For mechanical force to induce changes in cellular behaviors, two main processes are inevitable; perception of the force and response to it. Perception of mechanical force by cells, or mechanosensing, requires mechanical force-induced conformational changes in mechanosensors. For this, at least one end of the mechanosensors should be anchored to relatively fixed structures, such as extracellular matrices or the cytoskeletons, while the other end should be pulled along the direction of the mechanical force. Alternatively, mechanosensors may be positioned in lipid bilayers, so that conformational changes in the embedded sensors can be induced by mechanical force-driven tension in the lipid bilayer. Responses to mechanical force by cells, or mechanotransduction, require translation of such mechanical force-induced conformational changes into biochemical signaling. For this, protein-protein interactions or enzymatic activities of mechanosensors should be modulated in response to force-induced structural changes. In the last decade, several molecules that met the required criteria of mechanosensors have been identified and proven to directly sense mechanical force. The present review introduces examples of such mechanosensors and summarizes their mechanisms of action.
The cell membrane, also known as the biological membrane, surrounds every living cell. The main components of cell membranes are lipids and therefore called as lipid membranes. These membranes are mainly made up of a two-dimensional lipid bilayer along with integral and peripheral proteins. The complex nature of lipid membranes makes it difficult to study and hence artificial lipid membranes are prepared which mimic the original lipid membranes. These artificial lipid membranes are prepared from phospholipid vesicles (liposomes). The liposomes are formed when self-forming phospholipid bilayer comes in contact with water. Liposomes can be unilamellar or multilamellar vesicles which comprises of phospholipids that can be produced naturally or synthetically. The phospholipids are non-toxic, biodegradable and are readily produced on a large scale. These liposomes are mostly used in the drug delivery systems. This paper offers comprehensive literature with insights on developing basic understanding of lipid membranes from its structure, organization, and phase behavior to its potential use in biomedical applications. The progress in the field of artificial membrane models considering methods of preparation of liposomes for mimicking lipid membranes, interactions between the lipid membranes, and characterizing techniques such as UV-visible, FTIR, Calorimetry and X-ray diffraction are explained in a concise manner.
A 16-residue polypeptide model with the sequence acetyl-YALSLAATLLKEAASL-OH was derived by rational de novo peptide design. The designed sequence consists of amino acid residues with high propensity to adopt an alpha helical conformation, and sequential order was arranged to produce an amphipathic surface. The designed sequence was chemically synthesized using a solid-phase method and the polypeptide was purified by reverse-phase liquid chromatography. Molecular mass analysis by electro-spray ionization mass spectroscopy confirmed the correct designed sequence. Structural characterization by circular dichroism spectroscopy demonstrated that the peptide adopts the expected alpha helical conformation in 50% acetonitrile solution. Liposome binding assay using Small Unilamellar Vesicle (SUV) showed a marked release of entrapped glucose by interaction between the lipid membrane and the tested peptide. The channel-forming activity of the peptide was revealed by a planar lipid bilayer experiment. An analysis of the conducting current at various applied potentials suggested that the peptide forms a cationic ion channel with an intrinsic conductance of 188 pS. These results demonstrate that a simple rational de novo design can be successfully employed to create short peptides with desired structures and functions.
Properties of unitary ATP-sensitive $K^+$ channels were studied using planar lipid bilayer technique. Vesicles were prepared from bullfrog (Rana catesbeiana) skeletal muscle. ATP-sensitive $K^+$ (K (ATP)) channels were identified by their unitary conductance and sensitivity to ATP. In the symmetrical solution containing 200mM KCI, 10mM Hepes, 1mM EGTA and pH 7.2, single K (ATP) channels showed a linear current-voltage relations with slight inward rectification. Slope conductance at reversal potential was $60.1{\pm}0.43$ pS(n=3)). Micromolar ATP reversibly inhibited the channel activity when applied to the cytoplasmic side. In the range of -50~+50 mV, the channel activity was not voltage-dependent, but the channel gating within a burst was more frequent at negative voltage range. Varying the concentrations of external/internal KCl(mM) to 40/200, 200/200, 200/100 and 200/40 shifted reversal potentials to $-30.8{\pm}2.9$(n=3), $-1.1{\pm}2.7$(n=3), 10.5 and 30.6(mV), respecrivety. These reversal potentials were close to the expected values by the Nernst equation, indicating nearly ideal selectivity for $K^+$ over $Cl^-$. Under bi-ionic conditions of 200mM external test ions and 200mM internal $K^+$, the reversal potentials for each test ion/K pair were measured. The measured reversal potentials were used for the calculation of the releative permeability of alkali cations to $K^+$ ions using the Goldman-Hodgkin-Katz equation. The permeability sequence of 5 cations relative to $K^+$ was $K^+$(1), $Rb^+$(0.49), $Cs^+$(0.27), $Na^+$(0.027) and $Li^+$(0.021). This sequence was recognized as Eisenman's selectivity sequence IV. In addition, modelling the permeation of $K^+$ ion through ATP-sensitive $K^+$ channel revealed that a 3-barrier 2-site multiple occupancy model can reasonably predict the observed current-voltage relations.
