Новая модель симулирует накопление липидов в мембранах
Холестерин критически важен для формирования клеточных мембран млекопитающих и участвует во многих жизненных процессах. Одна из самых спорных концепций в биофизике — гипотеза так называемых липидных рафтов: областей с высокой концентрацией холестерина и гликосфинголипидов в мембранах. Эти липидные рафты, также известные как липидные микродомены, играют важную роль в функционировании клетки. В настоящее время присутствие липидных рафтов в живых клетках — лишь гипотеза, так как ни одно лабораторное исследование не смогло их детектировать или определить, существуют ли они на самом деле, как формируются и функционируют.
Предполагается, что липидные рафты также ответственны за начало таких заболеваний, как болезнь Крейтцфельдта-Якоба или СПИД, патогены которых проходят через них, чтобы попасть в клетки. Поэтому понимание их механизма фундаментально для определения развития этих болезней.
Команда физиков под руководством исследователя Владимира Баулина из Университета Ровиры и Вирхилия разработала эксперимент, моделирующий формирование нового типа липидного рафта в наномасштабе вокруг объектов, встроенных в мембраны, таких как белки и ионные каналы. Результаты опубликованы в журнале Physical Review Letters.
«Ионные каналы — это своего рода трансмембранные белки, которые пересекают всю клеточную мембрану и вместе с белками позволяют специфическим ионам проходить с одной стороны мембраны на другую. Они являются её частью и содержат холестерин. Роль трансмембранных белков в возможном формировании этих холестериновых нанодоменов неизвестна», — говорит Владимир Баулин.
В эксперименте учёные использовали липидную мембрану, очень похожую на мембраны человеческих клеток по масштабу, размеру и составу холестерина. Они заменили трансмембранный белок на ультракороткую углеродную нанотрубку длиной 10 нанометров. После серии симуляций они подтвердили, что эти домены (липидные рафты) высокодинамичны: они формируются, затем исчезают, чтобы сформироваться снова, и существуют примерно 10 наносекунд.
Команда также сделала важное открытие о роли холестерина в мембранах: холестерин может быть ответственен за дестабилизацию мембран и помогать объектам нанометрового размера проникать в клетки.
«Это было похоже на нахождение ключа для открытия и закрытия дверей через мембрану. Мы обнаружили, что при высоких концентрациях холестерина нанотрубки могут спонтанно покидать мембрану за миллисекунды. Но если в мембране нет холестерина, они остаются запертыми внутри», — сказал Владимир Баулин.
Это исследование может помочь разработать новые ключевые подходы для изучения липидных рафтов, что позволит лучше понять развитие некоторых заболеваний и клеточных процессов.