تغییرات ساختاری و نفوذپذیری غشای سلولی در طی فروپتوزیس: مطالعه ای با شبیه سازی دینامیک مولکولی

فروپتوزیس نوعی جدید از مرگ سلولی است که با هیدروپراکسیداسیون لیپیدها همراه است. این فرایند به آهن و اسیدهای چرب غیراشباع چندگانه (pufas) وابسته است. علی ‌رغم اهمیت فروپتوزیس جزئیات مولکولی این فرآیند به ‌ویژه تاثیر آن بر ویژگی‌ های غشای سلولی همچنان ناشناخته باقی مانده است. در این مطالعه تغییرات ساختاری و نفوذپذیری غشای پلاسمایی در اثر هیدروپراکسیداسیون لیپیدی طی فروپتوزیس با استفاده از شبیه‌ سازی دینامیک مولکولی بررسی شد. ابتدا بر اساس داده‌ های تجربی یک مدل از غشای گلبول قرمز انسانی ساخته شد. برای مدل سازی غشا فروپتوزیس زنجیره ‌های لیپیدی pufa در غشای گلبول قرمز با مشتقات هیدروپراکسید آن ها جایگزین شدند. هر دو سیستم (غشای نرمال و فروپتوزیسی) در شبیه‌ سازی ‌های دینامیک مولکولی all-atom به مدت 300 نانوثانیه (با سه تکرار) مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که در غشای فروپتوزیسی ضخامت کاهش و سطح افزایش یافته است. همچنین گروه ‌های هیدروپراکسید موجود در زنجیره ‌های اسید چرب به سمت گروه ‌های سرقطبی فسفولیپیدها حرکت کردند. علاوه بر این تغییرات ساختاری عملکرد غشا که به‌ طور معمول به ‌عنوان یک سد نفوذناپذیر برای مولکول ‌های قطبی مانند آب عمل می‌ کند در اثر هیدروپراکسیداسیون مختل شد، در حالی که یکپارچگی کلی غشا حفظ شد. به‌ طور خلاصه هیدروپراکسیداسیون لیپیدی در فروپتوزیس تغییرات مهمی در ساختار و عملکرد غشا ایجاد می ‌کند که می ‌تواند در توسعه درمان ‌های جدید برای بیماری ‌های سخت مانند سرطان و بیماری ‌های تحلیل‌ برنده عصبی کاربرد داشته باشد.

structural changes and cell membrane permeability during ferroptosis: a molecular dynamics simulation study

ferroptosis is a newly identified form of cell death associated with lipid peroxidation. this process is dependent on iron and polyunsaturated fatty acids (pufas). despite the importance of ferroptosis, the molecular details of this process, particularly its impact on cellular membrane properties, remain unknown. in this study, structural and permeability changes in the plasma membrane resulting from lipid peroxidation during ferroptosis were investigated using molecular dynamics simulations. initially, a model of the human red blood cell membrane was constructed based on experimental data. to simulate ferroptosis, the pufa lipid chains in the red blood cell membrane were replaced with their hydroperoxide derivatives. both systems (normal and ferroptotic membranes) were examined in all-atom molecular dynamics simulations for 300 nanoseconds (with three replicates). the results showed that in the ferroptotic membrane, the thickness decreased, and the surface area increased. additionally, the hydroperoxide groups in the fatty acid chains moved toward the polar head groups of the phospholipids. besides these structural changes, the function of the membrane, which typically acts as an impermeable barrier to polar molecules such as water, was disrupted due to lipid peroxidation, while the overall membrane integrity remained intact. in summary, lipid peroxidation in ferroptosis induces significant changes in membrane structure and function, which could be utilized in the development of new treatments for severe diseases such as cancer and neurodegenerative disorders.