Revisiting lipid--general anesthetic interactions (I): thinned domain formation in supported planar bilayers induced by halothane and ethanol

A long-standing question in anesthesia is that of the molecular mechanism. Do anesthetics target proteins or change membrane properties or both? We used temperature-dependent magnetic A/C mode atomic force microscopy (AFM) to study interaction of the volatile anesthetics halothane and ethanol with model membranes made from supported planar bilayers (SPBs) of 1,2-dioleoyl-sn-3-glycero-3-phosphocholine (DOPC), dioleoyltrimethylammonium propane (DOTAP), or 1,2-dipalmitoyl-sn-3-glycero-3-phosphocholine (DPPC). We found that the incorporation of halothane or ethanol induces structural changes in the bilayer. These compounds cause thickness reduction in [L.sub.[alpha]] bilayers (either globally or in domains) and the formation of domains with reduced thickness in [L.sub.[beta]] phase bilayers. We propose that an anesthetic-induced increased area per lipid drives local chain disorder, thus promoting local phase change. The characteristics of SPBs with halothane or ethanol incorporated were compared with characteristics of the [L.sub.[alpha]] and [L.sub.[beta]] phases of anesthetic-free SPBs. Key words: atomic force microscopy, anesthesia, lipid bilayer domains, phase transition Le mecanisme moleculaire de l'anesthesie n'a toujours pas ete resolu. On se demande encore est-ce que les produits anesthesiques s'attaquent anx proteines ou s'ils changent les proprietes des membranes ou agissent-ils sur les deux fronts. On a fait appel a la microscopie de forces atomiques (MFA) en mode A/C magnetique et dependante de la temperature pour etudier l'interaction d'anesthesiques volatiles, tels l'halothane et l'ethanol, avec des membranes modeles faites a partir de bicouches planaires supportees (BPS) de 1,2-dioleoyl-sn-3-glycero-3-phosphocholine (DOPC), de dioleoyltrimethylammonium propane (DOTAP) ou de 1,2-dipalmitoyl-sn-3-glycero-3-phosphocholine (DPPC). On a observe que l'incorporation d'halothane ou d'ethanol induit des changements structuraux dans la bicouche. Ces composes provoquent une reduction de l'epaisseur des bicouches [L.sub.[alpha]] (globalement ou dans les domaines) accompagnee de la formation de domaines comportant des epaisseurs reduites dans les bicouches de la phase [L.sub.[beta]]. On suggere qu'une surface par lipide accrue, induite par l'anesthesique, provoque un desordre de cha'/ne local qui induit un changement de phase local. On a compare les caracteristiques des BPS dans lesquelles on a incorpore de l'halothane ou de l'ethanol avec les caracteristiques des phases [L.sub.[alpha]] et [L.sub.[beta]] de BPS ne contenant pas d'anesthesique. Mots cles : microscopie de forces atomiques, anesthesie, domaines de bicouches lipidiques, transition de phase. [Traduit par la Redaction]