The influence of chain-oxidized cholesterol derivatives on inner and outer leaflet of mammalian cell membrane

Oxysterols, which are oxidised derivatives of sterols, in particular cholesterol, play an important role in both physiological processes and pathological states. In this study, the influence of one oxysterol – 25-hydroxycholesterol (25-OH), on the outer and inner layer of the cell membrane, was characterised. The Langmuir monolayer technique was applied and additionally BAM (Brewster angle microscopy) and AFM (Atomic force microscopy) were used to analyse the morphology of the monolayers. The results show that 25-OH is anchored with one of hydroxyl groups in the free surface of water. Its monolayer is in the solid state and undergoes a phase transition to the bilayer at the surface pressure 35 mN/m. The physiological models of the outer and inner layer of cell membrane were investigated to compare them with systems containing 25-OH. It was found that in physiological conditions cholesterol causes condensation of the surface films, with strong attractive interactions between the components. Such interactions were also observed for the 25-OH system with the phospholipid fraction of the outer cell membrane layer, however they were stronger. In contrast, weak interactions were observed for the mixture of 25-OH with the lipid fraction of the inner layer of the cell membrane. It was concluded that 25-OH would preferentially localize in the outer layer of the cell membrane.

Oksysterole będące utlenionymi pochodnymi steroli, w szczególności cholesterolu odgrywają istotną rolę zarówno w procesach fizjologicznych, jak i stanach patologicznych. W niniejszej pracy scharakteryzowano wpływ jednego z oksysteroli – 25-hydroksycholesterolu (25-OH) na właściwości zewnętrznej i wewnętrznej warstwy błony komórkowej. Posłużono się techniką monowarstw Langmuira, a do analizy morfologii monowarstw wykorzystano mikroskopię kąta Brewstera i mikroskopię sił atomowych. Uzyskane wyniki wskazują, że 25-OH zakotwiczony jest jedną grupą hydroksylową na swobodnej powierzchni wody. Monowarstwa 25-OH znajduje się w stanie stałym i przy ciśnieniu 35 mN/m ulega przejściu fazowemu do dwuwarstwy. W celach porównawczych zbadano modele wewnętrznej i zewnętrznej warstwy błony komórkowej. Ustalono, że w warunkach fizjologicznych cholesterol powoduje kondensację filmów powierzchniowych, a pomiędzy składnikami występują silne oddziaływania przyciągające. Takie oddziaływania zaobserwowano również dla układu 25-OH z frakcją fosfolipidową zewnętrznej warstwy błony komórkowej, jednak były one silniejsze. Z kolei słabe oddziaływania zaobserwowano dla mieszaniny 25-OH z frakcją lipidową wewnętrznej warstwy błony komórkowej. Wywnioskowano, że 25-OH będzie się lokować preferencyjnie w warstwie zewnętrznej błony komórkowej.