31. “Regulation
of phase boundaries and phase-segregated patterns in model membranes” (REVIEW) [Regulación de límites de fase y patrones por fases segregadas en
membranas model]
30. "Membrane restructuring events during the enzymatic generation of ceramides with very long-chain polyunsaturated fatty acids" [Eventos de reestructuración de membrana durante la generación enzimatica de ceramidas con cadena muy larga de ácidos grasos poliinsaturados]
[Las muchas Caras (y Fases) de Ceramida y Esfingomielina
28. “The
many Faces (and Phases) of Ceramide and Sphingomyelin II – Binary Mixtures” (REVIEW)
María Laura Fanani and Bruno Maggio (2017), Biophysical Reviews. DOI: 10.1007/s12551-017-0298-y.
27. "The
insertion of Polybia-MP1 peptide into phospholipid monolayers is regulated by
its anionic nature and phase state (La inserción de
Polybia-MP1 en monocapas de fosfolípidos está regulada por su naturaleza
aniónica y estado de fase)"
Dayane
S. Alvares, Natalia Wilke, João Ruggiero Neto , Maria Laura Fanani
(2017), Chem Phys Lipids, 207, 38-48. DOI :10.1016/j.chemphyslip.2017.08.001.
María Laura Fanani y
Natalia Wilke (2018) BBA
Biomembranes. DOI: 10.1016/j.bbamem.2018.02.023.
La desmezcla de
componentes se ha descrito por mucho tiempo en membranas modelo. Es una
consecuencia de las interacciones laterales no ideales entre los componentes de
la membrana y causa la presencia de fases segregadas, formando parches
(dominios) de diferentes propiedades, lo que introduce heterogeneidad en la
membrana. En la presente
revisión describimos primero los procesos a través de los cuales se generan los
dominios, cómo crecen y por qué son redondeados, a rayas o fractales, y también
por qué se distribuyen formando patrones definidos. A continuación, nos
centramos en el efecto de un aditivo en una mezcla de lípidos, que generalmente
induce cambios en los puntos de desmezcla, estabilizando o desestabilizando el
estado de fase segregada. Los resultados encontrados para diferentes membranas
modelo se resumen, detallando las formas en que la segregación de fase y los
patrones generados pueden ser modulados. Nos enfocamos en cuáles son, desde
nuestro punto de vista, los factores reguladores más relevantes que afectan la
textura superficial observada en las membranas modelo.
30. "Membrane restructuring events during the enzymatic generation of ceramides with very long-chain polyunsaturated fatty acids" [Eventos de reestructuración de membrana durante la generación enzimatica de ceramidas con cadena muy larga de ácidos grasos poliinsaturados]
Peñalva
DA, Antollini S, Ambroggio E, Aveldaño MI, Fanani ML (2018) Langmuir, in Press.
E-published 15 marzo DOI: 10.1021/acs.langmuir.7b04374.
En la cabeza del
esperma de rata, las especies de esfingomielina (SM) que contienen ácidos
grasos poliinsaturados de cadena muy larga (V-SM) se convierten en ceramidas
(V-Cer) después de ser inducida la reacción acrosomal in vitro. El motivo del
enriquecimiento de estos raros esfingolípidos en tal específica ubicación y su conversión
a Cer, catalizada por la enzima esfingomielinasa (SMase), parece una
característica crucial de la reacción acrosomal; evento necesario para la capacitación
del espermatozoide. En este trabajo, los efectos de SMase se compararon en
vesículas unilamelares (nanométricas y micrométricas) que contienen
fosfatidilcolina y V-SM o una SM rica en palmitato (P-SM). En vesículas
nanométricas de tamaño uniforme a 37 oC, se generó más y más
rápidamente V-Cer que P-Cer. Estudios de dispersión de luz mostraron que las vesículas
tendían a formar grandes partículas lipídicas, se agregaban más intensamente
ocurriendo mezcla de lípidos entre vesículas de forma más marcada cuando se
producía V-Cer en lugar de P-Cer. Estudios fluorimétricos informaron que la
producción de V-Cer dio como resultado una mayor restricción en la movilidad de
los lípidos que la de P-Cer, lo que implica un mayor aumento en la
deshidratación de la membrana y la microviscosidad. Además, se evidenció una
mayor solubilidad de V-Cer que de P-Cer en la fase líquida desordenada. A
temperatura ambiente, la producción de ceramida indujo la aparición de dominios
condensados en liposomas que contenían P-SM-, pero no en los que contienen
V-SM. Los primeros mantuvieron su tamaño mientras perdían sus contenidos
gradualmente durante la acción de SMase, mientras que los últimos se volvían
permeables más temprano y reducían su tamaño en pocos minutos hasta colapsar
repentinamente. En conjunto nuestros estudios evidencian que la generación enzimática
rápida y potente de V-Cer puede contribuir a disparar eventos de
reestructuración de la membrana que ocurren en la cabeza del espermatozoide durante
la reacción acrosomal.
