Interacción de poliargininas con membranas lipídicas

Tesis (Doctor en Ciencias Químicas Cooperativo) - - Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas, 2019.2021-09-30Fil: Via, Matías Alejandro. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; ArgentinaFil: Wilke, Natalia. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica; Argentina.Fil: Del Popolo, Mario G. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto Interdisciplinario de Ciencias Básicas; ArgentinaFil: Montich, Guillermo Gabriel. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica; Argentina.Olivera, María Eugenia. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Ciencias Farmacéuticas; Argentina.Fil: Pedano, María Laura. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas.Unidad ejecutora Instituto de Nanociencia y nanotecnología; ArgentinaFil: Marti, Marcelo Adrian. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Instituto de Química Biológica de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, ArgentinaFil: Wilke, Natalia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentina.Fil: Montich, Guillermo Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentina

Surface charge density and fatty acids enhance the membrane permeation rate of CPP–cargo complexes

The CPP-effect makes reference to the process by which the membrane translocation rate of a cargo is enhanced by chemical functionalization with cell-penetrating peptides (CPPs). In this work we combine a simple kinetic model with free-energy calculations to explore the energetic basis of the CPP-effect. Two polyglicines are selected as model hydrophilic cargoes, and nona-arginine as a prototypical CPP. We assess the cargo carrying efficiency of nona-arginine by comparing the adsorption and insertion energies of the cargoes, the cargo-free CPPs, and the CPP-cargo complexes, into lipid membranes of varying composition. We also analyze the effect of modifying the type and concentration of anionic lipids, and the implication of these factors on the translocation rate of the CPP-cargo complex. Of particular interest is the evaluation of the catalytic role of palmitic acid (palmitate) as a promoter of the CPP-effect. We also analyse the influence of the size of the cargo on the membrane adsorption and insertion energies. Our results show that the efficiency of nona-arginine as a transmembrane carrier of simple hydrophilic molecules is modulated by the size of the cargo, and is strongly enhanced by increasing the concentration of anionic lipids and of ionized fatty acids in the membrane.Fil: Via, Matías Alejandro. Universidad Nacional de Cuyo. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza; ArgentinaFil: Wilke, Natalia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Mayorga, Luis Segundo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto de Histología y Embriología de Mendoza Dr. Mario H. Burgos. Universidad Nacional de Cuyo. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Histología y Embriología de Mendoza Dr. Mario H. Burgos; Argentina. Universidad Nacional de Cuyo. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: del Popolo, Mario Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto Interdisciplinario de Ciencias Básicas. - Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Interdisciplinario de Ciencias Básicas; Argentina. Universidad Nacional de Cuyo. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentin

Interaction of a polyarginine peptide with membranes of different mechanical properties

The membrane translocation efficiency of cell penetrating peptides (CPPs) has been largely studied, and poly-arginines have been highlighted as particularly active CPPs, especially upon negatively charged membranes. Here we inquire about the influence of membrane mechanical properties in poly-arginine adsorption, penetration and translocation, as well as the subsequent effect on the host membrane. For this, we selected anionic membranes exhibiting different rigidity and fluidity, and exposed them to the nona-arginine KR9C. Three different membrane compositions were investigated, all of them having 50% of the anionic lipid 1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phospho-(1'-rac-glycerol) (DOPG), thus, ensuring a high affinity of the peptide for membrane surfaces. The remaining 50% was a saturated PC (1,2-dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, DPPC), an unsaturated PC (1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphocholine, DOPC) or a mixture of DOPC with cholesterol. Peptide-membrane interactions were studied using four complementary models for membranes: Langmuir monolayers, Large Unilamellar Vesicles, Black Lipid Membranes and Giant Unilamellar Vesicles. The patterns of interaction of KR9C varied within the different membrane compositions. The peptide strongly adsorbed on membranes with cholesterol, but did not incorporate or translocate them. KR9C stabilized phase segregation in DPPC/DOPG films and promoted vesicle rupture. DOPC/DOPG appeared like the better host for peptide translocation: KR9C adsorbed, inserted and translocated these membranes without breaking them, despite softening was observed.Fil: Crosio, Matías A.. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Via, Matías Alejandro. Universidad Nacional de Cuyo. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto Interdisciplinario de Ciencias Básicas. - Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Interdisciplinario de Ciencias Básicas; ArgentinaFil: Cámara, Candelaria Inés. Universidad Nacional de Cuyo. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Instituto de Investigaciones en Físico-química de Córdoba; ArgentinaFil: Mangiarotti, Agustín. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Instituto de Investigación Médica Mercedes y Martín Ferreyra. Universidad Nacional de Córdoba. Instituto de Investigación Médica Mercedes y Martín Ferreyra; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; ArgentinaFil: del Popolo, Mario Gabriel. Universidad Nacional de Cuyo. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto Interdisciplinario de Ciencias Básicas. - Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Interdisciplinario de Ciencias Básicas; ArgentinaFil: Wilke, Natalia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas; Argentin

