Differential effects of cholesterol, ergosterol and lanosterol on a dipalmitoyl phosphatidylcholine membrane: A molecular dynamics simulation study

Journal of Physical Chemistry B

Volumn 111, Issue 7, 2007, Pages 1786-1801

  Cournia, Zoe ^a   Ullmann, G Matthias ^a,b   Smith, Jeremy C ^a,c  

^a UNIVERSITY OF HEIDELBERG   (Germany)

^b UNIVERSITY OF BAYREUTH   (Germany)

^c OAK RIDGE NATIONAL LABORATORY   (United States)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

AMINES; CHOLESTEROL; COMPUTER SIMULATION; CONCENTRATION (PROCESS);

PHASE MEMBRANES;

MOLECULAR DYNAMICS;

EID: 33847691929     PISSN: 15206106     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/jp065172i     Document Type: Article

References (119)

1. Alberts, B.; Bray, D.; Lewis, J.; Raff, M.; Roberts, K.; Watson, J. Molecular Biology of the Cell; Garland Publishing Inc.: New York and London, 1994.
2. Finegold, L. Cholesterol in Membrane Models; CRC Press: Boca Barton, FL, 1985.
3. Kusumi, A.; Tsuda, M.; Akino, T.; Ohnishi, O.; Terayama, Y. Biochemistry 1983, 22, 1165-1170.
4. Bloch, K. In Biochemistry of Lipids and Membranes; Vance, J. E., Vance, D. E., Eds.; Benjamin/Cummins Publishing Co. Inc.: New York, 1985; pp 1-24.
5. Simons, K.; Toomre, D. Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2000, 7, 31-39.
6. Haines, T. H. Prog. Lipid Res. 2001, 40, 299-324.
7. Risley, J. M. J. Chem. Ed. 2002, 79, 377-384.
8. Polozov, I. V.; Gawrisch, K. Biophys. J. 2006, 90, 2051-2061.
9. Vist, M. R.; Davis, J. H. Biochemistry 1990, 29, 451-464.
10. Zuckermann, M. J.; Ipsen, J. H.; Mouritsen, O. G. In Cholesterol in Membrane Models; CRC Press: Boca Barton, FL, 1993; pp 223-256.
11. Miao, L.; Nielsen, M.; Thewalt, J.; Ipsen, J.; Bloom, M.; Zuckermann, M. J.; Mouritsen, O. G. Biophys. J. 2002, 82, 1429-1444.
12. Mouritsen, J. H. I. O. G.; Zuckermann, M. J. Biophys. J. 1989, 56, 661-667.
13. Ipsen, J. H.; Karlstroem, G.; Mouritsen, O. G.; Wennerstroem, H.; Zuckermann, M. J. Biochim. Biophys. Acta 1987, 905, 162-172.
14. McConell, H. M.; Radhakrishnan, A. Biochim. Biophys. Acta 2003, 1610, 159-173.
15. Keller, S. L.; Pitcher, W. H.; Huestis, W. H.; McConnell, H. M. Phys. Rev. Lett. 1998, 81, 5019-5022.
16. Radhakrishnan, A.; Anderson, T. G.; McConnell, H. M. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2000, 97, 12422-12427.
17. Anderson, T. G.; McConnell, H. M. Biophys. J. 2001, 81, 2774-2785.
18. Silvius, J. R. Biochim. Biophys. Acta 2003, 1610, 174-183.
19. Hsueh, Y.-W.; Gilbert, K.; Trandum, C.; Zuckermann, M.; Thewalt, J. Biophys. J. 2005, 88, 1799-1808.
20. Clarke, J. A.; Heron, A. J.; Seddon, J. M.; Law, R. V. Biophys. J. 2006, 90, 2383-2393.
21. Xu, X.; Bittman, R.; Duportail, G.; Heissler, D.; Vilcheze, C.; London, E. J. Biol. Chem. 2001, 276, 33540-33546.
22. Xu, X.; London, E. Biochemistry 2000, 39, 843-849.