The effects of membrane surface charge originated from lipid head groups on ion channels were tested by analyzing the activity of single large conductance $Ca^{2+}-activated\;K^+$ (maxi K) channel from rat skeletal muscle. The conductances and open-state probability ($P_o$) of single maxi K channels were compared in three types of planar lipid bilayers formed from a neutral phosphatidylethanolamine (PE) or two negatively-charged phospholipids, phosphatidylserine (PS) and phosphatidylinositol (PI). Under symmetrical KCl concentrations $(3{\sim}1,000\;mM)$, single channel conductances of maxi K channels in charged membranes were $1.1{\sim}1.7$ times larger than those in PE membranes, and the differences were more pronounced at the lower ionic strength. The average slope conductances at 100 mM KCl were $251{\pm}9.9$, $360{\pm}8.7$ and $356{\pm}12.4$$(mean{\pm}SEM)$ pS in PE, PS and PI membranes respectively. The potentials at which $P_o$ was 1/2, appeared to have shifted left by 40 mV along voltage axis in the membranes formed with PS or PI. Such shift was consistently seen at pCa 5, 4.5, 4 and 3.5. Estimation of the effect of surface charge from these data indicated that maxi K channels sensed the surface potentials at a distance of $8{\sim}9\;{\AA}$ from the membrane surface. In addition, similar insulation distance ($7{\sim}9\;{\AA}$) of channel mouth from the bilayer surface charge was predicted by a 3-barrier-2-site model of energy profile for the permeation of $K^+$ ions. In conclusion, despite the differences in structure and fluidity of phospholipids in bilayers, the activities of maxi K channels in two charged membranes composed of PS or PI were strikingly similar and larger than those in bilayers of PE. These results suggest that the enhancement of conductance and $P_o$ of maxi channels is mostly due to negative charges in the phospholipid head groups.
Liposomes are spherical vesicles composed of lipid bilayer membranes. However, the conventional liposomes have been found to be plagued by rapid opsonization and taken up by the reticuloendothelial system (RES), resulting in shortened circulation time and limited intracellular uptake to target cell. In this study, polyethyleneglycol-cationic liposomes (PCL) containing cationic lipid and DSPE-mPEG were prepared by thin film cast-hydration method. The PEG liposomes had approximately $97.0{\pm}1.3\;nm$ of mean particle diameter and $-21.7{\pm}1.2\;mV$ of zeta potential value. PCL had $96.4{\pm}1.8\;nm$ of mean particle diameter and $-8.7{\pm}1.1\;mV$ of zeta potential value with a decrease of about 10 mV compared to the PEG liposomes. Loading of model drug, doxorubicin (DOX), in liposomes were carried out by using remote loading method and the loading efficiency of DOX in liposomes was about $95.0{\pm}1.9%$. Intracellular uptake and cytotoxicity of PCL were higher than that of PEG liposomes to murine B16F10 melanoma cells. In addition, anti-tumor activity of PCL was similar to that of PEG liposomes on growth of A549 human lung carcinoma in BALB/c mice. Consequently, PCL modified with cationic lipid may be applicable as anticancer drug carriers that can increase intracellular uptake and therapeutic efficacy.
The currently accepted model of membrane structure proposes a dynamic, asymmetric lipid matrix of phospholipids and cholesterol with globular proteins embedded across the membrane to various degrees. Most phospholipids are in the bilayer arrangement and also closely associated with integral membrane proteins or loosely associated with peripheral proteins. Biological functions of membrane, such as membrane-bound enzyme functions and transport systems, are influenced by the membrane physical properties, which are determined by fatty acid composition of phospholipids, polar head group composition and membrane cholesterol content. Polar and non-polar region of the phospholipid molecule can interact, with changes in the conformation of a membrane-associated protein altering either its catalytic activity or the protein's interaction with other membrane proteins. Mammalian dietary studies attempted to change the lipid composition of a few cell membranes have shown comparisons, using essential fatty acid-deficient diets. In recent years, Clandinin and a few other workers have pioneered the study proving the influence of dietary fat fed in a nutritionally complete diet on composition of phospholipid classes of cell membrane. Modulation caused by diet fat was rapid and reversible in phospholipid fatty acyl composition of membranes of cardiac mitochondria, liver cell, brain synaptosome and lymphocytes. These changes were at the same time, accompanied by variety of membrane associated functions controlled by membrane-bound enzymes, tranporter and receptor proteins. The findings suggest the basic concept of the necessity of dietary fatty acid balance if consistency of optimal membrane structural lipid composition is to be maintained, as well as the overall inadequacy of describing the nutritional-biochemical quality of a dietary fat solely by its content of linoleic acid. Furthermore, they give light on the possible application to clinical and preventive medicine.
