论文题目：Homeocurvature adaptation of phospholipids to pressure in deep-sea invertebrates
发表期刊：Science 384, 1482–1488 (2024)
深海占地球可居住面积的90%以上，其特点是低温高压，每10米深度压力增加约1 bar。相对于低温适应，人们对于动物压力耐受的具体机制知之甚少。压力能够抑制所有生物分子形成大体积构象，但对脂质有特别强的影响，因为它们的烃链具有高压缩性。磷脂膜通常以液晶状态存在，称为流体层状(Lα)相。当膜受到越来越大的压力时，它们的流动性降低，最终导致过渡到凝胶(Lβ)相，类似于低温作用的结果。因此，人们认为海洋变温动物能够基于homeoviscous适应性，以适应低温和高压环境。然而，磷脂的可压缩性也是高度各向异性的，这意味着压力对整体脂质形状有很强的影响。某些脂质，如磷脂酰乙醇胺(PE)，具有圆锥形的立体轮廓，在高压下呈现为圆柱形。锥形脂质对膜蛋白的功能很重要(6)，有利于形成非层状中间体进行融合和裂变，如逆六边形(HII)相。
在本文中：作者研究了栉水母(栉水母门)的高压适应，栉水母是一种生活在不同海洋环境中的软体、冷血无脊椎动物。
光源：Cornell High Energy Synchrotron Source
光通量：1.8-3.6×1011 photons/s
SDD：q范围0.005 Å-1 ≤ q ≤
0.7 Å-1
使用500mg的与填充硅胶柱分离准备极性和中性的脂质。极性脂质在大约20毫升CHCl3中洗脱，干燥并称重。将10mg的极性脂质溶于100微升环己烷，然后取50微升转移到内径1.4mm的熔点管中，在-80℃冷冻，并冻干1h。加入10微升去离子水将其再度水化，然后重复冷冻-解冻循环5次，使用玻璃吸管将其在毛细管内混匀。然后将内部的悬浮液转移到1.0 mm 测试用毛细管中。通过离心(500 RCF, 4°C下5分钟)将该悬浮液(50% w/v脂质)沉淀到x射线毛细管底部，并再加5µL脱气水以确保过量水化。然后使用22G x 100 mm针头(Air-Tite)将高真空润滑脂的压力传递帽添加到水的顶部。将毛细管在油脂帽顶部附近切割，使用家用环氧树脂连接到丙烯酸样品盒上，并在4°C的黑暗中保存直至使用。
作者使用了定制的可控温度的压力样品池。曝光时间1s。从最低温度开始，在每个温度控制压力从低到高扫描。样品在每次压力停止时至少平衡60秒，在每次温度变化后平衡30分钟。使用相同的毛细管封装溶剂以作背景。由于样品信号很强，但背景信号很低，因此未做背景扣除。使用BIOXTAS RAW进行数据积分还原。
作者针对不同生物样品，在不同压力温度点测试了相应的SAXS数据，并使用插值法在测试点之间进行补间，最终得到了温度压力的相图。并且，作者制作了一个图形界面以便于方便地展示SAXS数据SAXS P/T Explorer: Ctenophore Polar Lipids (shinyapps.io)。
由合成磷脂组成的最小体系表现出更明显的布拉格散射峰，通常可以观察到单一相，因此对其进行更定量的分析。对每个样品在固定温度下的SAXS数据(仅存在单一相结构)进行平均，以得到三种相结构的代表性SAXS图谱。获得的每个SAXS profile都被建模为两个最接近的纯相的线性组合，作者对这些数据进行了单变量逻辑回归以估计相变点。
深海膜在低压下形成非层状结构：作者利用高压小角X射线散射(HPSAXS)和高压荧光光谱(HPFS)研究了深海膜的压力适应结构特征。HPSAXS数据能够清楚地揭示相结构的转变，如流动性和排列。作者绘制了极性磷脂的相图（Lα相，Lβ，HII相）。
针对不同比例plasmenyl 磷酯酰乙醇胺 PPE和PE样品的HPSAXS数据与压力的定量分析；以及Neutral-plane自发曲率（c0）。
具有生活环境依赖性生理反应和脂质相特性的其他例子：Hormiphora californensis——浅水栉水母种；Beroe aff. abyssicola——与H. californensis有非常远亲缘关系的种；Mertensiidae sp.
K.
分别源自PPE和PE的极性磷脂的SAXS散射曲线。
Extreme pressures thousands of feet deep in the ocean are sufficient to compress the conformation of the molecules that form biological membranes. Winnikoff et al. explored how comb jellies have adapted to such pressures. Sampling revealed that jellies from deep environments have abundant phospholipids that show negative curvature at low pressure but allow the formation of functional membranes at high pressure. Increasing the expression of such lipids in the bacteria Escherichia coli was sufficient to enhance pressure tolerance in those cells.
海洋中数千英尺深处的极端压力足以压缩形成生物膜的分子的构象。Winnikoff等人探索了栉水母是如何适应这种压力的。采样显示，深海环境中的水母含有丰富的磷脂，在低压下呈现负曲率，但在高压下可以形成功能膜。在大肠杆菌中增加这种脂质的表达足以增强这些细胞的耐压能力。
总结：作者将高压小角散射HPSAXS的方法与HPFS等其他方法结合，研究了来自于不同栖息地（海洋深度和温度带）的生物磷脂膜结构，得到了其相结构对于压力和温度的响应关系相图。
本文源自微信公众号：科学边角料
原文标题：《看顶刊如何用SAXS——Science 384, 1482–1488 (2024)：高压小角散射与深海生物》
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/rZJDCGqcP-H_n-WZZwJbNQ
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