[Las muchas Caras (y Fases) de Ceramida y Esfingomielina
I -
Lípidos individuales]
María Laura
Fanani and Bruno Maggio (2017), Biophysical
Reviews. DOI: 10.1007/s12551-017-0297-z.
Ceramides, the simplest kind of two-chained sphingolipids, contain a
single hydroxyl group in position 1 of the sphingoid base. Sphingomyelins
further contain a phosphocholine group at the OH of position 1 of ceramide.
Ceramides and sphingomyelins show a variety of species depending on the fatty
acyl chain length, hydroxylation, and unsaturation. Because of the relatively
high transition temperature of sphingomyelin compared to lecithin and,
particularly, of ceramides with 16:0 – 18:0 saturated chains, a widespread idea
on their functional importance refers to formation of rather solid domains
enriched in sphingomyelin and ceramide. Frequently, and especially in the cell
biology field, these are generally (and erroneously) assumed to occur irrespective
on the type of N-acyl chain in these lipids. This is because most studies indicating
such condensed ordered domains employed sphingolipids with acyl chains with 16
carbons while scarce attention has been focused on the influence of the N-acyl
chain on their surface properties. However, abundant evidence has shown that variations
of the N-acyl chain length in ceramides and sphingomyelins markedly affect
their phase state, interfacial elasticity, surface topography, electrostatics
and miscibility and that, even the usually conceived “condensed” sphingolipids
and many of their mixtures, may exhibit liquid like expanded states. This
Review is a summarized overview of our work and of related others on some facts
regarding membranes composed of single molecular species of ceramide and
sphingomyelin. A second part is dedicated to discuss the miscibility properties
between species of sphingolipids that differ in N-acyl and oligosaccharide
chains.
Las ceramidas, el tipo más simple de esfingolípidos
de dos cadenas, contienen un único grupo hidroxilo en la posición 1 de la base
esfingoide. Las esfingomielinas contienen además un grupo fosfocolina en el OH
de la posición 1 de la ceramida. Las ceramidas y esfingomielinas muestran una
variedad de especies dependiendo de la longitud de la cadena de acilo graso,
hidroxilación e insaturación. Debido a la temperatura de transición
relativamente alta de estos lìpidos, una idea generalizada sobre su importancia
funcional se refiere a la formación de dominios bastante sólidos enriquecidos
en esfingomielina y ceramida. Con frecuencia, y especialmente en el campo de la
biología celular, generalmente se supone (erróneamente) que ocurren
independientemente del tipo de cadena hidrocarbonada en estos lípidos. Sin
embargo, abundantes pruebas han demostrado que las variaciones de la longitud
de la cadena de N-acilo en ceramidas y esfingomielinas afectan notablemente a
su estado de fase, elasticidad interfacial, topografía de superficie,
electrostática y miscibilidad y que incluso los esfingolípidos
"condensados" pueden exhibir estados líquido expandidos. Esta
revisión es una descripción resumida de nuestro trabajo y de otros relacionados
con algunos hechos relacionados con membranas compuestas de especies
moleculares únicas de ceramida o esfingomielina. Una segunda parte está
dedicada a discutir las propiedades de miscibilidad entre las especies de
esfingolípidos que difieren en las cadenas de N-acilo y oligosacáridos.
