Large influence of cholesterol on solute partitioning into lipid membranes

Journal of the American Chemical Society

Volumn 134, Issue 11, 2012, Pages 5351-5361

  Wennberg, Christian L ^a   Van Der Spoel, David ^a   Hub, Jochen S ^a  

^a UPPSALA UNIVERSITY   (Sweden)

Author keywords

[No Author keywords available]

Indexed keywords

ANIMAL CELLS; CHOLESTEROL CONTENT; HEAD GROUPS; LIPID MEMBRANES; MEMBRANE PERMEABILITY; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATIONS; POTENTIALS OF MEAN FORCES; SOLUTE PARTITIONING; STRUCTURAL BASIS; SURFACE AREA; VAN DER WAALS INTERACTIONS;

CELL MEMBRANES; MECHANICAL PROPERTIES; MEMBRANES; MOLECULAR DYNAMICS; PHOSPHOLIPIDS; VAN DER WAALS FORCES;

CHOLESTEROL;

CHOLESTEROL; PHOSPHOLIPID; WATER;

ARTICLE; BIOCHEMISTRY; LIPID MEMBRANE; MEMBRANE PERMEABILITY; MOLECULAR DYNAMICS; SIMULATION; SOLUTE; SOLUTE PARTITIONING;

CHOLESTEROL; MEMBRANES, ARTIFICIAL; MODELS, MOLECULAR; MOLECULAR DYNAMICS SIMULATION; PHOSPHOLIPIDS; SOLUBILITY; WATER;

EID: 84858636088     PISSN: 00027863     EISSN: 15205126     Source Type: Journal    
DOI: 10.1021/ja211929h     Document Type: Article

References (89)

