Interfacial hydration of ceramide in stratum corneum model membrane measured by ²H NMR of D₂O

¹ Centre de Recherche Paul Pascal, CNRS, avenue A. Schweitzer, 33600 Pessac, France
² Laboratoire de Chimie-Physique, DIOR, route Pithiviers, 45804 Saint-Jean-de-Braye, France

Abstract

²H NMR of D₂O was used to determine the interfacial hydration of bilayers modelizing the stratum corneum lamellar sheets. Our model membranes are composed of equimolar amounts of ceramide and cholesterol sulfate and the study was realized at 70 °C, temperature for which the system is in a lamellar phase. The two-site exchange theory applied to the spin lattice relaxation rate, 1/T_lZ, led us to conclude that 1 molecule of ceramide and 1 molecule of cholesterol sulfate bind ca. 11 molecules of D₂O. The comparison of this value to previous works reporting that cholesterol sulfate binds ca. 12 molecules of water (Faure et al., 1996, Biophysical J., 70, 1380–1390), indicates that ceramide is little hydrated. This result provides a basis to account for the non-existence of a pure lamellar phase with ceramide-water or ceramide-cholesterol-water systems.

Résumé

Nous avons utilisé la RMN du deutérium de D₂O pour déterminer l'hydratation interfaciale de bicouches modélisant les feuillets lamellaires du stratum corneum. Ces membranes modèles sont constituées d'un mélange équimolaire de céramide et de sulfate de cholestérol et l'étude a été réalisée à 70 °C, température où le système s'agence en phase lamellaire. La théorie de l'échange à deux sites appliquée à la vitesse de relaxation spin-réseau, 1/T_lZ, nous a amené à conclure qu'une molécule de céramide et une molécule de sulfate de cholestérol lient environ 11 molécules de D₂O. La comparaison de cette valeur avec des travaux précédents qui ont montré que le sulfate de cholestérol lie environ 12 molécules d'eau (Faure et al., 1996, Biophysical J., 70, 1380-1390), indique que le céramide est très peu hydraté. Ce résultat peut expliquer pourquoi il est impossible de former une phase lamellaire à partir de céramides seules ou en présence de cholestérol.