María Laura Fanani and Bruno Maggio (2017), Biophysical Reviews. DOI: 10.1007/s12551-017-0298-y.
A
rather widespread idea on the functional importance of sphingolipids in cell
membranes refers to the occurrence of ordered domains enriched in sphingomyelin
and ceramide that are largely assumed to exist irrespective of the type of
N-acyl chain in the sphingolipid.
Ceramides and sphingomyelins are the simplest kind of two-chained
sphingolipids and show a variety of species depending on the fatty acyl chain
length, hydroxylation, and unsaturation. Abundant evidences have shown that
variations of the N-acyl chain length in ceramides and sphingomyelins markedly
affect their phase state, interfacial elasticity, surface topography,
electrostatics and miscibility and that, even the usually conceived “condensed”
sphingolipids and many of their mixtures, may exhibit liquid-like expanded
states. Their lateral miscibility properties are subtlety regulated by those chemical
differences. Even between ceramides with different acyl chain length, their
partial miscibility is responsible for a rich two-dimensional structural
variety that impacts on the membrane properties on the mesoscale level. In this
review, we will discuss the miscibility properties of ceramide, sphingomyelin
and glycosphingolipids that differ in their N-acyl or oligosaccharide chains.
This work is a second part that accompanies a previous overview of the
properties of membranes formed by pure ceramides or sphingomyelins, also included
in this Special Issue.
Polybia-MP1 o simplemente MP1
(IDWKKLLDAAKQIL-NH2) es un péptido con actividad bactericida de amplio espectro
y un fuerte efecto inhibidor contra las células cancerosas. El objetivo de este
trabajo fue evaluar el efecto de algunas propiedades biofísicas como la textura
y el espesor de las membrana lipídicas, tanto neutras como aniónicas, sobre su
interacción con MP1. Para este propósito, primero exploramos el comportamiento
superficial del péptido. MP1 mostró una alta actividad superficial, adsorbiéndose
en las interfases agua/aire, disminuyendo marcadamente la tensión superficial
del agua. La interacción MP1-membrana lipídica fue estudiada utilizando como
modelo de membrana monocapas de Langmuir formadas a partir de fosfatidilcolina
y phosphatidylserine (PS). Se eligió PS porque este lípido cargado
negativamente se encontró predominantemente en el lado externo de las membranas
de células tumorales, y es capaz de aumentar la actividad de MP1 en mayor
medida que otros lípidos aniónicos. En monocapas de PS, las cuales muestran coexistencia
de fases, MP1 es incorporado hasta una compactación de lípidos superiores a las
de las membranas celulares. Las películas mixtas de lípidos / MP1 fueron
exploradas por microscopía de ángulo de Brewster y microscopía de fuerza
atómica. MP1 particionado preferentemente en el estado de fase líquido-expandida
de las membranas de PS, y fueron excluidos de la fase líquido-condensada. Esta
interacción tuvo fuertes bases electrostáticas: en agua pura, la interacción
lípido-péptido fue lo suficientemente fuerte como para inducir la formación de
estructuras 3D de lípidos y péptidos asociadas a la interfase. La incorporación
de MP1 en la fase líquido-expandida fue acompañada por un desplazamiento de la
presión de transición de fase a valores más altos y un adelgazamiento de la
película lipídica. Estos resultados mostraron una clara correlación entre la
capacidad de penetración de péptidos y la presencia o inducción de una membrana
delgada. Esta capacidad para regular las propiedades físicas de la membrana
puede ser de relevancia.
26. "Crossregulation between the insertion of Hexadecylphosphocholine (miltefosine) into lipid membranes and their rheology and lateral structure (Regulación cruzada entre la inserción de Hexadecilfosfocolina (miltefosina) en las membranas lipídicas y su reología y estructura lateral)"
Yenisleidy
de las Mercedes Zulueta Díaz and María Laura Fanani
BBA Biomembranes 1859 (2017) , 1891-1899. DOI 10.1016/j.bbamem.2017.06.008.