1. Diamond, J. M.; Katz, Y. J. Membr. Biol. 1974, 17 (2) 121-154
2. Finkelstein, A. J. Gen. Physiol. 1976, 68 (2) 127-135
3. Walter, A.; Gutknecht, J. J. Membr. Biol. 1986, 90 (3) 207-217
4. Lande, M. B.; Donovan, J. M.; Zeidel, M. L. J. Gen. Physiol. 1995, 106 (1) 67-84
5. Xiang, T. X.; Anderson, B. D. Biophys. J. 1998, 75 (6) 2658-2671
6. Mathai, J. C.; Tristram-Nagle, S.; Nagle, J. F.; Zeidel, M. L. J. Gen. Physiol. 2008, 131 (1) 69-76
7. Marrink, S.-J.; Berendsen, H. J. C. J. Phys. Chem. 1994, 98, 4155-4168
8. Marrink, S. J.; Berendsen, H. J. C. J. Phys. Chem. 1996, 100 (41) 16729-16738
9. Bemporad, D.; Luttmann, C.; Essex, J. W. Biophys. J. 2004, 87 (1) 1-13
10. Bemporad, D.; Essex, J. W. J. Phys. Chem. B 2004, 108, 4875-4884
11. Sugii, T.; Takagi, S.; Matsumoto, Y. J. Chem. Phys. 2005, 123 (18) 184714
12. Orsi, M.; Sanderson, W. E.; Essex, J. W. J. Phys. Chem. B 2009, 113 (35) 12019-12029
13. Subczynski, W. K.; Hyde, J. S.; Kusumi, A. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1989, 86 (12) 4474-4478
14. Sackmann, E. In Structure and Dynamics of Membranes; Liposwski, R.; Sackmann, E., Eds.; Elsevier, Amsterdam, 1995.
15. Róg, T.; Pasenkiewicz-Gierula, M.; Vattulainen, I.; Karttunen, M. Biochim. Biophys. Acta 2009, 1788 (1) 97-121
16. Yeagle, P. Biochim. Biophys. Acta, Rev. Biomembr. 1985, 822 (3-4) 267-287
17. Yeagle, P. Biochimie 1991, 73 (10) 1303-1310
18. McMullen, T.; McElhaney, R. Curr. Opin. Colloid Interface Sci. 1996, 1 (1) 83-90
19. Edholm, O.; Nyberg, A. Biophys. J. 1992, 63 (4) 1081-1089
20. Robinson, A.; Richards, W.; Thomas, P.; Hann, M. Biophys. J. 1995, 68 (1) 164-170
21. Smondyrev, A.; Berkowitz, M. Biophys. J. 1999, 77 (4) 2075-2089
22. Chiu, S. W.; Jakobsson, E.; Mashl, R. J.; Scott, H. L. Biophys. J. 2002, 83 (4) 1842-1853
23. Hofsä, C.; Lindahl, E.; Edholm, O. Biophys. J. 2003, 84 (4) 2192-2206
24. Falck, E.; Patra, M.; Karttunen, M.; Hyvönen, M. T.; Vattulainen, I. J. Chem. Phys. 2004, 121 (24) 12676-12689
25. Pandit, S. A.; Chiu, S.-W.; Jakobsson, E.; Grama, A.; Scott, H. L. Langmuir 2008, 24 (13) 6858-6865
26. Finkelstein, A.; Cass, A. Nature 1967, 216, 717-718
27. Mcelhaney, R. N.; de Gier, J.; van Deenen, L. L. Biochim. Biophys. Acta 1970, 219 (1) 245-247
28. Papahadjopoulos, D.; Nir, S.; Ohki, S. Biochim. Biophys. Acta, Biomembr. 1972, 266 (3) 561-583
29. Korten, K.; Sommer, T. J.; Miller, K. W. Biochim. Biophys. Acta 1980, 599 (1) 271-279
30. Smith, R. A.; Porter, E. G.; Miller, K. W. Biochim. Biophys. Acta 1981, 645 (2) 327-338
31. Luxnat, M.; Galla, H. J. Biochim. Biophys. Acta 1986, 856 (2) 274-282
32. De Young, L. R.; Dill, K. A. Biochemistry 1988, 27 (14) 5281-5289
33. Subczynski, W.; Wisniewska, A.; Yin, J.; Hyde, J.; Kusumi, A. Biochemistry 1994, 33 (24) 7670-7681
34. Antunes-Madeira, M. C.; Madeira, V. M. Biochim. Biophys. Acta 1985, 820 (2) 165-172
35. Xiang, T. X.; Anderson, B. D. J. Membr. Biol. 1995, 148 (2) 157-167
36. Jedlovszky, P.; Mezei, M. J. Phys. Chem. B 2003, 107 (22) 5322-5332
37. Eriksson, E. S. E.; Eriksson, L. A. J. Chem. Theory Comput. 2011, 7, 560-574
