We studied the synergistic mechanism of equimolar mixtures of magainin 2 (MG2a) and PGLa in phosphatidylethanolamine/phosphatidylglycerol mimics of Gram-negative cytoplasmic membranes. In a preceding article of this series, we reported on the early onset of parallel heterodimer formation of the two antimicrobial peptides already at low concentrations and the resulting defect formation in the membranes. Here, we focus on the structures of the peptide-lipid aggregates occurring in the synergistic regime at elevated peptide concentrations. Using a combination of calorimetric, scattering, electron microscopic, and in silico techniques, we demonstrate that the two peptides, even if applied individually, transform originally large unilamellar vesicles into multilamellar vesicles with a collapsed interbilayer spacing resulting from peptide-induced adhesion. Interestingly, the adhesion does not lead to a peptide-induced lipid separation of charged and charge-neutral species. In addition to this behavior, equimolar mixtures of MG2a and PGLa formed surface-aligned fibril-like structures, which induced adhesion zones between the membranes and the formation of transient fusion stalks in molecular dynamics simulations and a coexisting sponge phase observed by small-angle x-ray scattering. The previously reported increased leakage of lipid vesicles of identical composition in the presence of MG2a/PGLa mixtures is therefore related to a peptide-induced cross-linking of bilayers.

中文翻译：

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Magainin 2 和 PGLa 在细菌膜模拟物 II：膜融合和海绵相形成

我们研究了 magainin 2 (MG2a) 和 PGLa 等摩尔混合物在革兰氏阴性细胞质膜的磷脂酰乙醇胺/磷脂酰甘油模拟物中的协同机制。在本系列的前一篇文章中，我们报道了两种抗菌肽已经在低浓度下形成平行异二聚体的早期开始以及由此导致的膜缺陷形成。在这里，我们专注于在升高的肽浓度下以协同方式出现的肽-脂质聚集体的结构。使用量热、散射、电子显微镜和计算机技术的组合，我们证明了这两种肽，即使单独应用，将原本较大的单层囊泡转化为多层囊泡，其双层囊泡由肽诱导的粘附引起。有趣的是，粘附不会导致带电物质和电荷中性物质的肽诱导脂质分离。除了这种行为之外，MG2a 和 PGLa 的等摩尔混合物形成表面排列的原纤维状结构，这在分子动力学模拟中诱导膜之间的粘附区和瞬态融合杆的形成以及通过小角度 x 观察到的共存海绵相-射线散射。因此，先前报道的在 MG2a/PGLa 混合物存在下相同成分的脂质囊泡泄漏增加与肽诱导的双层交联有关。粘附不会导致带电荷和电荷中性物质的肽诱导脂质分离。除了这种行为之外，MG2a 和 PGLa 的等摩尔混合物形成表面排列的原纤维状结构，这在分子动力学模拟中诱导膜之间的粘附区和瞬态融合杆的形成以及通过小角度 x 观察到的共存海绵相-射线散射。因此，先前报道的在 MG2a/PGLa 混合物存在下相同成分的脂质囊泡泄漏增加与肽诱导的双层交联有关。粘附不会导致带电荷和电荷中性物质的肽诱导脂质分离。除了这种行为之外，MG2a 和 PGLa 的等摩尔混合物形成表面排列的原纤维状结构，这在分子动力学模拟中诱导膜之间的粘附区和瞬态融合杆的形成以及通过小角度 x 观察到的共存海绵相-射线散射。因此，先前报道的在 MG2a/PGLa 混合物存在下相同成分的脂质囊泡泄漏增加与肽诱导的双层交联有关。这在分子动力学模拟和小角度 X 射线散射观察到的共存海绵相中诱导膜之间的粘附区和瞬时融合茎的形成。因此，先前报道的在 MG2a/PGLa 混合物存在下相同成分的脂质囊泡泄漏增加与肽诱导的双层交联有关。这在分子动力学模拟和小角度 X 射线散射观察到的共存海绵相中诱导膜之间的粘附区和瞬时融合茎的形成。因此，先前报道的在 MG2a/PGLa 混合物存在下相同成分的脂质囊泡泄漏增加与肽诱导的双层交联有关。