Bicelle composition-dependent modulation of phospholipid dynamics by apelin peptides1.

Apelin peptides are cognate ligands for the apelin receptor, a G-protein-coupled receptor (GPCR). The apelinergic system plays critical roles in wide-ranging physiological activities including function and development of the central nervous and cardiovascular systems. Apelin is found in 13–55 residue isoforms in vivo, all of which share the C-terminal portion of the preproapelin precursor. Characterization of high-resolution structures and detergent micelle interactions of apelin-17 led to a two-step membrane-catalyzed binding and GPCR activation mechanism hypothesis recapitulated in longer isoforms. Here, we examine interactions of the apelin-13 and -17 isoforms with isotropic zwitterionic and mixed zwitterionic–anionic lipid bicelles to test for hallmarks of membrane catalysis in a more physiological membrane-mimetic environment than a micelle. Specifically, 1H and 31P relaxation and diffusion solution-state NMR techniques demonstrate that both apelin isoforms interact with both types of isotropic bicelles. Bicelle hydrodynamics were observed to be differentially modulated by apelin peptides, although these effects were minimal. Phospholipid headgroup 31P spin relaxation behaviour was, conversely, clearly perturbed. Perturbation of this nature was also observed in magnetically aligned bicelles by 31P solid-state NMR spectroscopy and spin relaxation experiments. This behaviour is consistent with an apelin–bicelle binding process allowing significant peptide mobility, facilitating membrane-catalyzed GPCR encounter. [ABSTRACT FROM AUTHOR]

Les peptides d'apeline sont les ligands parents du récepteur d'apeline, un récepteur couplé aux protéines G (RCPG). Le système apelinergique joue des rôles clés dans un large spectre d'activités physiologiques, dont la fonction et le développement du système nerveux central et du système cardiovasculaire. L'apeline se présente sous des isoformes de 13 à 55 résidus in vivo, qui ont toutes en commun la partie C-terminale du précurseur, la préproapeline. La caractérisation des structures à haute résolution et les interactions entre des micelles de détergent et l'apeline-17 ont permis de formuler l'hypothèse d'un mécanisme en deux étapes de liaison catalysée par la membrane et d'activation du RCPG, trouvé chez les isoformes plus longues. Les auteurs ont examiné ici les interactions de deux isoformes, l'apeline-13 et l'apeline-17, avec des bicelles lipidiques isotropes zwitterioniques et zwitterioniques–anioniques mixtes afin de déterminer les caractéristiques principales de la catalyse membranaire dans un environnement plus physiologique mimant la membrane, comparativement à une micelle. Spécifiquement, les techniques en RMN en solution de relaxation et diffusion de 1H et 31P démontrent que les deux isoformes d'apeline interagissent avec les deux types de bicelles isotropes. L'hydrodynamique des bicelles s'avère modulée de façon différentielle par les peptides d'apeline, même si ces effets étaient minimes. La relaxation du spin du 31P de la tête polaire phospholipidique était, à l'inverse, clairement perturbée. Une perturbation de cette nature a aussi été observée dans des bicelles alignées magnétiquement par des expériences de spectroscopie RMN à l'état solide et relaxation du spin du 31P. Ce comportement est cohérent avec un processus de liaison apeline–bicelle permettant une mobilité significative du peptide, facilitant la rencontre avec le RCPG catalysée par la membrane. [Traduit par la Rédaction] [ABSTRACT FROM AUTHOR]