Un enfoque computacional sobre el efecto de la nonaarginina en las propiedades viscoelásticas de membranas lipídicas

Introducción: Los péptidos de penetración celular (CPPs por sus siglas en inglés) son típicamente cadenas de hasta 20 aminoácidos que presentan la habilidad  de superar la impermeabilidad natural de las bicapas lipídicas  ante solutos hidrofílicos. La translocación de estos péptidos se realiza sin  requerimientos energéticos, sitios específicos ni vías endocíticas, y  su interacción es fuertemente selectiva de membranas aniónicas. De este  modo, se sabe que la partición de CPPs en membrana se encuentra  regida por interacciones electrostáticas, principalmente determinadas  por la gran densidad de aminoácidos con carga positiva que estos  péptidos presentan. Sin embargo, las bases moleculares a través de las  cuales estos péptidos logran translocar las membranas se encuentra aún  en estudio. Experimentalmente se han observado variaciones de algunas  propiedades viscoelásticas de las membranas como consecuencia de la  interacción con CPPs. Esto es determinante en el enunciado de la hipótesis de que los péptidos de penetración celular modulan las  propiedades mecánicas y reológicas de las membranas como paso  preliminar a su translocación, logrando así sobreponerse a la barrera  energética involucrada en este proceso. En este marco, nuestro trabajo  se centra en el empleo de dinámica molecular para estudiar el efecto de  la interacción de un CPP modelo, con membranas formadas por un 50 %  de lípidos aniónicos. Resultados y conclusiones: Para estudiar el efecto de los CPPs en la reología de la membrana, se construyeron sistemas formados por parches rectangulares con 2704  fosfolípidos formando bicapas de composición mixta  dioleoilfosfatidilcolina (DOPC) - dioleoilfosfatidilglicerol (DOPG) en  proporción 1:1, y se agregaron moléculas del CPP nona-arginina (R9) en  cantidades variables de 25, 50, 100 y 200 péptidos. Se empleó presión  lateral para lograr el pandeo de la bicapa ( buckling ). Estas membranas  curvadas fueron dejadas relajar en presencia de un barostato, y se  obtuvieron los tiempos característicos de relajación en función de la  concentración de R9. Se efectuó además un estudio a través de la teoría  de ondas capilares, que provee el marco teórico para analizar las  fluctuaciones de la interfaz. Éstas son analizadas en términos de los  modos normales de una superficie ajustada a la interfaz lipídica. Se  concluyó que los CPPs tienen un efecto en las propiedades reológicas de  las membranas, mientras que el efecto a nivel mecánico es más sutil.  Esta modificación en la viscosidad interfacial parece correlacionarse con  el mecanismo de translocación de los mismos.Fil: Puchol, Joaquin Ignacio. Universidad Nacional de Cuyo. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Via, Matías Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto Interdisciplinario de Ciencias Básicas. - Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Interdisciplinario de Ciencias Básicas; Argentina. Universidad Nacional de Cuyo. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Galassi, Vanesa Viviana. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto Interdisciplinario de Ciencias Básicas. - Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Interdisciplinario de Ciencias Básicas; ArgentinaFil: Wilke, Natalia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: del Popolo, Mario Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto Interdisciplinario de Ciencias Básicas. - Universidad Nacional de Cuyo. Instituto Interdisciplinario de Ciencias Básicas; ArgentinaXXII Congreso Argentino de Físicoquímica y Química InorganicaLa PlataArgentinaUniversidad Nacional de La Plata. Facultad de IngenieríaAsociación Argentina de Investigación Fisicoquímic

Uso de enfoques interactivos para mejorar las habilidades de resolución de problemas en ingeniería

Actualmente, las clases prácticas de química se llevan a cabo de una manera no práctica. El simple dictado de las respuestas a los ejercicios tomados directamente de los libros de texto no aporta al desarrollo de las habilidades clave asociadas con científicos calificados. En este trabajo, proponemos un estilo nuevo, dinámico e interactivo de clases prácticas, diseñadas principalmente para mejorar las habilidades de resolución de problemas de los estudiantes de grado. Usando la química de equilibrio líquido-vapor de química general de ciclo básico, ejemplificamos una metodología simple de resolución de problemas, mediante la cual se alienta a los estudiantes a pensar cómo pueden aplicar sus propios conocimientos para diseñar un experimento y analizar sus resultados.Fil: Ferguson, Michael. Universidad de Mendoza. Facultad de Ingenieria; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza; ArgentinaFil: Moyano, María Silvina. Universidad de Mendoza. Facultad de Ingenieria; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza; ArgentinaFil: Via, Matías Alejandro. Universidad de Mendoza. Facultad de Ciencias de la Salud.; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza; ArgentinaFil: Peano, Alejandra del Valle. Universidad de Mendoza. Facultad de Ingenieria; Argentina. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza; ArgentinaFil: Nuñez, Ana María. Universidad de Mendoza. Facultad de Ingenieria; Argentin

