Pseudo-Membrane Jackets: Two-Dimensional Coordination Polymers Achieving Visible Phase Separation in Cell Membrane.
cell membranes
coordination polymer
metal complex lipid
metal-organic framework
phase separation
Journal
Angewandte Chemie (International ed. in English)
ISSN: 1521-3773
Titre abrégé: Angew Chem Int Ed Engl
Pays: Germany
ID NLM: 0370543
Informations de publication
Date de publication:
05 10 2020
05 10 2020
Historique:
received:
07
05
2020
revised:
29
06
2020
pubmed:
2
7
2020
medline:
1
4
2021
entrez:
2
7
2020
Statut:
ppublish
Résumé
Cell membranes contain lateral systems that consist of various lipid compositions and actin cytoskeleton, providing two-dimensional (2D) platforms for chemical reactions. However, such complex 2D environments have not yet been used as a synthetic platform for artificial 2D nanomaterials. Herein, we demonstrate the direct synthesis of 2D coordination polymers (CPs) at the liquid-cell interface of the plasma membrane of living cells. The coordination-driven self-assembly of networking metal complex lipids produces cyanide-bridged CP layers with metal ions, enabling "pseudo-membrane jackets" that produce long-lived micro-domains with a size of 1-5 μm. The resultant artificial and visible phase separation systems remain stable even in the absence of actin skeletons in cells. Moreover, we show the cell application of the jackets by demonstrating the enhancement of cellular calcium response to ATP.
Identifiants
pubmed: 32608036
doi: 10.1002/anie.202006600
doi:
Substances chimiques
Polymers
0
Types de publication
Journal Article
Research Support, Non-U.S. Gov't
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
17931-17937Informations de copyright
© 2020 Wiley-VCH GmbH.
Références
K. S. Novoselov, A. K. Geim, S. V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S. V. Dubonos, I. V. Grigorieva, A. A. Firsov, Science 2004, 306, 666-669.
M. R. Karim, K. Hatakeyama, T. Matsui, H. Takehira, T. Taniguchi, M. Koinuma, Y. Matsumoto, T. Akutagawa, T. Nakamura, S.-i. Noro, T. Yamada, H. Kitagawa, S. Hayami, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 8097-8100.
J. N. Coleman, M. Lotya, A. O'Neill, S. D. Bergin, P. J. King, U. Khan, K. Young, A. Gaucher, S. De, R. J. Smith, I. V. Shvets, S. K. Arora, G. Stanton, H.-Y. Kim, K. Lee, G. T. Kim, G. S. Duesberg, T. Hallam, J. J. Boland, J. J. Wang, J. F. Donegan, J. C. Grunlan, G. Moriarty, A. Shmeliov, R. J. Nicholls, J. M. Perkins, E. M. Grieveson, K. Theuwissen, D. W. McComb, P. D. Nellist, V. Nicolosi, Science 2011, 331, 568-571.
T. Sasaki, M. Watanabe, H. Hashizume, H. Yamada, H. Nakazawa, J. Am. Chem. Soc. 1996, 118, 8329-8335.
K. J. Liu, H. Y. Qi, R. H. Dong, R. Shivhare, M. Addicoat, T. Zhang, H. Sahabudeen, T. Heine, S. Mannsfeld, U. Kaiser, Z. K. Zheng, X. L. Feng, Nat. Chem. 2019, 11, 994-1000.
M. T. Zhao, Y. Huang, Y. W. Peng, Z. Q. Huang, Q. L. Ma, H. Zhang, Chem. Soc. Rev. 2018, 47, 6267-6295.
W. W. Zhao, J. L. Peng, W. K. Wang, S. J. Liu, Q. Zhao, W. Huang, Coord. Chem. Rev. 2018, 377, 44-63.
M. Xu, S. S. Yang, Z. Y. Gu, Chem. Eur. J. 2018, 24, 15131-15142.
A. Dhakshinamoorthy, A. M. Asiri, H. Garcia, Adv. Mater. 2019, 31, 1900617.
S. Kitagawa, R. Kitaura, S. Noro, Angew. Chem. Int. Ed. 2004, 43, 2334-2375;
Angew. Chem. 2004, 116, 2388-2430.
O. M. Yaghi, M. O'Keeffe, N. W. Ockwig, H. K. Chae, M. Eddaoudi, J. Kim, Nature 2003, 423, 705-714.
G. Férey, Chem. Soc. Rev. 2008, 37, 191-214.
S. Horike, S. Shimomura, S. Kitagawa, Nat. Chem. 2009, 1, 695-704.
D. Tanaka, A. Henke, K. Albrecht, M. Moeller, K. Nakagawa, S. Kitagawa, J. Groll, Nat. Chem. 2010, 2, 410-416.
Y. Peng, Y. Li, Y. Ban, H. Jin, W. Jiao, X. Liu, W. Yang, Science 2014, 346, 1356-1359.
T. Kambe, R. Sakamoto, K. Hoshiko, K. Takada, M. Miyachi, J.-H. Ryu, S. Sasaki, J. Kim, K. Nakazato, M. Takata, H. Nishihara, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 2462-2465.
T. Bauer, Z. Zheng, A. Renn, R. Enning, A. Stemmer, J. Sakamoto, A. D. Schlueter, Angew. Chem. Int. Ed. 2011, 50, 7879-7884;
Angew. Chem. 2011, 123, 8025-8030.
