Anomalous Behavior of Hyaluronan Crosslinking Due to the Presence of Excess Phospholipids in the Articular Cartilage System of Osteoarthritis - Publikacja - MOST Wiedzy

Wyszukiwarka

Anomalous Behavior of Hyaluronan Crosslinking Due to the Presence of Excess Phospholipids in the Articular Cartilage System of Osteoarthritis

Abstrakt

Lubrication of articular cartilage is a complex multiscale phenomenon in synovial joint organ systems. In these systems, synovial fluid properties result from synergistic interactions between a variety of molecular constituent. Two molecular classes in particular are of importance in understanding lubrication mechanisms: hyaluronic acid and phospholipids. The purpose of this study is to evaluate interactions between hyaluronic acid and phospholipids at various functionality levels during normal and pathological synovial fluid conditions. Molecular dynamic simulations of hyaluronic acid and phospholipids complexes were performed with the concentration of hyaluronic acid set at a constant value for two organizational forms, extended (normal) and coiled (pathologic). The results demonstrated that phospholipids affect the crosslinking mechanisms of hyaluronic acid significantly and the influence is higher during pathological conditions. During normal conditions, hyaluronic acid and phospholipid interactions seem to have no competing mechanism to that of the interaction between hyaluronic acid to hyaluronic acid. On the other hand, the structures formed under pathologic conditions were highly affected by phospholipid concentration.

Cytowania

  • 1 3

    CrossRef

  • 0

    Web of Science

  • 1 3

    Scopus

Autorzy (7)

Cytuj jako

Pełna treść

pobierz publikację
pobrano 49 razy
Wersja publikacji
Accepted albo Published Version
Licencja
Creative Commons: CC-BY otwiera się w nowej karcie