Hexadecilfosfocolina
(HePC), también llamada miltefosina, es un alquilfosfolípido utilizado
clínicamente para el tratamiento tópico del cáncer y contra la leishmaniasis.
El mecanismo de acción de HePC, aún no elucidado, implica su inserción en la
membrana plasmática, afectando la homeostasis lipídica. También se ha propuesto
que HePC afecta directamente la estabilidad y función de las balsas lipídicas
en las membranas celulares. El presente trabajo aborda dos cuestiones
principales en la comprensión de la acción de HePC: las bases para la
selectividad de su inserción a las diferentes membranas lipídicas y cómo es su
acción como agente perturbador de membrana. Se exploró la interacción de HePC
con monocapas lipídicas y vesículas bicapa (liposomas), combinando experimentos
de penetración de monocapas lipídicas, microscopía de ángulo de Brewster y
calorimetría diferencial de barrido. Se ensayaron varias composiciones de
membranas para explorar diferentes condiciones mecánicas de las membranas,
estados de fase y estructuras laterales. Además, se exploró la cinética entre
la forma soluble de HePC y su forma unida a la membrana. Nuestros resultados
mostraron un aumento de la elasticidad inducida por la incorporación de HePC en
todas las membranas estudiadas. Se encontró una incorporación diferencial para
membranas en diferentes estados de fase, con una partición preferencial y una
cinética más dinámica de la incorporación de HePC en membranas más fluidas en
comparación con las condensadas u ordenadas. Este efecto dio como resultado el
desplazamiento del equilibrio de fases en membranas de fosfolípidos y membranas
que contenían dominios líquidos ordenados. La presencia de colesterol o
ergosterol indujo una rápida incorporación y desorción lenta de HePC,
favoreciendo un largo periodo de residencia dentro de la membrana. Esto
contribuye a una mejor comprensión de la regulación de eventos mediados por la membrana
y de la homeostasis lipídica por HePC.
Abstract: The nanoscience is the discipline
that explains the behavior of systems at nanoscopic scale. The liposomes were
one of the first nanostructures developed with applications in different areas.
These systems are structures formed by self-closing phospholipid bilayers in
aqueous solutions. The strategies used for their development have advanced,
leading to liposomes to occupy a place of preponderance in drug delivery
systems design.
For analyzing the properties of liposomes,
physicochemical concepts such as those used to describe liquid crystals, must
be used. Owing to their amphiphilic nature, the phospholipids form aggregates
giving an auspicious framework for the interaction with hydrophilic and
lipophilic substances. These properties encourage the arising from innumerable
of modifications and thus, different types of liposomes have already been
reported since seventies to present. The main strategies have been focused on
increasing their time of permanence in blood circulation and on decreasing
their removal by the cells of the mononuclear phagocyte system (MPS) in liver
and spleen. For reaching this aim their size was reduced and their membrane
fluidity was modified using cholesterol and sphingomyelins. However, one of the
most successful strategies was the development of PEGylated liposomes which
have been named “stealth liposomes”.
Therefore, this book chapter is addressed to
a comprehensive revision of the bibliography regarding to the emergence of
liposomes and the first steps in their design, the type of systems (components
and structures), their classification and properties.
The experimental physicochemical stability and also theoretical, using
DLVO theory was analyzed. Furthermore, this text reviews some of the desired
properties of liposomes: the loading and the release of drugs, and their
relationship with cells which can be mediated or not by receptors among other
properties.
The lipids, sterols, drugs or other different
types of molecules which are able to interact with the liposome membranes can
be studied by biophysics techniques because they modify the self-organization
at the air-water interface and the states of these systems. Therefore, this
point is discussed in a separate section of this chapter.
Finally, some approaches about the use of
liposomes in the biomedicine field and approved commercial formulations are
revised. Additionally, some proposed perspectives based on their capability to
carry molecules, such as silencing RNA (siRNA), which is a strategy used in
pharmacoepigenetics therapy, are shown.
