Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1047010.32607/20758251-2015-7-4-70-79Research ArticlesЭкспериментальные статьиResearch ArticleModifiers of the Dipole Potential of Lipid BilayersМодификаторы дипольного потенциала липидных бислоевEfimovaS. S.ЕфимоваС. С.
Russian Federation
ssefimova@mail.ruOstroumovaO. S.ОстроумоваO. С.
Russian Federation
ssefimova@mail.ruInstitute of Cytology of the Russian Academy of SciencesИнститут цитологии РАН1512201574VOL 7, NO4 (2015)ТОМ 7, №4 (2015)707917012020Copyright ©; 2015, Efimova S.S., Ostroumova O.S.Copyright ©; 2015, Ефимова С.С., Остроумова O.С.2015Efimova S.S., Ostroumova O.S.Ефимова С.С., Остроумова O.С.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10470

This paper assesses the magnitude of change in the dipole potential (φd) of membranes caused by the adsorption of modifiers on lipid bilayers of various compositions. We tested flavonoids, muscle relaxants, thyroid hormones, and xanthene and styrylpyridinium dyes in order to assess their dipole-modifying properties. A quantitative description of the modifying action of flavonoids, muscle relaxants, thyroid hormones, and xanthene dyes is shown as the ratio of the maximum change in the bilayer dipole potential upon saturation and the absolute φd value of the unmodified membrane. The slopes of the linear relationship between the increase in the dipole potential of phospholipid bilayers and the concentration of styrylpyridinium dyes in membrane-bathing solutions were found. We described the relationships between the change in φd and the chemical structure of modifiers, as well as the charge and spontaneous curvature of lipid monolayers.

Работа посвящена оценке величин изменения дипольного потенциала (φd) мембран при адсорбции потенциальных модификаторов на липидных бислоях различного состава. C целью выявления диполь-модифицирующих свойств проверены флавоноиды, миорелаксанты, тиреоидные гормоны, ксантеновые и стирилпиридиновые красители. Количественное описание модифицирующего действия флавоноидов, миорелаксантов, тиреоидных гормонов и ксантеновых красителей представлено в виде отношения мак- симального изменения дипольного потенциала бислоя при насыщении к абсолютному значению φd немодифицированной мембраны. Определены коэффициенты наклона линейных зависимостей увеличения дипольного потенциала фосфолипидных бислоев от концентрации стирилпиридиновых красителей в мембраноомывающих растворах. Охарактеризованы зависимости величины изменения φd от химической структуры модификаторов, а также от заряда и спонтанной кривизны липидных монослоев.