Słowa kluczowe

Informacje szczegółowe

Kategoria:
Publikacja w czasopiśmie
Typ:
artykuł w czasopiśmie wyróżnionym w JCR
Opublikowano w:
INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES nr 18, strony 1 - 16,
ISSN: 1661-6596
Język:
angielski
Rok wydania:
2017
Opis bibliograficzny:
Bełdowski P., Weber P., Andrysiak T., Auge W., Ledziński D., Deleon T., Gadomski A.: Anomalous Behavior of Hyaluronan Crosslinking Due to the Presence of Excess Phospholipids in the Articular Cartilage System of Osteoarthritis// INTERNATIONAL JOURNAL OF MOLECULAR SCIENCES. -Vol. 18, nr. 12 (2017), s.1-16
DOI:
Cyfrowy identyfikator dokumentu elektronicznego (otwiera się w nowej karcie) 10.3390/ijms18122779
Bibliografia: test
  1. Hari, G.G.; Hales, C.A. Chemistry and Biology of Hyaluronan; Elsevier Science: Amsterdam, The Netherlands, 2008; ISBN 9780080472225.
  2. Jung, S.; Petelska, A.; Bełdowski, P.; Augé, W.K.; Casey, T.; Walczak, D.; Lemke, K.; Gadomski, A. Hyaluronic acid and phospholipid interactions useful for repaired articular cartilage surfaces-a mini review toward tribological surgical adjuvants. Colloid Polym. Sci. 2017, 295, 403-412. otwiera się w nowej karcie
  3. Siódmiak, J.; Bełdowski, P.; Augé, W.K., II; Ledziński, D.;Śmigiel, S.; Gadomski, A. Molecular Dynamic Analysis of Hyaluronic Acid and Phospholipid Interaction in Tribological Surgical Adjuvant Design for Osteoarthritis. Molecules 2017, 22, 1436. otwiera się w nowej karcie
  4. Ganguly, K.; McRury, I.D.; Goodwin, P.M.; Morgan, R.E.; Augé, W.K. Native chondrocyte viability during cartilage lesion progression: Normal to surface fibrillation. Cartilage 2010, 1, 306-311. otwiera się w nowej karcie
  5. Augé, W.K. Conceptualization of surface-confined nano-assemblies as a biophysical battery circuit during tissue rescue: A bridge to accessing genomic control mechanisms. Int. J. Nanosyst. 2012, 5, 1-18.
  6. Augé, W.K. Inverse mass ratio batteries: An in situ energy source generated from motive proton delivery gradients. Nano Energy 2012, 1, 309-315.
  7. Kwiecinski, J.J.; Dorosz, S.G.; Ludwig, T.E.; Abubacker, S.; Cowman, M.K.; Schmidt, T.A. The effect of molecular weight on hyaluronan's cartilage boundary lubricating ability-Alone and in combination with proteoglycan 4. Osteoarthr. Cartil. 2011, 19, 1356-1362. otwiera się w nowej karcie
  8. Temple-Wong, M.M.; Ren, S.; Quach, P.; Hansen, B.C.; Chen, A.C.; Hasegawa, A.; D'Lima, D.D.; Koziol, J.; Masuda, K.; Lotz, M.K.; et al. Hyaluronan concentration and size distribution in human knee synovial fluid: Variations with age and cartilage degeneration. Arthritis Res. Ther. 2016, 18, 18. otwiera się w nowej karcie
  9. Snelling, S.; Rout, R.; Davidson, R.; Clark, I.; Carr, A.; Hulley, P.A.; Price, A.J. A gene expression study of normal and damaged cartilage in anteromedial gonarthrosis, a phenotype of osteoarthritis. Osteoarthr. Cartil. 2014, 22, 334-343. otwiera się w nowej karcie
  10. Band, P.A.; Heeter, J.; Wisniewski, H.G.; Liublinska, V.; Pattanayak, C.W.; Karia, R.J.; Stabler, T.; Balazs, E.A.; Kraus, V.B. Hyaluronan molecular weight distribution is associated with the risk of knee osteoarthritis progression. Osteoarthr. Cartil. 2015, 23, 70-76. otwiera się w nowej karcie
  11. Bełdowski, P.; Augé, W.K.; Andrysiak, T.; Mrela, A.; Pawlak, Z.; Gadomski, A. The structural dependence of surface active phospholipid on hyaluronan molecular mass and concentration in model synovial joint organ systems. Polymers 2018, Submitted for publication. otwiera się w nowej karcie
  12. Pasquali-Ronchetti, I.; Quaglino, D.; Mori, G.; Bacchelli, B.; Ghosh, P. Hyaluronan-phospholipid interactions. J. Struct. Biol. 1997, 120, 1-10. otwiera się w nowej karcie
  13. Goychuk, I.; Hänggi, P. Fractional diffusion modeling of ion channel gating. Phys. Rev. E 2004, 70, 051915. otwiera się w nowej karcie
  14. Goychuk, I.; Hänggi, P. The role of conformational diffusion in ion channel gating. Phys. A 2004, 325, 9-18. otwiera się w nowej karcie