Capítulo
5. Resumen: Las enzimas lipolíticas, tales como las fosfolipasas son parte
esencial de varios venenos y cócteles bacterianos de toxinas. Su acción
primaria se localiza mayormente en la membrana plasmática de las células. La
comprensión del modo de acción y regulación de estas enzimas a nivel molecular
se ha abordado en las últimas décadas utilizando, entre otros enfoques, a las
monocapas lipídicas como modelo de biomembranas. Este sistema permite,
además de la medida de la actividad catalítica, un control riguroso de los
parámetros moleculares y estructurales de la membrana sometida al proceso
lipolítico. Nos centraremos en la acción de la esfingomielinasa, que degrada
esfingomielina produciendo ceramida. Este producto permanece en la membrana e
induce la reorganización de la superficie llevando a profundos cambios de sus
propiedades, tanto en el nivel molecular local como a largo alcance en la
estructura de la interfaz. Este capítulo examinará los enfoques técnicos
utilizados para el estudio de los cambios inducidos en la superficie de
membrana e incluirá tanto la microscopía de fluorescencia como la de de ángulo
de Brewster utilizando capas monomoleculares de tipo Langmuir y
Langmuir-Scheafer.
 |
| Figura 5. Visualización de monocapas tratadas con SMasa y transferidas a soporte sólido |
22. “The amphiphilic alkyl ester derivatives of L-ascorbic acid induce reorganization of phospholipid vesicles” Francesca Giudice, Ernesto E. Ambroggio, Milagro Mottola, Maria Laura Fanani (2016) BBA Biomembranes 1858 (9), 2132-2139. pISSN: 0005-2736.
Los ésteres alquílicos del ácido L-ascórbico (ASCn) son formas de la vitamina C solubles en preparaciones con bajo contenido de agua, que mantienen parte de su poder antioxidante. Estas propiedades hacen a esta familia de fármacos atractivo para ser utilizado en las preparaciones farmacológicas que contienen otros fármacos sensibles a la oxidación o diseñado para reducir los posibles procesos oxidativos tóxicos. En este trabajo, hemos probado la capacidad de los ASCn de modular la estructura, la permeabilidad y las propiedades mecánicas de bicapas de fosfolípidos. Los fármacos estudiados aquí contienen un ácido graso de 16 átomos de carbono (ASC16), de 14 (ASC14) o de 12 (ASC12) esterificando al ácido ascórbico. Encontramos que los ASCn alteran la integridad estructural, así como las propiedades mecánicas de las membranas de fosfolípidos sin mostrar ninguna actividad detergente evidente, es decir no disuelven las membranas para formar micelas mixtas. ASC14 resultó ser la droga más eficaz en desestabilizar la membrana de liposomas de fosfolípidos nano y micrométricos, provocando fugas del contenido atrapado dentro de la vesícula y el alargamiento de su forma. Sólo ASC16 produjo la formación de dominios de condensados enriquecido en el fármaco después de su incorporación en la bicapa lipídica, mientras que ASC12 apareció como el compuesto menos activo, probablemente por su pobre incorporación a la membrana. También encontramos que la incorporación de ASCn en las bicapas de lípidos mejora la reducción de componentes en comparación con la vitamina C, lo que indica que es necesario que la droga antioxidante esté integrada en la membrana para actuar sobre otros componentes de la membrana. Nuestro estudio muestra que los ASCn que varían en la longitud de la cadena hidrocarbonada muestran diferentes efectos en las vesículas de fosfolípidos usados como modelos de biomembrana. Esas variaciones pueden explicar las diferencias en su eficacia en aplicaciones farmacológicas.MAS...
19. “The Interfacial Properties of the Peptide Polybia-Mp1 and its Interaction with DPPC are Modulated by Lateral Electrostatic Attractions” Dayane S Alvares; Maria L Fanani; João Ruggiero Neto; Natalia Wilke (2016) BBA Biomembranes 1858: 393-402. pISSN: 0005-2736. MAS...
17. Alkyl esters of L- ascorbic acid: stability, surface behaviour and interaction with phospholipid monolayers” Milagro Mottola, Raquel V Vico, Martín E Villanueva, Maria Laura Fanani (2015) J Coll Int Sci, Nov 1;457:232-42. ISSN: 0021-9797.Mas...