Park, Chang-Sik;Lee, Seong-Moon;Chung, In-Kyo;Kim, Jin-Bom;Son, Woo-Sung;Jang, Hye-Ock;Yun, Il
BMB Reports
/
제33권3호
/
pp.221-227
/
2000
The distribution of barbiturates in the model membranes of total lipids (SPMVTL) and total phospholipids (SPMVPL) extracted from synaptosomal plasma membrane vesicles was determined by employing a fluorescent probe technique. The two fluorescent probes 2-(9-anthroyl)stearic acid and 12-(9-anthroyl)stearic acid were utilized as probes for the surface and the hydrocarbon interior of the outer monolayer of the SPMVTL and SPMVPL, respectively. The Stern-Volmer equation of fluorescent quenching was modified to calculate the relative distribution. The analysis of preferential quenching of these probes by barbiturates indicates that pentobarbital, hexobarbital, amobarbital and phenobarbital are predominantly distributed on the surface area, while thiopental sodium has an accessibility to the hydrocarbon interior of the outer monolayer of the SPMVTL and SPMVPL. From these results, it is strongly suggested that the more effective penetration into the hydrocarbon interior of the outer monolayer of the membrane lipid bilayer could result in a higher general anesthetic activity.
혈류 내에서 리포솜의 안정성을 향상시키기 위해 지질-고분자 유도체를 지질 이중층에 도입하거나 친수성 고분자를 리포솜에 결합시켜 리포솜의 표면을 개질하는 방법이 개발되어왔다. 본 연구에서는 비닐 단량체로서 히드록시에틸메타크릴레이트(HEMA)와 히드록시폴리옥시에틸렌메타크릴레이트(HPOEM)를 자유 라디칼 중합하여 측쇄에 다수의 폴리에틸렌옥사이드를 갖는 빗(Comb) 모양 공중합체인 poly(HEMA-co-HPOEM)를 제조하였다. Poly(HEMA-co-HPOEM)를 리포솜의 표면에 결합시키고 혈장 용액 내에서 개질된 리포솜의 특성을 살펴보았다. Poly(HEMA-co-HPOEM)으로 개질된 리포솜의 입자크기는 대조군 리포솜에 비해 약 30 nm 증가하였고 리포솜 표면의 음전하를 차폐하여 제타 포텐셜의 절대값은 감소하였다. 리포솜 내부에 모델약물인 독소루비신(Doxorubicin)의 로딩효율은 ~ 90%로서 리포솜 표면에 결합된 poly(HEMA-co-HPOEM)는 약물의 로딩효율에 영향을 주지 않았다. 혈장 내에서 리포솜의 안정성을 평가한 결과, 빗 모양 고분자로 수식한 리포솜의 입자크기는 증가하지 않았고 단백질 흡착은 대조군 리포솜 또는 폴리에틸렌옥사이드-지질 유도체가 도입된 리포솜(PEG-리포솜)에 비해 감소되어 빗 모양 고분자인 poly(HEMA-co-HPOEM)이 혈류 내 리포솜의 안정성 향상에 효과적임을 확인하였다.
한국산 2년생 소의 대뇌피질로부터 synaptosomal plasma membrane vesicles(SPMV)를 분리한 후 이 SPMV로부터 추출한 총지질로서 인공세포막(SPMVTL)을 제제하였다. SPMVTL의 outer monolayer에 trinitrophenyl group을 공유결합시킴으로써 SPMVTL이중층에 분포된 형광 probe 1,6-diphenyl-1,3,5-hexatriene(DPH)중 outer monolayer에 분포된 DPH형광만을 소광케 하였다. 형광분석기를 통하여 SPMVTL의 inner monolayer에 비하여 outer monolayer의 유동성이 크다는 것을 확인하였다. n-Alkanols는 SPMVTL지질 이중층(inner+outer monolayers)의 회전확산운동을 증가시키되 탄소수 두개가 증가될 때마다 그 효력이 약10배 가량 증가된다는 것을 알았다. 그러나 1-decanol의 경우에는 1-nonanol에 비하여 그 효력이 낮아지는 소위 cut-off현상이 나타났다. 뿐만 아니라 n-alkanols는 SPMVTL의 inner monolayer에 비하여 outer monolayer의 회전확산운동을 주로 증가시켰다. 하지만 n-alkanols의 탄소수가 증가됨에 따라 outer monolayer에 대한 선택적인 작용이 감소된다는 것도 확인되었다.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.