Single Vesicle Analysis Reveals Nanoscale Membrane Curvature Selective Pore Formation in Lipid Membranes by an Antiviral α-Helical Peptide

脂质双层 膜曲率 生物物理学 小泡 化学 动力学 膜生物物理学 双层 脂质体 脂质双层融合 膜蛋白 生物膜 细胞膜 材料科学 生物化学 生物 物理 量子力学
作者
Seyed R. Tabaei,Michael Rabe,Vladimir P. Zhdanov,Nam‐Joon Cho,Fredrik Höök
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:12 (11): 5719-5725 被引量:54
标识
DOI:10.1021/nl3029637
摘要

Using tethered sub-100 nm lipid vesicles that mimic enveloped viruses with nanoscale membrane curvature, we have in this work designed a total internal reflection fluorescence microscopy-based single vesicle assay to investigate how an antiviral amphipathic α-helical (AH) peptide interacts with lipid membranes to induce membrane curvature-dependent pore formation and membrane destabilization. Based on a combination of statistics from single vesicle imaging, binding kinetics data, and theoretical analysis, we propose a mechanistic model that is consistent with the experimentally observed peptide association and pore formation kinetics at medically relevant peptide concentrations (10 nM to 1 μM) and unusually low peptide-to-lipid (P/L) ratio (~1/1000). Importantly, the preference of the AH peptide to selectively rupture virions with sub-100 nm diameters appears to be related to membrane strain-dependent pore formation rather than to previously observed nanoscale membrane curvature facilitated binding of AH peptides. Compared to other known proteins and peptides, the combination of low effective P/L ratio and high specificity for nm-sized membrane curvature lends this particular AH peptide great potential to serve as a framework for developing a highly specific and potent antiviral agent for prophylactic and therapeutic applications while avoiding toxic side effects against host cell membranes.

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