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スチレンと無水マレイン酸の反復的なRAFT媒介共重合：配列および長さ制御された共重合体とその可溶化脂質膜への応用に向けて
Iterative RAFT-mediated copolymerization of styrene and maleic anhydride: towards sequence- and length-controlled copolymers and their applications for solubilizing lipid membranes.
PMID: 32672942 DOI: 10.1021/acs.biomac.0c00736.
抄録
脂質膜や膜タンパク質の可溶化にポリスチレン-コ-マレイン酸(SMA)を使用することは、ますます普及してきており、それに伴い、コポリマーの化学的特性をよりよく理解し、それが膜可溶化特性にどのように影響するかを理解する必要性が高まっています。SMAには、スチレンとマレイン酸の比率、コモノマーの配列分布、平均鎖長、分散性、潜在的な化学修飾など、様々な種類があります。本研究では、Mwが〜1.4〜6 kDaの範囲で変化する2:1（周期的）SMA共重合体の合成と膜活性特性について説明する。この共重合体は、RAFTを介在させたラジカル重合を繰り返し行うことで得られた。これらのポリマーの特性評価から、鎖長と全体の組成（FMAnh〜0.33）はよく定義されているが、コモノマー配列の分布（FMSS〜0.50）に不均一性があり、特に大きな共重合体では鎖長の分散性（1.1 < Ð < 1.6）が見られることがわかった。これらのポリマーとホスファチジルコリン脂質自己集合体との相互作用の調査は、すべてのコポリマーが、コポリマーの長さに関係なく、脂質単分子膜に等しく効果的に挿入されることを示した。それにもかかわらず、脂質二重膜をナノディスクに可溶化するには、より小さなポリマーの方が効果的であった。これは、長いポリマーは互いに絡み合いやすく、可溶化効率を阻害するためであると考えられる。ナノディスクのサイズは、コポリマーの長さに依存しなかった。しかし、より大きな共重合体で形成されたナノディスクは、より遅い脂質交換を受け、より高い安定性を示していることがわかった。この結果は、体系的な研究のために、明確に定義されたコポリマーを持つことの有用性を強調している。
The use of poly(styrene-co-maleic acid) (SMA) for the solubilization of lipid membranes and membrane proteins is becoming more widespread and with this the need increases to better understand the chemical properties of the copolymer and how these translate into membrane solubilization properties. SMA comes in many different flavors that include the ratio of styrene to maleic acid, comonomer sequence distribution, average chain length, dispersity and potential chemical modifications. In this work the synthesis and membrane active properties are described of 2:1 (periodic) SMA copolymers with Mw varying from ~1.4-6 kDa. The copolymers were obtained via an iterative RAFT-mediated radical polymerization. Characterization of these polymers showed that they represent a well-defined series in terms of chain length and overall composition (FMAnh ~0.33), but that there is heterogeneity in comonomer sequence distribution (FMSS ~0.50) and some dispersity in chain length (1.1 < Ð < 1.6), particularly for the larger copolymers. Investigation of the interaction of these polymers with phosphatidylcholine lipid self-assemblies showed that all copolymers inserted equally effectively into lipid monolayers, independent of copolymer length. Nonetheless, smaller polymers were more effective at solubilizing lipid bilayers into nanodiscs, possibly because longer polymers are more prone to become intertwined with each other, thereby hampering their solubilization efficiency. Nanodisc sizes were independent of copolymer length. However, nanodiscs formed with larger copolymers were found to undergo slower lipid exchange, indicating a higher stability. The results highlight the usefulness of having well-defined copolymers for systematic studies.