Negative Dipole Potentials and Carboxylic Polar Head Groups Foster the Insertion of Cell-Penetrating Peptides into Lipid Monolayers

Cell-penetrating peptides (CPPs) are polycationic sequences of amino acids recognized as some of the most effective vehicles for delivering membrane-impermeable cargos into cells. CPPs can traverse cell membranes by direct translocation, and assessing the role of lipids on the membrane permeation process is important to convene a complete model of the CPP translocation. In this work, we focus on the biophysical basis of peptide-fatty acid interactions, analyzing how the acid-base and electrostatic properties of the lipids determine the CPP adsorption and incorporation into a Langmuir monolayer, focusing thus on the first two stages of the direct translocation mechanism. We sense the binding and insertion of the peptide into the lipid structure by measuring the changes in the surface pressure, the surface potential, and the reflectivity of the interface. We show that, beyond the presence of anionic moieties, negative dipole potentials and carboxylic polar head groups significantly promote the insertion of the peptide into the monolayer. On the basis of our results, we propose the appearance of stable CPP-lipid complexes whose kinetics of formation depends on the length of the lipids' hydrocarbon chains.Fil: Via, Matías Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto de Histología y Embriología de Mendoza Dr. Mario H. Burgos. Universidad Nacional de Cuyo. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Histología y Embriología de Mendoza Dr. Mario H. Burgos; ArgentinaFil: del Popolo, Mario Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza; Argentina. Universidad Nacional de Cuyo. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; ArgentinaFil: Wilke, Natalia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; Argentina. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Departamento de Química Biológica; Argentin

The interfacial electrostatic potential modulates the insertion of cell-penetrating peptides into lipid bilayers

Cell-penetrating peptides (CPP) are short sequences of cationic amino-acids that show a surprising ability to traverse lipid bilayers. CPP are considered to be some of the most effective vectors to introduce membrane-impermeable cargos into cells, but the molecular basis of the membrane translocation mechanisms and its dependence on relevant membrane physicochemical properties have yet to be fully determined. In this paper we resort to Molecular Dynamics simulations and experiments to investigate how the electrostatic potential across the lipid/water interface affects the insertion of hydrophilic and amphipathic CPP into two-dimensional lipid structures. Simulations are used to quantify the effect of the transmembrane potential on the free-energy profile associated with the transfer of the CPP across a neutral lipid bilayer. It is found that the electrostatic bias has a relatively small effect on the binding of the peptides to the membrane surface, but that it significantly lowers the permeation barrier. A charge compensation mechanism, arising from the segregation of counter-ions while the peptide traverses the membrane, determines the shape and symmetry of the free-energy curves and underlines relevant mechanistic considerations. Langmuir monolayer experiments performed with a variety of amphiphiles model the incorporation of the CPP into the external membrane leaflet. It is shown that the dipole potential of the monolayer controls the extent of penetration of the CPP into the lipid aggregate, to a greater degree than its surface charge.Fil: Via, Matías Alejandro. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto de Histología y Embriología de Mendoza Dr. Mario H. Burgos. Universidad Nacional de Cuyo. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Histología y Embriología de Mendoza Dr. Mario H. Burgos; ArgentinaFil: Klug, Joaquín. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza; Argentina. Universidad Nacional de Cuyo. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. The Queens University of Belfast; IrlandaFil: Wilke, Natalia. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Córdoba. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba. Universidad Nacional de Córdoba. Facultad de Ciencias Químicas. Centro de Investigaciones en Química Biológica de Córdoba; ArgentinaFil: Mayorga, Luis Segundo. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza. Instituto de Histología y Embriología de Mendoza Dr. Mario H. Burgos. Universidad Nacional de Cuyo. Facultad de Ciencias Médicas. Instituto de Histología y Embriología de Mendoza Dr. Mario H. Burgos; ArgentinaFil: del Popolo, Mario Gabriel. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas. Centro Científico Tecnológico Conicet - Mendoza; Argentina. Universidad Nacional de Cuyo. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales; Argentina. The Queens University of Belfast; Irland