Single Vesicle Analysis Reveals Nanoscale Membrane Curvature Selective Pore Formation in Lipid Membranes by an Antiviral α-Helical Peptide

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作者
Seyed R. Tabaei,Michael Rabe,Vladimir P. Zhdanov,Nam‐Joon Cho,Fredrik Höök
出处
期刊:Nano Letters [American Chemical Society]
卷期号:12 (11): 5719-5725 被引量:54
标识
DOI:10.1021/nl3029637
摘要

Using tethered sub-100 nm lipid vesicles that mimic enveloped viruses with nanoscale membrane curvature, we have in this work designed a total internal reflection fluorescence microscopy-based single vesicle assay to investigate how an antiviral amphipathic α-helical (AH) peptide interacts with lipid membranes to induce membrane curvature-dependent pore formation and membrane destabilization. Based on a combination of statistics from single vesicle imaging, binding kinetics data, and theoretical analysis, we propose a mechanistic model that is consistent with the experimentally observed peptide association and pore formation kinetics at medically relevant peptide concentrations (10 nM to 1 μM) and unusually low peptide-to-lipid (P/L) ratio (~1/1000). Importantly, the preference of the AH peptide to selectively rupture virions with sub-100 nm diameters appears to be related to membrane strain-dependent pore formation rather than to previously observed nanoscale membrane curvature facilitated binding of AH peptides. Compared to other known proteins and peptides, the combination of low effective P/L ratio and high specificity for nm-sized membrane curvature lends this particular AH peptide great potential to serve as a framework for developing a highly specific and potent antiviral agent for prophylactic and therapeutic applications while avoiding toxic side effects against host cell membranes.

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