Det klareste billede nogensinde af cellemembranen giver uventet struktur, forskningsmuligheder

Arbejde med en nobelprisvindende biofysiker, et team af forskere ved Virginia Commonwealth University har fået den klareste opfattelse endnu af et stykke cellemembran og dets komponenter, afsløre uventede strukturer og åbne op for nye muligheder for farmaceutisk forskning.

Cellemembraner er hovedsageligt dannet af et bimolekylært ark, en brøkdel af tykkelsen af ​​en sæbeboble, hvor to lag lipidmolekyler er pakket med deres hydrofobe haler pegende indad og deres hydrofile hoveder udad, udsat for vand.

Den indre form og struktur af dette lipid -dobbeltlag er forblevet stort set mystisk efter næsten et århundredes forskning. Dette skyldes i høj grad, at de fleste metoder til at undersøge membraner bruger vaskemidler, som fjerner de lipider, der udgør en stor del af membranernes strukturer.

I et nyligt offentliggjort blad i Proceedings of the National Academy of Sciences , holdet - ledet af Youzhong Guo, Ph.D., fra VCU's School of Pharmacy-brugte en ny vaskemiddelfri metode, der tillod dem at undersøge membranen af ​​en E. coli-celle, med lipider stadig på plads.

Hvor tidligere modeller havde vist en væske, næsten strukturløst lipidlag - et ofte citeret forskningspapir sammenlignede det med forskellige vægte af olivenolie hældt sammen - det VCU-ledede hold blev forskrækket over at finde en tydelig sekskantet struktur inde i membranen. Dette fik forskerne til at foreslå, at lipidlaget kunne fungere som både sensor og energitransducer i en membran-proteintransporter.

"Det mest overraskende resultat er den høje orden, hvormed lipidmolekyler er arrangeret, og tanken om, at de endda kunne samarbejde i eksportkanalens funktionelle cyklus, sagde Joachim Frank, Ph.D., fra Columbia University, nobelpristager i kemi i 2017 og medforfatter af papiret. "Det er kontraintuitivt, da vi har lært, at lipider er flydende og uordnede i membranen."

Forskerne var i stand til at få et så klart overblik, fordi de brugte en innovativ metode til at isolere og stabilisere membranerne. Anvendelse af polystyren-maleinsyre til at bryde cellemembraner til nanopartikler, der derefter blev isoleret og fanget i et lag af sofistikeret polymer, forskerne brugte kryo-elektronmikroskopet i New York Structural Biology Center for at få et klart kig på lipid-dobbeltlaget.

"At være i stand til at trække proteiner ud af cellemembraner uden at bruge rengøringsmidler til at bryde lipid-dobbeltlagene op er virkelig et fantastisk fremskridt, " sagde Wayne Hendrickson, Ph.D., universitetsprofessor i Columbia, videnskabelig direktør for New York Structural Biology Center og medforfatter af papiret.

Teknikken og dens afsløringer kan have betydelig farmaceutisk værdi, sagde Guo. Han sagde, at omkring halvdelen af ​​de medicinske lægemidler er rettet mod cellemembranerne, og foreslog, at forbedret forståelse af deres lag af lipider og proteiner kunne føre til nye eller mere effektive terapier.