透過剤としての精製サポニンの比較評価

Comparative assessment of purified saponins as permeabilization agents during respirometry.

• Corinna Dawid
• Daniela Weber
• Eva Musiol
• Vanessa Janas
• Sebastian Baur
• Roman Lang
• Tobias Fromme

抄録

サポニンは、植物の二次代謝物の多様なグループであり、その中には、細胞膜の透過性により溶血毒性を示すものもあります。この特徴は、細胞膜を介して親水性分子を移動させるための生物学的用途に採用されています。市販のサポニンとしては、ジギトニンやソープツリー樹皮由来のサポニンなどが広く使用されているが、いずれも複雑な混合物であり、明確な定義はない。我々は、新規な特性を検出し、既存のアプリケーションを改善するための努力のために、細胞膜に対する純粋なサポニンの透過性を評価しました。また、細胞膜へのサポニンの透過性を評価するために、純粋なサポニンの細胞膜への透過性を評価し、その結果をもとに、ミトコンドリア内膜のタンパク質複合体の可溶化を評価した。この分野のリポジトリとしての完全なリストを超えて、直接適用可能ないくつかの知見を強調します。第一に、我々は、培養細胞と単離されたシナプスソームのレスピロメトリアッセイにおいて、ミトコンドリアに対するその耐性においてジギトニンよりも優れた代替的な浸透剤としてα-チャコニンを同定し、検証した。第二に、我々はグリチルリチン酸がアデノシン二リン酸に対して非常に小さな孔を不透過性に形成することを同定した。第三に、濃度依存的にミトコンドリアの外膜を選択的に透過させ、内膜ではなく外膜を透過させることで、チトクロムC酸化酵素の活性を測定することができることを明らかにした。要約すると、我々は18の純粋なサポニンの浸透特性のリストを提供します。この小さなサブグループの中で、改良された、または新しい細胞生物学的用途で直接使用可能な2つのサポニン、すなわちトマチンとチャコニンを同定したことは、純粋なサポニンのさらなる機能的なスクリーニングのための途方もない可能性を示しています。

Saponins are a diverse group of secondary plant metabolites, some of which display hemolytic toxicity due to plasma membrane permeabilization. This feature is employed in biological applications for transferring hydrophilic molecules through cell membranes. Widely used commercial saponins include digitonin and saponins from soap tree bark, both of which constitute complex mixtures of little definition. We assessed the permeabilization power of pure saponins towards cellular membranes in an effort to detect novel properties and to improve existing applications. In a respirometric assay, we characterized half-maximal permeabilization of the plasma membrane for different metabolites, of the mitochondrial outer membrane for cytochrome C and the full solubilization of mitochondrial inner membrane protein complexes. Beyond the complete list as repository for the field, we highlight several findings with direct applicability. First, we identified and validated α-chaconine as alternative permeabilization agent in respirometric assays of cultured cells and isolated synaptosomes, superior to digitonin in its tolerability for mitochondria. Second, we identified glycyrrhizic acid to form exceptionally small pores impermeable for adenosine diphosphate. Third, in a concentration dependent manner, tomatine proved to be able to selectively permeabilize the mitochondrial outer, but not inner membrane, allowing for novel states in which to determine cytochrome C oxidase activity. In summary, we provide a list of the permeabilization properties of 18 pure saponins. The identification of two saponins, namely tomatine and chaconine, with direct usability in improved or novel cell biological applications within this small subgroup demonstrates the tremendous potential for further functional screening of pure saponins.

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