38. Pike, L. J. J. Lipid Res. 2003, 44 (4) 655-667
39. Risselada, H. J.; Marrink, S. J. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008, 105 (45) 17367-17372
40. Ipsen, J. H.; Karlström, G.; Mouritsen, O. G.; Wennerström, H.; Zuckermann, M. J. Biochim. Biophys. Acta 1987, 905 (1) 162-172
41. Vist, M. R.; Davis, J. H. Biochemistry 1990, 29 (2) 451-464
42. Marsh, D. Biochim. Biophys. Acta 2010, 1798 (3) 688-699
43. Hub, J. S.; Winkler, F. K.; Merrick, M.; de Groot, B. L. J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 13251-13263
44. Jorgensen, W. L.; Chandrasekhar, J.; Madura, J. D.; Impey, R. W.; Klein, M. L. J. Chem. Phys. 1983, 79, 926-935
45. Van der Spoel, D.; Lindahl, E.; Hess, B.; Groenhof, G.; Mark, A. E.; Berendsen, H. J. C. J. Comput. Chem. 2005, 26, 701-1719
46. Hess, B.; Kutzner, C.; van der Spoel, D.; Lindahl, E. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 435-447
47. Berger, O.; Edholm, O.; Jähnig, F. Biophys. J. 1997, 72, 2002-2013
48. Tieleman, D.; Berendsen, H. Biophys. J. 1998, 74 (6) 2786-2801
49. Ulmschneider, J. P.; Ulmschneider, M. B. J. Chem. Theory Comput. 2009, 5, 1803-1813
50. Höltje, M.; Förster, T.; Brandt, B.; Engels, T.; von Rybinski, W.; Höltje, H. D. Biochim. Biophys. Acta 2001, 1511 (1) 156-167
51. Jorgensen, W. L.; Maxwell, D. S.; Tirado-Rives, J. J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 11225-11236
52. Kaminski, G. A.; Friesner, R. A.; Tirado-Rives, J.; Jorgensen, W. L. J. Phys. Chem. B 2001, 105, 6474-6487
53. Cohen, J.; Arkhipov, A.; Braun, R.; Schulten, K. Biophys. J. 2006, 91 (5) 1844-1857
54. Becke, A. D. Phys. Rev. A 1988, 38, 3098-3100
55. Lee, C.; Yang, W.; Parr, R. G. Phys. Rev. B 1988, 37, 785-789
56. Becke, A. D. J. Chem. Phys. 1993, 98, 5648-5652
57. Kendall, R. A.; Dunning, T. H., Jr.; Harrison, R. J. J. Chem. Phys. 1992, 96, 6796-6806
58. Woon, D. E.; Dunning, T. H., Jr. J. Chem. Phys. 1993, 99, 1914-1929
59. Frisch, M. J.; Trucks, G. W.; Schlegel, H. B.; Scuseria, G. E.; Robb, M. A.; Cheeseman, J. R.; Montgomery, Jr., J. A.; Vreven, T.; Kudin, K. N.; Burant, J. C.; Millam, J. M.; Iyengar, S. S.; Tomasi, J.; Barone, V.; Mennucci, B.; Cossi, M.; Scalmani, G.; Rega, N.; Petersson, G. A.; Nakatsuji, H.; Hada, M.; Ehara, M.; Toyota, K.; Fukuda, R.; Hasegawa, J.; Ishida, M.; Nakajima, T.; Honda, Y.; Kitao, O.; Nakai, H.; Klene, M.; Li, X.; Knox, J. E.; Hratchian, H. P.; Cross, J. B.; Adamo, C.; Jaramillo, J.; Gomperts, R.; Stratmann, R. E.; Yazyev, O.; Austin, A. J.; Cammi, R.; Pomelli, C.; Ochterski, J. W.; Ayala, P. Y.; Morokuma, K.; Voth, G. A.; Salvador, P.; Dannenberg, J. J.; Zakrzewski, V. G.; Dapprich, S.; Daniels, A. D.; Strain, M. C.; Farkas, O.; Malick, D. K.; Rabuck, A. D.; Raghavachari, K.; Foresman, J. B.; Ortiz, J. V.; Cui, Q.; Baboul, A. G.; Clifford, S.; Cioslowski, J.; Stefanov, B. B.; Liu, G.; Liashenko, A.; Piskorz, P.; Komaromi, I.; Martin, R. L.; Fox, D. J.; Keith, T.; Al-Laham, M. A.; Peng, C. Y.; Nanayakkara, A.; Challacombe, M.; Gill, P. M. W.; Johnson, B.; Chen, W.; Wong, M. W.; Gonzalez, C.; Pople, J. A. Gaussian 03, Revision C.02; Gaussian, Inc., Wallingford, CT, 2004.
