Chemosensing Ensembles for Monitoring Biomembrane Transport in Real Time

Abstract

The efficacy of drugs and biomolecules relies on their ability to pass through the bilayer. The development of methods to directly and sensitively monitor these membrane transport processes has remained an experimental challenge. A macrocyclic host (p-sulfonatocalix[4]arene or cucurbit[7]uril) and a fluorescent dye (lucigenin or berberine) are encapsulated as a chemosensing ensemble inside liposomes, which allows for a direct, real-time fluorescence monitoring of the passage of unlabeled bioorganic analytes. This in vitro assay is transferable to different channel proteins and analytes, has potential for fluorescence-based screening, e.g., of channel modulators, and yields the absolute kinetics of translocation. Using this new biophysical method, we observed for the first time direct rapid translocation of protamine, an antimicrobial peptide, through the bacterial transmembrane protein OmpF.

Molecular Insights into Inhibition of the Methylated Histone-Plant Homeodomain Complexes by Calixarenes

“…We demonstrate that calixarenes can target trimethyllysine and disrupt PHD-H3K4me3 complexes in vitro and in vivo. A unique architecture of the H3K4me3-PHD interface, the geometric complementarity of calix [4]arenes to the trimethyllysine-binding aromatic cage, and their cell permeability substantially widen the experimental applicability of the supramolecular hosts (40). We expect these compounds to be used as novel tools in a wide array of biochemical assays, histone peptide microarrays, and high-throughput screens that aim to identify novel methyllysine readers and characterize histone binding mechanisms of known epigenetic readers.…”

Calixarenes containing modified meso bridges

“…They are intensively studied due to the wide range of their applications, e.g. they form inclusion complexes useful in various fields, 1 form calixarene capsules, 2 are promising as chiral NMR solvating agents, 3 form gold 4 and silver 5 nanoparticles, are useful as catalysts 6 and as liquid crystals, 7 serve for design of sensors [8][9][10] and are promising as therapeutic agents. 11,12 Calixarenes belong to the family of cage macrocycles, including besides them cyclodextrins, [13][14][15] cucurbiturils 16,17 and pillararenes.…”

“…11,12 Calixarenes belong to the family of cage macrocycles, including besides them cyclodextrins, [13][14][15] cucurbiturils 16,17 and pillararenes. 18 All macrocycles of this family are useful in the field of supramolecular chemistry for formation of inclusion complexes 1,[19][20][21] and rotaxanes in which they serve as rings. [22][23][24][25] One should note also heteracalixarenes, i.e.…”

Indikatorverdrängungsassays in lebenden Zellen

“…Zum Beispiel haben wir kürzlich Tandem-Membranassays eingeführt, in denen das Reporterpaar räumlich isoliert im Innenraum von Liposomen vorliegt; auf diese Art kann nach Zugabe eines Zielanalyten zum umgebenden Hauptanteil der Lçsung dessen durch ein Protein vermittelte Translokation durch eine Biomembran in Echtzeit verfolgt werden. [14] Die Kombination dieser Ergebnisse, nämlich eine nennenswerte Toleranz gegenüber kompetitiven Bindern und eine räumlich lokalisierte Antwort, regten uns an, die zweitwichtigste biologische Herausforderung anzugehen: den Transfer von IDAs mit synthetischen Rezeptoren in lebende Zellen, um dort die Zellaufnahme biomolekularer Analyten zu verfolgen. Tatsächlich ist die Anwendung künstlicher Rezeptoren zur Verfolgung biooganischer Analyten oder von Medikamenten in zellulärer Umgebung eine Herausforderung für sich; [1b, 4, 10, 15] sie geht über die gut etablierte Detektion bestimmter anorganischer Ionen in Zellen [16] oder die Verwendung fluoreszenzerzeugender Sensoren für spezifische funktionelle Gruppen, wie solcher für Biothiole, [17] hinaus.…”

“…Erstens bindet LCG an CX4 in Experimenten in reinem Wasser mit einer für synthetisch hergestellte Makrocyclen sehr hohen Affinität (K a = 2.8 10 7 m À1 ), [20,23] was die Detektion von Kompetitoren mit ebenfalls hohen effektiven Bindungskonstanten erleichtert, wie z. B. von Acetylcholin (ACh, K a = 1.0 10 5 m À1 ), Cholin (Ch, 1.0 10 5 m À1 ) [20] und dem polykationischen Peptid Protamin (1.24 10 9 m À1 ), [14] um die hier untersuchten Analyten zu nennen. Zweitens lçscht CX4 die Fluoreszenz von LCG sehr effektiv (bis um einen Faktor 140), [20] was eine einfach zu detektierende Antwort auf die kompetitive Bindung sicherstellt.…”