23. Bacia, K.; Schwille, P.; Kurzchalia, T. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 3272-3277.
24. Fantini, J.; Garmy, N.; Mahfoud, R.; Yahi, N. Exp. Rev. Mol. Med. 2002, 1, 1-22.
25. Baron, G. S.; Wehrly, K.; Dorward, D. W.; Chesebro, B.; Caughey, B. EMBO J. 2002, 21, 1031-1040.
26. Tierney, K. J.; Bock, D. E.; Longo, M. L. Biophys. J. 2005, 89, 2481-2493.
27. Arora, A.; Raghuraman, H.; Chattopadhyay, A. Biochim. Biophys. Acta 2004, 318, 920-926.
28. Beattie, M. E.; Veatch, S. L.; Stottrup, B. L.; Keller, S. L. Biophys. J. 2005, 89, 1760-1768.
29. Soubias, O.; Jolibois, F.; Massou, S.; Milon, A.; Reat, V. Biophys. J. 2005, 89, 1120-1131.
30. Orädd, G.; Lindblom, G.; Westerman, P. W. Biophys. J. 2002, 83, 2702-2704.
31. Scheidt, A. H.; Huster, D.; Gawrisch, K. Biophys. J. 2005, 89, 2504-2512.
32. Martinez, G. V.; Dykstra, E. M.; Lope-Piedrafita, S.; Brown, M. F. Langmuir 2004, 20, 1043-1046.
33. Endress, E.; Bayerl, S.; Prechtel, K.; Maier, C.; Merkel, R.; Bayerl, T. M. Langmuir 2002, 18, 3292-3299.
34. Doxastakis, M.; Sum, A. K.; de Pablo, J. J. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 24173-24181.
35. Hofsäß, C.; Lindahl, E.; Edholm, O. Biophys. J. 2003, 84, 2192-2206.
36. Filippov, A.; Orädd, G.; Lindblom, G. Biophys. J. 2003, 84, 3079-3086.
37. Almeida, P. F. F.; Vaz, W. L. C.; Thompson, T. E. Biochemistry 1992, 31, 6739-6747.
38. Baudry, J.; Tajkhorshid, E.; Molnar, F.; Phillips, J.; Schulten, K. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 905-918.
39. Mihailescu, D.; Smith, J. C. Biophys. J. 2000, 79, 1718-1730.
40. Berneche, S.; Nina, M.; Roux, B. Biophys. J. 1998, 75, 1603-1618.
41. Forrest, L.; Kukol, A.; Arkin, I.; Tielman, A.; Sansom, M. Biophys. J. 2000, 78, 55-69.
42. Flock, D.; Helms, V. Biophys. J. 2004, 87, 65-74.
43. Smondyrev, A.; Berkowitz, M. L. Biophys. J. 2001, 80, 1649-1658.
44. Smondyrev, A. M.; Berkowitz, M. L. Biophys. J. 1999, 77, 2075-2089.
45. Chiu, S. W.; Jacobsson, E.; Scott, H. L. Biophys. J. 2001, 80, 1104-1114.
46. Tu, K.; Klein, M. L.; Tobias, D. J. Biophys. J. 1998, 75, 2147-2156.
47. Edholm, O.; Nyberg, A. M. Biophys. J. 1996, 63, 1081-1089.
48. Robinson, A. J.; Richards, W. G.; Thomas, P. J.; Hann, M. M. Biophys. J. 1995, 68, 164-170.
49. Gabdoulline, R. R.; Vanderkooi, G.; Zheng, C. J. Phys. Chem. 1996, 100, 15942-15946.
50. Chiu, S. W.; Jacobsson, E.; Mashl, R. J.; Scott, H. L. Biophys. J. 2002, 83, 1842-1853.
51. Pasenkiewicz-Gierula, M.; Rog, T.; Kitamura, K.; Kusumi, A. Biophys. J. 2000, 78, 1376-1389.
52. Pitman, M. C.; Suits, F.; Mackerell, A. D., Jr.; Feller, S. E. Biochemistry 2004, 43, 15318-15328.
53. Pandit, S. A.; Vasudevan, S.; Chiu, S. W.; Mashl, R. J.; Jacobsson, E.; Scott, H. L. Biophys. J. 2004, 87, 1092-1100.
54. Pandit, S. A.; Bostick, D.; Berkowitz, M. L. Biophys. J. 2004, 86, 1345-1356.
55. Czub, J.; Baginski, M. Biophys. J. 2006, 90, 2368-2382.
56. Koynova, R.; Caffrey, M. Biochim. Biophys. Acta 1998, 1376, 91-145.
