Modèles de membranes asymétriques à partir de l'approche descendante en grains grossiers

Les membranes biologiques sont intrinsèquement asymétriques, constituées de divers lipides et protéines qui sont distribués de manière hétérogène entre les feuillets de membrane. L'étude de l'hétérogénéité spatiale dans les bicouches membranaires est d'une importance fondamentale en biophysique des membranes. Cependant, la simulation précise de membranes réalistes reste un défi. Dans la modélisation atomique (AA), la lente diffusion des lipides rend les simulations de bicouches multicomposants computationnellement exigeantes. Dans la modélisation à grains grossiers (CG), des modèles descendantes ont été largement utilisés pour l'étude des membranes ; cependant, leur mise en œuvre n'est pas idéale en raison des inexactitudes dans la modélisation des interactions lipide-lipide et lipide-protéine du point de vue de la mécanique statistique. Dans cette étude, nous avons construit un modèle CG "ascendant" d'une bicouche asymétrique, choisi ici pour imiter la membrane virale du VIH-1, en suivant une approche systématique de mécanique statistique. Le modèle CG résultant est également transférable pour simuler diverses compositions membranaires, capturant efficacement l'effet de condensation du cholestérol dans lequel des concentrations plus élevées de cholestérol induisent un ordre des queues lipidiques. En utilisant ce modèle CG ascendant, nous montrons que dans une bicouche asymétrique, le cholestérol se déplace rapidement d'un feuillet comprimé vers un feuillet étendu pour réduire le stress membranaire. Le paysage de l'énergie libre pour le mouvement du cholestérol entre les feuillets a été calculé dans différentes compositions membranaires. Dans une bicouche symétrique, le cholestérol se trouve également stable dans les deux feuillets. Cependant, dans une bicouche asymétrique, la stabilité du cholestérol dépend de la composition lipidique globale des différents feuillets. Globalement, cette étude ouvre un nouveau paradigme pour la modélisation systématique, ascendante CG de membranes réalistes et offre un aperçu de la nature des interactions lipidiques dans une bicouche asymétrique.