S. Sakaida, K. Otsubo, O. Sakata, C. Song, A. Fujiwara, M. Takata, H. Kitagawa, Nat. Chem. 2016, 8, 377-383.
K. Ariga, V. Malgras, Q. M. Ji, M. B. Zakaria, Y. Yamauchi, Coord. Chem. Rev. 2016, 320, 139-152.
R. Riccò, W. B. Liang, S. B. Li, J. J. Gassensmith, F. Caruso, C. Doonan, P. Falcaro, ACS Nano 2018, 12, 13-23.
T. Simon-Yarza, A. Mielcarek, P. Couvreur, C. Serre, Adv. Mater. 2018, 30, 1707365.
B. Illes, P. Hirschle, S. Baenert, V. Cauda, S. Wuttke, H. Engelke, Chem. Mater. 2017, 29, 8042-8046.
S. Wuttke, S. Braig, T. Preiss, A. Zimpel, J. Sicklinger, C. Bellomo, J. O. Radler, A. M. Vollmar, T. Bein, Chem. Commun. 2015, 51, 15752-15755.
S. Z. Wang, C. M. McGuirk, A. d'Aquino, J. A. Mason, C. A. Mirkin, Adv. Mater. 2018, 30, 1800202.
T. T. Chen, J. T. Yi, Y. Y. Zhao, X. Chu, J. Am. Chem. Soc. 2018, 140, 9912-9920.
W. B. Li, Y. F. Zhang, Z. H. Xu, Q. Meng, Z. Fan, S. J. Ye, G. L. Zhang, Angew. Chem. Int. Ed. 2016, 55, 955-959;
Angew. Chem. 2016, 128, 967-971.
K. Liang, J. J. Richardson, J. W. Cui, F. Caruso, C. J. Doonan, P. Falcaro, Adv. Mater. 2016, 28, 7910-7914.
P. Horcajada, T. Chalati, C. Serre, B. Gillet, C. Sebrie, T. Baati, J. F. Eubank, D. Heurtaux, P. Clayette, C. Kreuz, J.-S. Chang, Y. K. Hwang, V. Marsaud, P.-N. Bories, L. Cynober, S. Gil, G. Ferey, P. Couvreur, R. Gref, Nat. Mater. 2010, 9, 172-178.
R. Freund, U. Lachelt, T. Gruber, B. Ruhle, S. Wuttke, ACS Nano 2018, 12, 2094-2105.
K. Simons, E. Ikonen, Nature 1997, 387, 569-572.
D. A. Brown, E. London, J. Biol. Chem. 2000, 275, 17221-17224.
D. E. Clapham, Cell 2007, 131, 1047-1058.
A. Kusumi, T. A. Tsunoyama, K. M. Hirosawa, R. S. Kasai, T. K. Fujiwara, Nat. Chem. Biol. 2014, 10, 524-532.
T. Fujiwara, K. Ritchie, H. Murakoshi, K. Jacobson, A. Kusumi, J. Cell Biol. 2002, 157, 1071-1081.
G. T. Noble, F. L. Craven, J. Voglmeir, R. Sardzik, S. L. Flitsch, S. J. Webb, J. Am. Chem. Soc. 2012, 134, 13010-13017.
R. J. Mart, K. P. Liem, X. Wang, S. J. Webb, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 14462-14463.
K. G. N. Suzuki, R. S. Kasai, K. M. Hirosawa, Y. L. Nemoto, M. Ishibashi, Y. Miwa, T. K. Fujiwara, A. Kusumi, Nat. Chem. Biol. 2012, 8, 774-783.
J. C. Chang, S. J. Rosenthal, ACS Chem. Neurosci. 2012, 3, 737-743.
C. Eggeling, C. Ringemann, R. Medda, G. Schwarzmann, K. Sandhoff, S. Polyakova, V. N. Belov, B. Hein, C. von Middendorff, A. Schonle, S. W. Hell, Nature 2009, 457, 1159-1162.
R. Ohtani, M. Inukai, Y. Hijikata, T. Ogawa, M. Takenaka, M. Ohba, S. Kitagawa, Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54, 1139-1143;
Angew. Chem. 2015, 127, 1155-1159.
R. Ohtani, T. Tokita, T. Takaya, K. Iwata, M. Kinoshita, N. Matsumori, M. Nakamura, L. F. Lindoy, S. Hayami, Chem. Commun. 2017, 53, 13249-13252.
A. S. Klymchenko, R. Kreder, Chem. Biol. 2014, 21, 97-113.
M. I. Angelova, D. S. Dimitrov, Faraday Discuss. 1986, 81, 303-311.
M. Kinoshita, K. G. N. Suzuki, N. Matsumori, M. Takada, H. Ano, K. Morigaki, M. Abe, A. Makino, T. Kobayashi, K. M. Hirosawa, T. K. Fujiwara, A. Kusumi, M. Murata, J. Cell Biol. 2017, 216, 1183-1204.
M. Kinoshita, H. Ano, M. Murata, K. Shigetomi, J. Ikenouchi, N. Matsumori, Sci. Rep. 2017, 7, 16801.
S. Mabrey, J. M. Sturtevant, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1976, 73, 3862-3866.
M. Caffrey, J. Hogan, A. Mencke, Biophys. J. 1991, 60, 456-466.
S. Tristram-Nagle, Y. F. Liu, J. Legleiter, J. F. Nagle, Biophys. J. 2002, 83, 3324-3335.
C. S. Lee, C. D. Bain, Biochim. Biophys. Acta Biomembr. 2005, 1711, 59-71.
F. Schneider, D. Waithe, M. P. Clausen, S. Galiani, T. Koller, G. Ozhan, C. Eggeling, E. Sezgin, Mol. Biol. Cell 2017, 28, 1507-1518.
P. A. Iredale, S. J. Hill, Br. J. Pharmacol. 1993, 110, 1305-1310.
A. Surprenant, R. A. North, Annu. Rev. Physiol. 2009, 71, 333-359.
G. Burnstock, C. Kennedy, Adv. Pharmacol. 2011, 61, 333-372.
S. Gahbauer, R. A. Böckmann, Front. Physiol. 2016, 7, 494.