57. Brooks, B. R.; Bruccoleri, R.; Olafson, B. D.; States, D. J.; Swaminathan, S.; Karplus, M. J. Comp. Chem. 1983, 4, 187-217.
58. Cournia, Z.; Smith, J. C.; Ullmann, G. M. J. Comp. Chem. 2005, 26, 1383-1399.
59. Darden, T.; York, D.; Pedersen, L. J. Chem. Phys. 1993, 98, 10089-10092.
60. Anézo, C.; de Vries, A. H.; Höltje, H.-D.; Tieleman, D. P.; Marrink, S. J. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 9424-9433.
61. Verlet, L. Phys. Rev. 1967, 159, 98-103.
62. Hill, T. L. An Introduction to Statistical Thermodynamics; Dover Publications Inc.: New York, 1986.
63. Zhang, Y.; Feller, S. E.; Brooks, B. R.; Pastor, R. W. J. Chem. Phys. 1995, 103, 10252-10266.
64. Feller, S. E.; Zhang, Y.; Pastor, R. W.; Brooks, B. R. J. Chem. Phys. 1995, 103, 4613-4621.
65. Hoover, W. G. Phys. Rev. A 1985, 31, 1695-1697.
66. Venable, R. M.; Brooks, B. R.; Pastor, R. W. J. Phys. Chem. 2000, 112, 4822-2832.
67. Nagle, J. F.; Tristram-Nagle, S. Biochim. Biophys. Acta 2000, 1469, 159-195.
68. Pastor, R. W.; Venable, R. M.; Feller, S. E. Acc. Chem. Res. 2002, 35, 438-446.
69. Sundaralingam, M. Ann. N.Y. Acad. Sci. 1972, 195, 324.
70. Shieh, H. S.; Hoard, L. G.; Nordman, C. E. Acta Crystallogr. 1981, 337, 1538-1543.
71. Léonard, A.; Escrive, C.; Laguerre, M.; Pebay-Peyroula, E.; Néri, W.; Pott, T.; Katsaras, J.; Dufourc, E. Langmuir 2001, 17, 2019-2030.
72. Accelrys. San Diego, CA, 2000.
73. Jorgensen, W. L.; Chandrasekhar, J.; Madura, J. D.; Impey, R. W.; Klein, M. L. J. Chem. Phys. 1983, 79, 926.
74. Rog, T.; Pasenkiewicz-Gierula, M. Biophys. J. 2001, 81, 2190-2202.
75. Douliez, J.-P.; Léonard, A.; Dufourc, E.-J. Biophys. J. 1995, 68, 1727-1739.
76. Dufourc, E. J.; Parish, E. J.; Chitrakorn, S.; Smith, I. C. P. Biochemistry 1984, 23, 6062-6071.
77. Urbina, J. A.; Pekerar, S.; Le, H.; Patterson, J.; Montez, B.; Oldfield, E. Biochim. Biophys. Acta 1995, 1238, 163.
78. Sankaram, M. B.; Thompson, T. E. Biochemistry 1990, 29, 10676-10684.
79. Huster, D.; Scheidt, H. A.; Arnold, K.; Hermann, A.; Mueller, P. Biophys. J. 2005, 88, 1838-1844.
80. Hauser, H.; Pascher, I.; Pearson, R. H.; Sundell, S. Biochim. Biophys. Acta 1981, 650, 21-51.
81. Mendelsohn, R.; Snyder, R. G. In Biological Membranes: A Molecular Perspective from Computation and Experiment; Birkhäuser: Boston, 1996; pp 145-174.
82. Casal, H. L.; McElhaney, R. N. Biochemistry 1990, 29, 5423-5427.
83. Mendelsohn, R.; Davies, M. A.; Schuster, H. F.; Xu, Z.; Bittman, R. Biochemistry 1991, 30, 8558-8563.
84. Senak, L.; Moore, D.; Mendelsohn, R. J. Phys. Chem. 1992, 96, 2749-2754.
85. Wiener, M. C.; Suter, R. M.; Nagle, J. F. Biophys. J. 1989, 55, 315-325.
86. Nagle, J. F.; Zhang, R.; Tristram-Nagle, S.; Sun, W.; Petrache, H. I.; Suter, R. M. Biophys. J. 1996, 70, 1419-1431.
87. Feller, S. E.; MacKerell, A. D., Jr. J. Phys. Chem. B 2000, 104, 7510-7515.