60. Singh, U. C.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 1984, 5, 129-145
61. Besler, B. H.; Merz, K. M., Jr.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 1990, 11, 431-439
62. Bussi, G.; Donadio, D.; Parrinello, M. J. Chem. Phys. 2007, 126 (1) 014101
63. Berendsen, H. J. C.; Postma, J. P. M; DiNola, A.; Haak, J. R. J. Chem. Phys. 1984, 81, 3684-3690
64. Miyamoto, S.; Kollman, P. A. J. Comput. Chem. 1992, 13, 952-962
65. Hess, B. J. Chem. Theory Comput. 2008, 4, 116-122
66. Darden, T.; York, D.; Pedersen, L. J. Chem. Phys. 1993, 98, 10089-10092
67. Essmann, U.; Perera, L.; Berkowitz, M. L.; Darden, T.; Lee, H.; Pedersen, L. G. J. Chem. Phys. 1995, 103, 8577-8592
68. Hess, B. J. Chem. Phys. 2002, 116, 209-217
69. Parrinello, M.; Rahman, A. J. Appl. Phys. 1981, 52, 7182-7190
70. Kumar, S.; Bouzida, D.; Swendsen, R. H.; Kollman, P. A.; Rosenberg, J. M. J. Comput. Chem. 1992, 13, 1011-1021
71. Hub, J. S.; de Groot, B. L.; van der Spoel, D. J. Chem. Theory Comput. 2010, 6, 3713-3720
72. Abraham, M. H.; Buist, G. J.; Grellier, P. L.; McGill, R. A.; Doherty, R. M.; Kamlet, M. J.; Taft, R. W.; Maroldo, S. G. J. Chromatogr. 1987, 409, 15-27
73. Liu, X.; Miller, M. J.; Joshi, M. S.; Thomas, D. D.; Lancaster, J. R. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 1998, 95 (5) 2175-2179
74. Li, J.; Carr, P. W. Anal. Chem. 1993, 65, 1443-1450
75. Marenich, A. V.; Kelly, C. P.; Thompson, J. D.; Hawkins, G. D.; Chambers, C. C.; Giesen, D. J.; Winget, P.; Cramer, C. J.; Truhlar, D. G. Minnesota Solvation Database, version 2009; University of Minnesota, Minneapolis, 2009.
76. Hub, J. S.; de Groot, B. L. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2008, 105 (4) 1198-1203
77. Widom, B. J. Chem. Phys. 1963, 39, 2808
78. Overton, E. Vierteljahresschr. Naturforsch. Ges. Zürich 1895, 40, 159-201
79. Kucerka, N.; Tristram-Nagle, S.; Nagle, J. F. J. Membr. Biol. 2005, 208 (3) 193-202
80. Klauda, J. B.; Venable, R. M.; Freites, J. A.; O'Connor, J. W.; Tobias, D. J.; Mondragon-Ramirez, C.; Vorobyov, I.; MacKerell, A. D., Jr; Pastor, R. W. J. Phys. Chem. B 2010, 114 (23) 7830-7843
81. Rappolt, M.; Hickel, A.; Bringezu, F.; Lohner, K. Biophys. J. 2003, 84 (5) 3111-3122
82. Mateo, C. R.; Acuna, A. U.; Brochon, J. C. Biophys. J. 1995, 68 (3) 978-987
83. Marqusee, J. A.; Dill, K. A. J. Chem. Phys. 1986, 85, 434-444
84. Nagle, J. F.; Mathai, J. C.; Zeidel, M. L.; Tristram-Nagle, S. J. Gen. Physiol. 2008, 131 (1) 77-85
85. Alwarawrah, M.; Dai, J.; Huang, J. J. Phys. Chem. B 2010, 114 (22) 7516-7523
86. Almeida, P. F.; Vaz, W. L.; Thompson, T. E. Biochemistry 1992, 31 (29) 6739-6747
87. Waldeck, A. R.; Nouri-Sorkhabi, M. H.; Sullivan, D. R.; Kuchel, P. W. Biophys. Chem. 1995, 55 (3) 197-208
88. Parker, A.; Miles, K.; Cheng, K. H.; Huang, J. Biophys. J. 2004, 86 (3) 1532-1544
89. Chong, P. L.-G.; Zhu, W.; Venegas, B. Biochim. Biophys. Acta 2009, 1788 (1) 2-11