "cation attacks anionic membrane" selectivity gets restored. Overall, activity and selectivity data can only properly be interpreted if the lipid regime is known and predictions for other lipid concentrations or cell counts require knowledge of 1/K and Re50.