  15. Glöckle, W.G.; Nonnenmacher, T.F. A Fractional Calculus Approach to Self-Similar Protein Dynamics. Biophys. J. 1995, 68, 46-53. otwiera się w nowej karcie
  16. Ślȩzak, J.; Weron, K. Revised approach to statistical analysis of ionic current fluctuations. Acta Phys. Pol. B 2012, 43, 1215-1226. otwiera się w nowej karcie
  17. Gadomski, A.; Rubi, J.M.; Łuczka, J.; Ausloos, M. On temperature and space-dimension dependent matter agglomerations in mature growing stage. Chem. Phys. 2005, 310, 153-161. otwiera się w nowej karcie
  18. Sorkin, R.; Kampf, N.; Zhu, L.; Klein, J. Hydration lubrication and shear-induced self-healing of lipid bilayer boundary lubricants in phosphatidylcholine dispersions. Soft Matter 2016, 12, 2773-2784. otwiera się w nowej karcie
  19. Wang, M.; Liu, C.; Thormann, E.; Dédinaité, A. Hyaluronan and phospholipid association in biolubrication. Biomacromolecules 2013, 14, 4198-4206. otwiera się w nowej karcie
  20. Kosińska, M.K.; Liebisch, G.; Lochnit, G.; Wilhelm, J.; Klein, H.; Kaesser, U.; Lasczkowski, G.; Rickert, M.; Schmitz, G.; Steinmeyer, J. A lipidomic study of phospholipid classes and species in human synovial fluid. Arthritis Rheum. 2013, 65, 2323-2333. otwiera się w nowej karcie
  21. Kosińska, M.; Ludwig, T.E.; Liebisch, G.; Zhang, R.; Siebert, H.C.; Wilhelm, J.; Kaesser, U.; Dettmeyer, R.B.; Klein, H.; Ishaque, B.; et al. Articular joint lubricants during osteoarthritis and rheumatoid arthritis display altered levels and molecular species. PLoS ONE 2015, 10, e0125192. otwiera się w nowej karcie
  22. Ermakov, S.; Beletskii, A.; Eismont, O.; Nikolaev, V. Liquid Crystals in Biotribology, Synovial Joint Treatment. Biological and Medicinal Physics; Biomedical Engineering; Springer International Publishing AG: Cham, Switzerland, 2016; ISBN 978-3-319-20348-5. otwiera się w nowej karcie
  23. Das, S.; Banquy, X.; Zappone, B.; Israelachvili, J. Synergistic interactions between grafted hyaluronic acid and lubricin provide enhanced wear protection and lubrication. Biomacromolecules 2013, 14, 1669-1677. otwiera się w nowej karcie
  24. Wierzcholski, K. Joint cartilage lubrication with phospholipid bilayer. Tribologia 2016, 2, 145-157. otwiera się w nowej karcie
  25. Dédinaité, A. Biomimetic lubrication. Soft Matter 2012, 8, 273-284.
  26. Hills, B.A. Boundary lubrication in vivo. Proc. Inst. Mech. Eng. H 2000, 214, 83-94. otwiera się w nowej karcie
  27. Greene, G.W.; Banquy, X.; Lee, D.W.; Lowrey, D.D.; Yu, J.; Israelachvili, J. Adaptive mechanically controlled lubrication mechanism found in articular joints. Proc. Nat. Acad. Sci. USA 2011, 108, 5255-5259. otwiera się w nowej karcie
  28. Matej, D. Boundary cartilage lubrication: Review of current concepts. Wien. Med. Wochenschr. 2014, 164, 88-94.
  29. Wieland, D.C.F.; Degen, P.; Zander, T.; Gayer, S.; Raj, A.; An, J.; Dédinaité, A.; Claesson, P.; Willumeit-Römer, R. Structure of DPPC-hyaluronan interfacial layers-Effects of molecular weight and ion composition. Soft Matter 2016, 12, 729-740. otwiera się w nowej karcie
  30. Scott, J.E.; Heatley, F. Biological Properties of Hyaluronan in Aqueous Solution Are Controlled and Sequestered by Reversible Tertiary Structures, Defined by NMR Spectroscopy. Biomacromolecules 2002, 3, 547-553. otwiera się w nowej karcie
  31. Jenkins, S.; Jacob, K.I.; Kumar, S. The effect of hydrogen bonding on the physical and mechanical properties of rigid-rod polymers. J. Polym. Sci. Part B Polym. Phys. 2000, 38, 3053-3061. otwiera się w nowej karcie
  32. Chen, Y.; Crawford, R.W.; Oloyede, A. Unsaturated phosphatidylcholines lining on the surface of cartilage and its possible physiological roles. J. Orthop. Surg. Res. 2007, 2, 14. otwiera się w nowej karcie
  33. Lee, D.W.; Banquy, X.; Das, S.; Cadirov, N.; Jay, G.; Israelachvili, J. Effects of molecular weight of grafted hyaluronic acid on wear initiation. J. Acta Biomater. 2014, 10, 1817-1823. otwiera się w nowej karcie
