Dannelse af cellemembrankomponentdomæner i kunstige lipid -dobbeltlag

Forskning udført af Toyohashi University of Technology i samarbejde med Tohoku University belyste fusionsprocessen for proteoliposomer med et kunstigt lipid -dobbeltlag og mekanismen bag denne proces. Ud over, forskerne opdagede også, at domæner sammensat af alle cellemembrankomponenter eksisterer som "øer" isoleret fra den kunstige membran. Disse fund vil føre til yderligere forståelse af membranproteinernes funktioner, som er et vigtigt mål for lægemiddeludvikling, samt udvikling af eksperimentelle teknikker. Resultaterne af denne forskning blev offentliggjort i Videnskabelige rapporter den 20. december, 2017.

Al udveksling af materialer, signaler, og energi ind og ud af celler for at opretholde biologisk aktivitet udføres gennem membranproteiner og lipider på cellemembranen. Da disse processer har en stærk indflydelse på neurotransmission og metabolisme, de er vigtige forskningsmål inden for biologi, medicin og lægemiddeludvikling. Komponenter i cellemembranen inklusive membranproteiner og lipider stammer generelt fra dyrkede celler, og sfæriske strukturer af lipid -dobbeltlagsmembraner, herunder disse afledte proteiner, kaldes proteoliposomer.

Fordi membranproteiner opretholder deres struktur og funktioner ved at forblive i et lipid -dobbeltlag, kunstige lipid -dobbeltlag bruges almindeligvis til måling af membranproteiners funktioner uden at påvirke deres aktivitet. Efter fusion af proteoliposomer med et kunstigt lipid -dobbeltlag, cellemembranmiljøet skal opretholdes; eksperimentelle betingelser for denne fusion er blevet afledt gennem akkumuleret empirisk bevis.

Forskningsgruppen ledet af Ryugo Tero, lektor ved Toyohashi University of Technology i samarbejde med Tohoku University, opdagede, at "øer", der er fremstillet af cellemembrankomponenter, vokser i et kunstigt lipid -dobbeltlag ved observation af fusionen af ​​proteoliposomer, der stammer fra dyrkede celler med et kunstigt lipid -dobbeltlag. Desuden, de fandt også ud af, at de kunstige lipid -dobbeltlag og proteoliposomer ikke blandes, og at membranproteiner og lipider inde i cellemembranen dannede isolerede domæner væk fra det kunstige lipid -dobbeltlag. Størrelsen og fordelingen af ​​disse "øer" viste sig at være afhængig af den type celler, proteoliposomerne var afledt af. Ud over, de præciserede også, at mikrodomæner (domæner med en specifik lipidsammensætning) tjener som et specifikt sted for fusion af proteoliposomer.

Lektor Ryugo Tero siger, "Vi blev meget overraskede, da vi så spredningen af ​​mørke øer lavet af cellemembrankomponenter i et hav af det lyse kunstige lipid -dobbeltlag mærket med fluorescens. Phosphatidylcholin, phosphatidylethanolamin og cholesterol anvendt i denne undersøgelse til fremstilling af det kunstige lipid i to lag er hovedkomponenter i cellemembranen. Selvom proteoliposomer også indeholder de samme lipidkomponenter, det var meget mærkeligt at opdage, at de ikke blandede sig med hinanden. Dette resultat giver meget værdifuld information ved, at cellemembrankomponenterne ikke blandes i omgivelserne og spredes, men danner klynger i det kunstige lipid -dobbeltlag. Ved at bruge denne eksperimentelle teknik, for eksempel, vi kunne også observere fænomenet kollaborativ interaktion mellem flere proteiner og lipider i cellemembranen. "

Professor Ayumi Hirano-Iwata ved Tohoku University siger, at "I vores undersøgelse af ionkanaler, den vigtigste faktor, der påvirker målingernes succesrate, er, om proteoliposomer smelter sammen med et kunstigt lipid -dobbeltlag eller ej. Vi havde ledt efter de rigtige forsøgsbetingelser, hver gang vi ændrede typen af ​​celler eller membranproteiner. Ved at forstå membranfusionsprocessen og dens mekanisme som tydeliggjort af denne undersøgelse, effektiviteten af ​​vores eksperimenter vil blive stærkt forbedret. "

Forskergruppen mener, at fusionsprocessen mellem proteoliposomer og dens mekanisme belyst af denne forskning vil fremskynde forskningen i ionkanaler og membranproteiner, som er vigtige mål for lægemiddeludvikling. Ud over, "øerne" lavet af cellemembrankomponenter vil give nyttig information til forståelse af komplekse biologiske reaktioner, hvor flere proteiner og lipider er involveret, samt til udvikling af high-throughput membranproteinscreeningsteknologi.