Flip-Flop-Induced Relaxation of Bending Energy: Implications for Membrane Remodeling

Cellular and organellar membranes are dynamic materials that underlie many aspects of cell biology. Biological membranes have long been thought of as elastic materials with respect to bending deformations. A wealth of theory and experimentation on pure phospholipid membranes provides abundant support for this idea. However, biological membranes are not composed solely of phospholipids—they also incorporate a variety of amphiphilic molecules that undergo rapid transbilayer flip-flop. Here we describe several experimental systems that demonstrate deformation-induced molecular flip-flop. First we use a fluorescence assay to track osmotically controlled membrane deformation in single component fatty acid vesicles, and show that the relaxation of the induced bending stress is mediated by fatty acid flip-flop. We then look at two-component phospholipid/cholesterol composite vesicles. We use NMR to show that the steady-state rate of interleaflet diffusion of cholesterol is fast relative to biological membrane remodeling. We then use a Förster resonance energy transfer assay to detect the transbilayer movement of cholesterol upon deformation. We suggest that our results can be interpreted by modifying the area difference elasticity model to account for the time-dependent relaxation of bending energy. Our findings suggest that rapid interleaflet diffusion of cholesterol may play a role in membrane remodeling in vivo. We suggest that the molecular characteristics of sterols make them evolutionarily preferred mediators of stress relaxation, and that the universal presence of sterols in the membranes of eukaryotes, even at low concentrations, reflects the importance of membrane remodeling in eukaryotic cells

Estudos histológico-morfométricos e microrradiográficos de costelas de bovinos suplementados com fosfato de rocha Morphologic-morphometrical and microradiographical studies on ribs of cattle supplemented with rock phosphate

O objetivo do presente trabalho foi o de avaliar, através de técnicas especializadas, as possíveis alterações ósseas produzidas em bovinos em decorrência da ingestão prolongada de diferentes níveis de flúor contido no fosfato de rocha de Tapira utilizado como fonte suplementar de fósforo. No primeiro experimento bovinos confinados ingeriram, durante 6 meses, quantidades variáveis (63 e 128g/dia) de fosfato de Tapira contendo 1.3% de flúor. No segundo experimento, bovinos em pastos de Brachiaria decumbens ingeriram, durante 33 meses, misturas minerais contendo diferentes níveis de fosfato de rocha de Tapira. No terceiro experimento, novilhas com idade inicial média de 14 meses ingeriram mistura mineral com fosfato de Tapira até a quinta lactação inclusivamente. Através de exames histológicos, morfométricos e microrradiográficos das amostras de costelas, não se observaram alterações da normalidade óssea, bem como não foram registradas diferenças entre amostras provenientes de diferentes tratamentos. Tais achados permitem inferir que, do ponto de vista de alterações ósseas, o fosfato de rocha de Tapira pode ser utilizado como fonte suplementar de fósforo para bovinos, nas dosagens, períodos e manejos alimentares estudados, sem risco de produzir alterações patológicas nos esqueleto dos animais.<br>The present study was conducted to evaluate possible bone changes in cattle due to the ingestion of different levels of fluorine from rock phosphate used as a phophorus supplement. The bone material studied were ribs collected from cattle of three experiments where Tapira rock phosphate was used at different levels and during different periods as a partial or sole source of supplementary phosphorus. In the first experiment feedlot cattle ingested during a 6 month period 63 and 128g/day of Tapira rock phosphate containing 1.3% fluorine. In the second experiment cattle maintained in Brachiaria decumbens pastures during 33 months ingested several levels of Tapira rock phosphate in the mineral mixtures. In the third experiment heifers averaging 14 months of age ingested a mineral supplement with Tapira rock phosphate until the 5th lactation period. Careful examination of the rib samples by histological, morphometric and microradiographic techniques revealed no abnormalities which could be related to fluorine ingestion, neither any differences among tretaments regarding the bone structure. These findings support the conclusion that, as far as bone alterations are concerned, Tapira rock phosphate could be used as a source of phosphorus for cattle under the conditions described in the experiments, a practice which would markedly reduce the cost of phosphorus supplementation