  34. Banquy, X.; Lee, D.W.; Das, S.; Israelachvili, J. Shear-induced aggregation of mammalian synovial fluid components under boundary lubrication conditions. Adv. Funct. Mater. 2014, 24, 3152-3161. otwiera się w nowej karcie
  35. Nitzan, D.W.; Nitzan, U.; Dan, P.; Yedgar, S. The role of hyaluronic acid in protecting surface-active phospholipids from lysis by exogenous phospholipase A2. Rheumatology 2001, 40, 335-340. otwiera się w nowej karcie
  36. Pathak, P.; London, F. The effect of membrane lipid composition on the formation of lipid ultrananodomains. Biophys. J. 2015, 109, 1630-1638. otwiera się w nowej karcie
  37. Raj, A.; Wang, M.; Zander, T.; Wieland, D.C.F.; Liu, X.; An, J.; Garamus, V.M.; Willumeit-Römer, R.; Fielden, M.; Claesson, P.M.; et al. Lubrication synergy: Mixture of hyaluronan and dipalmitoylphosphatidylcholine (DPPC) vesicles. J. Colloid Inter. Sci. 2017, 488, 225-233. otwiera się w nowej karcie
  38. Goudoulas, T.B.; Kastrinakis, E.G.; Nychas, S.G.; Papazoglou, L.G.; Kazakos, G.M.; Kosmas, P.V. Rheological study of synovial fluid obtained from dogs: Healthy, pathological, and post-surgery, after spontaneous rupture of cranial cruciate ligament. Ann. Biomed. Eng. 2010, 38, 57-65. otwiera się w nowej karcie
  39. Bełdowski, P.; Winkler, R.G.; Hładyszowski, J.; Jung, S.; Gadomski, A. Shape Change of Micelles Dragged with Constant Velocity as Addressed in Terms of Biolubrication Application. Acta Phys. Pol. A 2016, 129, 188-189. otwiera się w nowej karcie
  40. Gadomski, A.; Pawlak, Z.; Oloyede, A. Directed ion transport as virtual cause of some facilitated friction-lubrication mechanism prevailing in articular cartilage: A hypothesis. Tribol. Lett. 2008, 30, 83-90. otwiera się w nowej karcie
  41. Bełdowski, P.; Winkler, R.G.; Augé, W.K.; Hładyszowski, J.; Gadomski, A. Micelle confined in aqueous environment: Lubrication at the nanoscale and its nonlinear characteristics. In Dynamical Systems: Modelling; otwiera się w nowej karcie
  42. Springer Proceedings in Mathematics and Statistics; Springer International Publishing AG: Cham, Switzerland, 2016; pp. 73-80, ISBN 978-3-319-42401-9. otwiera się w nowej karcie
  43. Bełdowski, P.; Augé, W.K.; Gadomski, A. Nanoscale friction requirements for the boundary lubrication behavior of model articular systems. In Current Topics in Quantum Biology; Michalak, K., Nawrocka-Bogusz, H., Eds.; Publishing House of Adam Mickiewicz University of Poznań: Poznań, Poland, 2014; pp. 79-93, ISBN 978-83-232-2775-5.
  44. Gadomski, A.; Bełdowski, P.; Rubi, J.M.; Urbaniak, W.; Augé, W.K.; Santamaria-Holek, I.; Pawlak, Z. Some conceptual thoughts toward nanoscale oriented friction in a model of articular cartilage. Math. Biosci. 2013, 244, 188-200. otwiera się w nowej karcie
  45. Seror, J.; Zhu, L.; Goldberg, R.; Day, A.J.; Klein, J. Supramolecular synergy in the boundary lubrication of synovial joints. Nat. Commun. 2015, 6, 6497. otwiera się w nowej karcie
  46. Bonnevie, E.D.; Delco, M.L.; Jasty, N.; Bartell, L.; Fortier, L.A.; Cohen, I.; Bonassar, L.J. Chondrocyte death and mitochondrial dysfunction are mediated by cartilage friction and shear strain. Ostheoarthr. Cartil. 2016, 24, S46. otwiera się w nowej karcie
  47. Connoly, M.L. Analytical molecular surface calculation. J. Appl. Cryst. 1983, 16, 548-558. otwiera się w nowej karcie
  48. Richmond, T.J. Solvent accessible surface area and excluded volume in proteins. Analytical equations for overlapping spheres and implications for the hydrophobic effect. J. Mol. Biol. 1984, 178, 63-89. c 2017 by the authors. Licensee MDPI, Basel, Switzerland. This article is an open access article distributed under the terms and conditions of the Creative Commons Attribution (CC BY) license (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). otwiera się w nowej karcie
Weryfikacja:
Politechnika Gdańska

wyświetlono 114 razy

Publikacje, które mogą cię zainteresować

Meta Tagi