dipole modifiersmembrane dipole potentialxanthene and styrylpyridinium dyesmuscle relaxantsplanar lipid bilayersspontaneous curvaturethyroid hormonesflavonoidsдипольные модификаторыдипольный потенциал мембраныксантеновые и стирилпиридиновые красителимиорелаксантыплоские липидные бислоиспонтанная кривизнатиреоидные гормоныфлавоноидыThis work was supported by the Russian Science Foundation (No. 14-14-00565). The experiments with muscle relaxants was partly supported by Russian Foundation for Basic Research (No. 15-34-20356), Programme of the Presidium of the Russian Academy of Sciences “Molecular and Cellular Biology”, SP- 69.2015.4 and SS-1721.2014.4.Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (№ 14-14-00565), РФФИ (№ 15-34-20356), программы Президиума РАН «Молекулярная и клеточная биология», СП-69.2015.4 и НШ-1721.2014.4.[1] Andersen O.S., Finkelstein A., Katz I., Cass A. // J. Gen. Physiol. 1976, V.67, P.749-771[2] Franklin J.C., Cafiso D.S. // Biophys. J. 1993, V.65, P.289-299[3] Cseh R., Hetzer M., Wolf K., Kraus J., Bringmann G., Benz R. // Eur. Biophys. J. 2000, V.29, P.172-183[4] Wang L. // Annu. Rev. Biochim. 2012, V.81, P.615-635[5] Pickar A.D., Benz R. // J. Membr. Biol. 1978, V.44, P.353-376[6] Clarke R.J. // Biochim. Biophys. Acta. 1997, V.1327, P.269-278[7] Starke-Peterkovic T., Clarke R.J. // Eur. Biophys. J. 2009, V.39, P.103-110[8] Sun X., Garlid K.D. // J. Biol. Chem. 1992, V.267, P.19147-19154[9] Rokitskaya T.I., Kotova E.A., Antonenko Y.N. // Biophys. J. 2002, V.82, P.865-873[10] Hwang T.C., Koeppe R.E., Andersen O.S. // Biochemistry. 2003, V.42, P.13646-13658[11] Luchian T., Mereuta L. // Langmuir. 2006, V.22, P.8452-8457[12] Ostroumova O.S., Kaulin Y.A., Gurnev A.P., Schagina L.V. // Langmuir. 2007, V.23, P.6889-6892[13] Asandei A., Mereuta L., Luchian T. // Biophys. Chem. 2008, V.135, P.32-40[14] Mereuta L., Luchian T., Park Y., Hahm K.S. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2008, V.373, P.467-472[15] Apetrei A., Mereuta L., Luchian T. // Biochim. Biophys. Acta. 2009, V.1790, P.809-816[16] Ostroumova O.S., Malev V.V., Ilin M.G., Schagina L.V. // Langmuir. 2010, V.26, P.15092-15097[17] Lundbaek J.A., Koeppe R.E., Andersen O.S. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 2010, V.107, P.15427-15430[18] Ostroumova O.S., Efimova S.S., Schagina L.V. // Biochim. Biophys. Acta. 2011, V.1808, P.2051-2058[19] Mereuta L., Asandei A., Luchian T. // PLoS One. 2011, V.6, e25276[20] Ostroumova O.S., Efimova S.S., Schagina L.V. // PLoS One. 2012, V.7, e30261[21] Ostroumova O.S., Efimova S.S., Chulkov E.G., Schagina L.V. // PLoS One. 2012, V.7, e45135[22] Ostroumova O.S., Efimova S.S., Mikhailova E.V., Schagina L.V. // Eur. Biophys. J. 2014, V.43, P.207-215[23] Efimova S.S., Schagina L.V., Ostroumova O.S. // Langmuir. 2014, V.30, P.7884-7892[24] Chulkov E.G., Schagina L.V., Ostroumova O.S. // Biochim. Biophys. Acta. 2015, V.1848, P.192-199[25] Efimova S.S., Zakharov V.V., Ostroumova O.S. // Cell and Tissue Biology. 2015, V.9, P.250-259[26] Reyes J., Greco F., Motais R., Latorre R. // J. Membr. Biol. 1983, V.72, P.93-103[27] Tsybulskaya M.V., Antonenko Yu.N., Tropsha A.E., Yaguzhinsky L.S. // Biofizika. 1984, V.29, P.801-805[28] Malkov D.Y., Sokolov V.S. // Biochim. Biophys. Acta. 1996, V.1278, P.197-204[29] Kotova E.A., Rokitskaya T.I., Antonenko Yu.N. // Membr. Cell Biol. 2000, V.13, P.411-420[30] Issé B.A., Yunes Quartino P., Fidelio G.D., Farías R.N. // Chem. Phys. Lipids. 2013, V.175-176, P.131-137[31] Tarahovsky Y.S., Muzafarov E.N., Kim Y.A. // Mol. Cell Biochem. 2008, V.314, P.65-71[32] Starke-Peterkovic T., Turner N., Vitha M.F., Waller M.P., Hibbs D.E., Clarke R.J. // Biophys. J. 2006, V.90, P.4060-4070[33] Alakoskela J.M., Söderlund T., Holopainen J.M., Kinnunen P.K. // Mol. Pharmacol. 2004, V.66, P.161-168[34] Montal M., Muller P. // Proc.Nat.Acad.Sci.USA. 1972, V.65, P.3561-3566[35] Cseh R., Benz R. // Biophys. J. 1998, V.74, P.1399-1408[36] Peterson U., Mannock D. A., Lewis R.N., Pohl P., McElhaney R.N., Pohl E.E. // Chem. Phys. Lipids. 2002, V.117, P.19-27[37] Flewelling R.F., Hubbell W.L. // Biophys. J. 1986, V.49, P.531-540[38] Flewelling R.F., Hubbell W.L. // Biophys. J. 1986, V.49, P.541-552[39] de Levie R., Rangarajan S.K., Seelig P.F., Andersen O.S. // Biophys. J. 1979, V.25, P.295-00[40] Awiszus R., Stark G. // Eur. Biophys. J. 1998, V.15, P.299-310[41] Cantor R.S. // Biophys. J. 1999, V.76, P.2625-2639[42] Bezrukov S.M. // Current Opinion in Colloid Interface Sci. 2000, V.5, P.237-243[43] Lairion F., Disalvo E.A. // Langmuir. 2004, V.20, P.9151-9155[44] Efimova S.S., Schagina L.V., Ostroumova O.S. // J. Membr. Biol. 2014, V.247, P.739-745[45] Passechnik V.I., Sokolov V.S. // Bioelectrochemistry. 2002, V.55, P.47-51[46] Efimova S.S., Ostroumova O.S. // Langmuir. 2012, V.28, P.9908-9914