The role of ceramide [AP] for the structural assembly of stratum corneum lipid model memebranes

Abstract

Das Stratum corneums, die äußerste Schicht der Haut stellt die Hauptbarriere der Haut dar, wobei angenommen wird, das die Lipidmatrix des Stratum corneums eine entscheidende Rolle für die Barrierefunktion spielt. Diese Matrix ist hauptsächlich aus Ceramiden, Cholesterol und freien Fettsäuren zusammengesetzt. Um die besondere Rolle der einzelnen Komponenten für den strukturellen Aufbau und demzufolge für die Barriereeigenschaften zu verstehen, ist es notwendig, den Einfluss sowie das Struktur-Funktionsprinzip der einzelnen Lipidspezies genau zu untersuchen. Da die Zusammensetzung der native Lipidmatrix zu komplex ist, um mit den gängigen Untersuchungsmethoden verlässliche Aussagen treffen zu können, kann mit Hilfe einfacher, aber dennoch realistischer Lipid-Modellmembranen eine systematische Untersuchung durchgeführt werden. Für die Untersuchung von biologischen Proben eignet sich in besonderem Maße die Neutronendiffraktion, da sich sowohl strukturelle als auch dynamische Eigenschaften der Probe aufklären lassen, die mit anderen Streutechniken schwer detektierbar sind. So können die Neutronen zum einen Wasserstoff, als wesentlichen Bestandteil biologischer Proben gut darstellen, zum anderen können sie zwischen den Isotopen eines Elements unterscheiden, was eine spezifische Markierung und dann die exakte Lokalisation des markierten Abschnitts innerhalb der Membran ermöglicht. Mit Hilfe der Neutronendiffraktion konnte die besondere Rolle von Ceramid [AP] für den strukturellen Aufbau definierter Stratum corneum Lipid-Modellmembranen gezeigt werden. Ceramid [AP] ist in der Lage, eine hochstabile Nanostruktur auszubilden, die weder durch ein kurz- noch durch ein langkettiges Ceramid oder durch die Verlängerung der freien Fettsäurekette beeinflussbar ist. Die Anordnung der Lipide wird von den Ceramid [AP] Molekülen in der Haarnadel Konformation vorgegeben, da so Ceramid [AP], bedingt durch seine vier Hydroxylgruppen, ein starkes Netzwerk lateraler Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden kann. Dieses Rückrat der multilamellar organisierten Bilayer wird zusätzlich durch die gestreckte Konformation von Ceramid [AP] stabilisiert, die hier im Sinne eines molekularen Ankers benachbarte Bilayerschichten miteinander verbindet.