15. “Sticholysin I - membrane interaction: an interplay between the presence of sphingomyelin and membrane fluidity” L Pedrera, ML Fanani (autor responsable), U Ros, ME Lanio, B Maggio, C Álvarez (2014). BBA Biomembranes 1838: 1752-1759. pISSN: 0005-2736.Mas...
13. “Study of the influence of ascorbyl palmitate and amiodarone in the stability of unilamellar liposomes”, L Benedini, SS Antollini, ML Fanani, S Palma, P Messina, P Schulz (2014) Mol. Membr. Biol. 31: 85-94.ISSN: 0968-7688.Mas...
12. “Atypical surface behavior of ceramides with nonhydroxy and 2-hydroxy very long-chain (C28-C32) PUFAs”.Daniel A. Peñalva, Martín G. Oresti, Fernando Dupuy, Silvia S. Antollini, Bruno Maggio, Marta I. Aveldaño and María L. Fanani (autor responsable) (2014) BBA Biomembranes 1838, 731–738. pISSN: 0005-2736.Mas...
11. “Ascorbyl palmitate interaction with phospholipid monolayers: electrostatic and rheological preponderancy”. Milagro Mottola, Natalia Wilke, Luciano Benedini, Rafael Gustavo Oliveira, Maria Laura Fanani (autor responsable) (2013) BBA Biomembranes 1828, 2496-2505 pISSN: 0005-2736.Mas...
10. “Surface mixing of product and substrates of PLA2 in enzyme free mixed monolayers can reproduce enzyme-driven structure topography”.Luisina De Tullio, María L. Fanani and Bruno Maggio (2013) BBA Biomembranes 1828, 2056-2063.Mas...
9. “Ordered-disordered domain coexistence in ternary lipid monolayers activates sphingomyelinase by clearing ceramide from the active phase”. Elisa C. Ale, Bruno Maggio, Maria Laura Fanani (autor responsible) (2012), BBA Biomembranes 1818, 2767-2776 pISSN: 0005-2736.Mas...
7. “Ceramide N-Acyl Chain Length: A Determinant of Bidimensional Transitions, Condensed Domain Morphology, and Interfacial Thickness”. Fernando Dupuy, María Laura Fanani and Bruno Maggio (2011). Langmuir, 27(7): 3783-3791 pISSN: 0743-7463.Mas...
6. “Liquid-liquid domain miscibility driven by composition and domain thickness mismatch in ternary lipid monolayers”, Maria Laura Fanani (autor responsable) and Bruno Maggio (2011).Journal of Physical Chemistry B, 115(1), 41-49 pISSN: 1520-6106.Mas...
4. “The action of sphingomyelinase in lipid monolayers as revealed by microscopic image analysis”. (Review) Maria Laura Fanani (autor responsable), SteffenHartel, Bruno Maggio, Luisina De Tullio, Jorge Jara, Felipe Olmos, and Rafael Gustavo Oliveira (2010).Biochim.Biophys.Acta1798, 1309–1323pISSN: 0006-3002.Mas...
3. “Coexistence of immiscible mixtures of palmitoyl sphingomyelin and palmitoyl ceramide in monolayers and bilayers”. Jon V. Busto, María Laura Fanani, Luisina De Tullio, Jesús Sot, Bruno Maggio, Félix M. Goñi, Alicia Alonso (2009). Biophys. Journal, 97(10) 2717-26.pISSN: 0006-3495.Mas...
2. “Sphingomyelinase-induced domain shape relaxation driven by out-of-equilibrium changes of composition” Maria L. Fanani (autor responsable), Luisina De Tullio, Steffen Hartel, Jorge Jara, Bruno Maggio (2009). Biophys. J. 96(1) 67-76.pISSN: 0006-3495.Mas...
1. “Sphingomyelinase acts by an area-activated mechanism on the liquid-expanded phase of sphingomyelin monolayers” Luisina De Tullio, Bruno Maggio y María L. Fanani (autor responsable) (2008). Journal of Lipid Research 49(11) 2347-55.pISSN: 0022-2275.Mas...
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