Arterial diffuse intimal thickening associated with enzootic calcinosis of sheep Espessamento intimal difuso das artérias na calcinose enzoótica dos ovinos

Morphometric, immunohistochemical and ultrastructural studies were carried out on the diffuse intimal thickening (DIT) in arteries of 7 sheep with clinical signs of naturally occurring enzootic calcinosis due to ingestion of the plant Nierembergia veitchii. Arterial lesions consisted of medial deposition of calcium salts and DIT. Calcification of the intima was rare, mild and located near the elastic lamina. By immunohistochemistry <FONT FACE="Symbol">a</FONT>-actin was detected in cells of the media and in cells forming the intimal thickening. Receptors for 1,25(OH)2 vitamin D3 were detected in nuclei of intimal, medial and endothelial cells. DIT was irregularly distributed and was neither proportionally related to the intensity of the underlying mineralization area nor to the thickening of the remaining media. Ultrastructural morphometry in smooth muscle cells (SMCs) of the media and thickened intima revealed, in the latter, an increase of 318% in the volumetric fraction of those organelles involved in synthesis and a proportional decrease in contractile elements when compared to normal values of media cells. There were histological and ultrastructural evidences of modification of SMCs and their migration to the intima, where they proliferated causing DIT. It was concluded that DIT is a consistent component of arteriosclerotic lesions in N. veitchii induced calcinosis of sheep and that the predominant cell in this process is the SMCs originated from its predecessors of the media. It is suggested that the inducing factor for the arterial changes is 1,25(OH)2 D3 present in N. veitchii.<br>Foram feitos estudos morfométrico, imunoistoquímico e ultra-estrutural do espessamento intimal difuso (DIT) das artérias de 7 ovinos com sinais clínicos de calcinose enzoótica espontânea causada pela ingestão da planta Nierembergia veitchii. As lesões caracterizavam-se por deposição de sais de cálcio na média como placas e estrias que, com frequência faziam saliência para a luz, criando rugosidades e irregularidades da íntima. Não foram observadas calcificações na artéria pulmonar e no sistema venoso. Microscopicamente, as calcificações das artérias restringiam-se quase que exclusivamente à média. Na imunoistoquimica, foi verificada <FONT FACE="Symbol">a</FONT>-actina nas células da média e nas do espessamento intimal. Receptores para 1,25(OH)2D3 foram evidenciados nos núcleos das células musculares da média, da íntima e das células endoteliais. As análises morfométricas em microscopia ótica revelaram, nas artérias, DIT irregularmente distribuido sem relação com a intensidade dos processos de calcificação subjacente nem com a espessura da média remanescente. A morfometria das alterações ultra-estruturais das células musculares lisas da média e da íntima espessada, mostrou que nessas últimas foi verificado aumento de até 318% na fração volumétrica das organelas de síntese em detrimento dos elementos contráteis, quando comparados com os valores das células da média. Essas modificações indicam a transformação das células musculares lisas de um tipo contrátil para células de tipo sintético. Entre essses dois extremos foram evidenciadas diversas formas intermediárias. Foram observadas evidências histológicas e ultra-estruturais da transformação e migração de células da média através das fenestras da lâmina elástica interna, para a íntima, onde proliferam e formam o DIT. Foi concluído que o DIT é um componente constante nas lesões arterioscleróticas nas calcinoses dos ovinos induzidas pela planta N. veitchii e que as células predominantes são células musculares lisas provenientes de predecessoras da média. Foi constatado que o DIT só excepcionalmente apresenta calcificação, vascularização, presença de células espumosas e fendas de colesterol. Não foram vistas áreas de necrose. Sugere-se que o fator indutor das alterações arteriais é o 1,25(OH)2D3 contido em N. veitchii