88. Henriksen, J.; Rowat, A. C.; Brief, E.; Hsueh, Y. W.; Thewalt, J. L.; Zuckermann, M. J.; Ipsen, J. H. Biophys. J. 2006, 90, 1639-1649.
89. Pencer, J.; Nieh, M.-P.; Harroun, T. A.; Krueger, S.; Adams, C.; Katsaras, J. Biochim. Biophys. Acta 2005, 1720, 84-91.
90. Ipsen, J. H.; Mouritsen, O. G.; Bloom, M. Biophys. J. 1990, 57, 405-412.
91. Shieh, H. S.; Hoard, L. G.; Nordman, C. E. Nature 1977, 267, 287-289.
92. Craven, B. M. Acta Crystallogr. 1979, B35, 1123-1128.
93. Hsu, H.-Y.; Kampf, J. W.; Nordman, C. E. Acta Crystallogr. 2002, B58, 260-264.
94. Baginski, M.; Tempczyk.; Borowski, E. Eur. Biophys. J. 1989, 17, 159-166.
95. Child, P.; Kuksis, A. J. Lipid Res. 1983, 24, 1196-1209.
96. Wang, J.; Megha, K.; London, E. Biochemistry 2004, 43, 1010-1018.
97. Tieleman, D. P.; Berendsen, H. J. C. J. Phys. Chem. 1996, 105, 4871-4880.
98. de Vries, A. H.; Yefimov, S.; Mark, A. E.; Marrink, S. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2005, 102, 5392-5396.
99. de Vries, A. H.; Chandrasekhar, I.; van Gunsteren, W. F.; Hünenberger, P. H. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 11643-11652.
100. Lindahl, E.; Edholm, O. Biophys. J. 2000, 79, 426-433.
101. Jensen, M. O.; Mouritsen, O. G.; Peters, G. H. Biophys. J. 2004, 86, 3556-3575.
102. Essmann, U.; Berkowitz, M. L. Biophys. J. 1999, 76, 2081-2089.
103. Chiu, S. W.; Jakobsson, E.; Subramaniam, S.; Scott, H. L. Biophys. J. 1999, 77, 2462-2469.
104. Pasenkiewicz-Gierula, M.; Takaoka, Y.; Miyagawa, H.; Kitamura, K.; Kusumi, A. J. Phys. Chem. A 1997, 101, 3677-3691.
105. Tu, K.; Tobias, D. J.; Klein, M. L. Biophys. J. 1995, 69, 2558-2562.
106. Chiu, S.-W.; Clark, M.; Balaki, V.; Subramaniam, S.; Scott, H. L.; Jakobsson, E. Biophys. J. 1995, 69, 1230-1245.
107. Feller, S. E.; Pastor, R. W. Biophys. J. 1996, 71, 1350-1355.
108. Marrink, S. J.; Mark, A. E. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 6122-6127.
109. Skibinksy, A.; Venable, R. M.; Pastor, R. W. Biophys. J. 2005, 89, 4111-4121.
110. Baginski, M.; Resat, H.; McCammon, J. A. Mol. Pharmacol. 1997, 52, 560-570.
111. Jähnig, F. Biophys. J. 1996, 71, 1348-1349.
112. Feller, S. E.; Zhang, Y.; Pastor, R. W. J. Chem. Phys. 1995, 103, 10267-10276.
113. Feller, S. E.; Pastor, R. W. J. Chem. Phys. 1999, 111, 1281-1287.
114. Sankararamakrishnan, R.; Weinstein, H. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 11802-11811.
115. Patra, M.; Karttunen, M.; Hyvönen, M. T.; Falck, E.; Lindqvist, P.; Vattulainen, I. Biophys. J. 2003, 84, 3636-3645.
116. Lindahl, E.; Hess, B.; van der Spoel, D. J. Mol. Model. 2001, 7, 306-317.
117. Chandrasekhar, I.; Bakowies, D.; Glättli, A.; Hünenberger, P.; Pereira, C.; van Gunsteren, W. F. Mol. Simul. 2005, 31, 543-548.
118. Nagle, J. F.; Wiener, M. C. Biochim. Biophys. Acta 1988, 942, 1-10.
119. Tristram-Nagle, S.; Zhang, R.; Suter, R. M.; Worthington, C. R.; Sun, W. J.; Nagle, J. F. Biophys. J. 1993, 64, 1097.