Solid-state NMR studies of magnetically aligned phospholipid membranes: taming lanthanides for membrane protein studies

    loading  Checking for direct PDF access through Ovid

Abstract

The addition of lanthanides (Tm3+, Yb3+, Er3+, or Eu3+) to a solution of long-chain phospholipids such as dimyristoylphosphatidylcholine (DMPC) and short-chain phospholipids such as dihexanoylphosphatidylcholine (DHPC) is known to result in a bilayer phase in which the average bilayer normal aligns parallel to an applied magnetic field. Lanthanide-doped bilayers have enormous potential for the study of membrane proteins by solid-state NMR, low-angle diffraction, and a variety of optical spectroscopic techniques. However, the addition of lanthanides poses certain challenges to the NMR spectroscopist: coexistence of an isotropic phase and hysteresis effects, direct binding of the paramagnetic ion to the peptide or protein of interest, and severe paramagnetic shifts and line broadening. Lower water concentrations and larger DMPC/DHPC ratios than those typically used in bicelles consistently yield a single oriented bilayer phase that is stable over a wide range of temperature (∼35-90°C). Among the above choice of lanthanides, Yb3+ is found to give minimal paramagnetic shifts and line broadening at acceptably low concentrations necessary for alignment (i.e., Yb3+/DMPC mole ratios equal to or greater than 0.01). Finally, the addition of a phospholipid chelate, 1,2-dimyristoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine–diethylenetriaminepentaacetic acid, is observed to significantly reduce paramagnetic broadening and presumably prevent direct association of the peptide with the lanthanide ions.

L'ajout de lanthanides (Tm3+, Yb3+, Er3+ ou Eu3+) à une solution de phospholipides à chaînes longues, telle la dimyristoylphosphatidylcholine (DMPC) ou de phospholipides à chaînes courtes, telle la dihexanoylphosphatidylcholine (DHPC), entraîne la formation d'une bicouche dont la normale moyenne s'aligne parallèlement au champ magnétique appliqué. Les bicouches dopées par un lanthanide peuvent être très utiles pour l'étude de protéines membranaires à l'aide de la RMN de l'état solide, de la diffraction à petit angle et de diverses techniques spectroscopiques optiques. Cependant, l'ajout de lanthanides posent certains défis au spectroscopiste de RMN: la coexistence d'une phase isotrope et d'effets d'hystérésis, la liaison de l'ion paramagnétique au peptide ou à la protéine d'intérêt et des déplacements paramagnétiques et des élargissements de bandes très importants. Des concentrations en eau plus faibles et des rapports DMPC/DHPC plus grands que ceux habituellement utilisés dans les bicelles entraînent la formation d'une seule bicouche orientée qui est stable dans une large plage de températures (∼35 à 90°C). Parmi les lanthanides mentionnés au début, le Yb3+ est celui produisant des déplacements paramagnétiques et des élargissements de bandes minimaux à des concentrations suffisamment faibles, mais permettant l'alignement (rapports molaires Yb3+/DMPC égaux ou supérieurs à 0,01). Finalement, l'addition d'un phospholipide chélateur, l'acide 1,2-dimyristoyl-sn-glycéro-3-phosphoéthanolamine diéthylènetriaminepentaacétique, réduit l'élargissement paramagnétique de façon significative et semble empêcher l'association des lanthanides au peptide. [Traduit par la Rédaction]

Related Topics

    loading  Loading Related Articles