La investigación realizada por la Universidad Tecnológica de Toyohashi en colaboración con la Universidad de Tohoku dilucida el proceso de fusión de proteoliposomas con una bicapa lipídica artificial y el mecanismo detrás de este proceso. Además, también se descubrió que los dominios compuestos por todos los componentes de la membrana celular existen como"islas" que fueron aisladas de la membrana artificial. Estos hallazgos conducirán a una mayor comprensión de las funciones de las proteínas de membrana, que son un objetivo importante del desarrollo de fármacos, así como el desarrollo de técnicas experimentales. Los resultados de esta investigación fueron publicadosen Informes científicos el 20 de diciembre de 2017.
Todos los intercambios de materiales, señales y energía dentro y fuera de las células para mantener la actividad biológica se realizan a través de proteínas de membrana y lípidos en la membrana celular. Dado que estos procesos tienen una fuerte influencia en la neurotransmisión y el metabolismo, son objetivos importantes de investigación enlos campos de la biología, la medicina y el desarrollo de fármacos. Los componentes de la membrana celular, incluidas las proteínas de membrana y los lípidos, generalmente se derivan de células cultivadas, y las estructuras esféricas de las membranas de la bicapa lipídica, incluidas estas proteínas derivadas, se denominan proteoliposomas.
Debido a que las proteínas de membrana mantienen su estructura y funciones al permanecer dentro de una bicapa lipídica, las bicapas lipídicas artificiales se usan comúnmente para medir las funciones de las proteínas de membrana sin afectar su actividad. Después de la fusión de proteoliposomas con una bicapa lipídica artificial, el ambiente de la membrana celulardebe mantenerse; las condiciones experimentales para esta fusión se han derivado de la evidencia empírica acumulada.
El grupo de investigación dirigido por Ryugo Tero, profesor asociado de la Universidad Tecnológica de Toyohashi en colaboración con la Universidad de Tohoku, descubrió que las "islas" hechas de componentes de la membrana celular crecen dentro de una bicapa lipídica artificial a través de la observación de la fusión de proteoliposomas derivados de células cultivadascon una bicapa lipídica artificial. Además, también encontraron que la bicapa lipídica artificial y los proteoliposomas no se mezclan, y que las proteínas de membrana y los lípidos dentro de la membrana celular formaron dominios aislados lejos de la bicapa lipídica artificial. El tamaño y la distribución de estas "islas"se descubrió que dependían del tipo de células de las que derivaban los proteoliposomas. Además, también aclararon que los microdominios dominios con una composición específica de lípidos sirven como un sitio específico para la fusión de proteoliposomas".
El profesor asociado Ryugo Tero dice que "nos sorprendió mucho ver la extensión de islas oscuras hechas de componentes de la membrana celular en un mar de la brillante bicapa lipídica artificial marcada con fluorescencia. La fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamina y colesterol utilizados en este estudio parahacer que la bicapa lipídica artificial sea un componente importante en la membrana celular. Aunque los proteoliposomas también contienen estos mismos componentes lipídicos, fue muy extraño descubrir que no se mezclaban entre sí. Este resultado proporciona información muy valiosa en cuanto a que los componentes de la membrana celular sonno se mezclan con los alrededores y se dispersan, sino que se forman grupos en la bicapa lipídica artificial. Al utilizar esta técnica experimental, por ejemplo, también pudimos observar el fenómeno de la interacción colaborativa entre múltiples proteínas y lípidos en la membrana celular ".
El profesor Ayumi Hirano-Iwata de la Universidad de Tohoku dice que "en nuestro estudio de los canales iónicos, el factor más importante que afecta la tasa de éxito de las mediciones es si los proteoliposomas se fusionan con una bicapa lipídica artificial o no. Habíamos estado buscando el experimento experimental correctocondiciones cada vez que cambiamos el tipo de células o proteínas de membrana. Al comprender el proceso de fusión de la membrana y su mecanismo tal como se aclara en este estudio, la eficiencia de nuestros experimentos mejorará enormemente ".
El grupo de investigación cree que el proceso de fusión de los proteoliposomas y su mecanismo dilucidado por esta investigación acelerará la investigación de los canales iónicos y las proteínas de membrana que son objetivos importantes del desarrollo de fármacos. Además, las "islas" hechas de componentes de la membrana celularproporcionar información útil para comprender las reacciones biológicas complejas en las que intervienen múltiples proteínas y lípidos, así como para desarrollar tecnología de detección de proteínas de membrana de alto rendimiento.
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Materiales proporcionados por Universidad Tecnológica de Toyohashi . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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