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Lipid-nanodiscs formed by paramagnetic metal chelated polymer for fast NMR data acquisition.
Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes ( IF 2.8 ) Pub Date : 2020-05-01 , DOI: 10.1016/j.bbamem.2020.183332 Giacomo M Di Mauro 1 , Nathaniel Z Hardin 1 , Ayyalusamy Ramamoorthy 2
Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Biomembranes ( IF 2.8 ) Pub Date : 2020-05-01 , DOI: 10.1016/j.bbamem.2020.183332 Giacomo M Di Mauro 1 , Nathaniel Z Hardin 1 , Ayyalusamy Ramamoorthy 2
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Lipid-nanodiscs have been shown to be an exciting innovation as a membrane-mimicking system for studies on membrane proteins by a variety of biophysical techniques, including NMR spectroscopy. Although NMR spectroscopy is unique in enabling the atomic-resolution investigation of dynamic structures of membrane-associated molecules, it, unfortunately, suffers from intrinsically low sensitivity. The long data acquisition often used to enhance the sensitivity is not desirable for sensitive membrane proteins. Instead, paramagnetic relaxation enhancement (PRE) has been used to reduce NMR data acquisition time or to reduce the amount of sample required to acquire an NMR spectra. However, the PRE approach involves the introduction of external paramagnetic probes in the system, which can induce undesired changes in the sample and on the observed NMR spectra. For example, the addition of paramagnetic ions, as frequently used, can denature the protein via direct interaction and also through sample heating. In this study, we show how the introduction of paramagnetic tags on the outer belt of polymer-nanodiscs can be used to speed-up data acquisition by significantly reducing the spin-lattice relaxation (T1) times with minimum-to-no alteration of the spectral quality. Our results also demonstrate the feasibility of using different types of paramagnetic ions (Eu3+, Gd3+, Dy3+, Er3+, Yb3+) for NMR studies on lipid-nanodiscs. Experimental results characterizing the formation of lipid-nanodiscs by the metal-chelated polymer, and their increased tolerance toward metal ions are also reported.
中文翻译：
由顺磁性金属螯合聚合物形成的脂质纳米盘，用于快速 NMR 数据采集。
脂质纳米盘已被证明是一项令人兴奋的创新，作为一种膜模拟系统，可用于通过各种生物物理技术（包括核磁共振波谱）研究膜蛋白。尽管核磁共振波谱在对膜相关分子的动态结构进行原子分辨率研究方面具有独特性，但不幸的是，它本质上灵敏度较低。通常用于增强灵敏度的长数据采集对于敏感的膜蛋白来说是不可取的。相反，顺磁弛豫增强 (PRE) 已用于减少 NMR 数据采集时间或减少采集 NMR 谱所需的样品量。然而，PRE 方法涉及在系统中引入外部顺磁探针，这可能会导致样品和观察到的 NMR 谱发生不需要的变化。例如，经常使用的顺磁性离子的添加可以通过直接相互作用以及样品加热来使蛋白质变性。在这项研究中，我们展示了如何在聚合物纳米圆盘外带上引入顺磁标签，通过显着减少自旋晶格弛豫（T1）时间来加速数据采集，同时使光谱质量。我们的结果还证明了使用不同类型的顺磁离子（Eu3+、Gd3+、Dy3+、Er3+、Yb3+）进行脂质纳米盘核磁共振研究的可行性。还报道了金属螯合聚合物形成脂质纳米盘的实验结果，以及它们对金属离子的耐受性增加。
更新日期：2020-05-01
中文翻译：
由顺磁性金属螯合聚合物形成的脂质纳米盘，用于快速 NMR 数据采集。
脂质纳米盘已被证明是一项令人兴奋的创新，作为一种膜模拟系统，可用于通过各种生物物理技术（包括核磁共振波谱）研究膜蛋白。尽管核磁共振波谱在对膜相关分子的动态结构进行原子分辨率研究方面具有独特性，但不幸的是，它本质上灵敏度较低。通常用于增强灵敏度的长数据采集对于敏感的膜蛋白来说是不可取的。相反，顺磁弛豫增强 (PRE) 已用于减少 NMR 数据采集时间或减少采集 NMR 谱所需的样品量。然而，PRE 方法涉及在系统中引入外部顺磁探针，这可能会导致样品和观察到的 NMR 谱发生不需要的变化。例如，经常使用的顺磁性离子的添加可以通过直接相互作用以及样品加热来使蛋白质变性。在这项研究中，我们展示了如何在聚合物纳米圆盘外带上引入顺磁标签，通过显着减少自旋晶格弛豫（T1）时间来加速数据采集，同时使光谱质量。我们的结果还证明了使用不同类型的顺磁离子（Eu3+、Gd3+、Dy3+、Er3+、Yb3+）进行脂质纳米盘核磁共振研究的可行性。还报道了金属螯合聚合物形成脂质纳米盘的实验结果，以及它们对金属离子的耐受性增加。
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