Неожиданная асимметрия в липидном бислое ставит под сомнение понимание мембран клеток млекопитающих

Липидные бислои в мембранах млекопитающих могут иметь более асимметричный состав, чем считалось ранее, показывают новые исследования. Эта асимметрия липидного изобилия обеспечивается уникальными свойствами холестерина и наделяет биомембраны специфическими свойствами и физиологическими ролями.

«Эта работа бросает вызов основному предположению клеточной биологии, показывая, что плазматическая мембрана , гибкий бислой, окружающий клетку, может иметь кардинально разное содержание фосфолипидов между двумя своими листками», — говорит Милка Докторова, первый автор исследования, опубликованного в журнале Cell .

Для каждой из триллионов клеток в нашем организме важнейшая работа по отделению внутренней части клетки от внешней выполняется чрезвычайно тонкими мембранами. Эти мембраны состоят из жиров, называемых липидами, многие из которых являются теми же жирами, которые мы потребляем в нашем рационе. Несмотря на то, что они чрезвычайно тонкие, клеточные мембраны состоят из двух отдельных слоев, часто называемых листочками.

В то время как два листа искусственных мембран почти всегда одинаковы, живые мембраны почти всегда асимметричны, поскольку в них содержатся совершенно разные липиды.

«Наши клетки тратят огромное количество энергии на поддержание этой структуры, которая имеет решающее значение для жизни и коммуникации клеток», — говорит Докторова.

Искусственные мембраны — это синтетические мембраны, то есть липидные мембраны, которые можно приготовить в лаборатории и изучить с помощью различных методов. Их часто называют «модельными мембранами», и они являются более простыми версиями более сложных клеточных мембран. Большая часть того, что мы знаем о том, как различные типы липидов влияют на свойства мембраны, получена из исследований с модельными мембранами. Но эти модельные мембраны почти всегда имеют два листка с идентичным липидным составом и свойствами, что резко контрастирует с реальными клеточными мембранами, которые асимметричны.

Хотя на протяжении 50 лет было известно, что два слоя клеточной мембраны состоят из разных типов липидов, исследователи предполагали, что эти два слоя содержат примерно одинаковое количество липидов.

Однако Лаборатория мембранной биологии Левенталя в Вирджинии, США, и Лаборатория биофизики клеточных мембран Докторовой в Стокгольмском университете, Швеция, обнаружили, что это предположение, по их собственным словам, «в целом недействительно, а для мембран млекопитающих — совершенно неверно».

Оказывается, два аспекта допускают очень разное количество липидов в наших мембранах. Листочки могут растягиваться и сжиматься, чтобы соответствовать друг другу, по словам исследователей, «больше как губчатая булочка, чем хрустящий крекер», а холестерин, самый распространенный липидный компонент наших мембран, может действовать как буфер и перераспределяться между двумя листочками , чтобы поддерживать прочные барьеры, несмотря на химический и физический дисбаланс.

Это открытие не только противоречит старым предположениям, лежащим в основе современного понимания клеточных мембран, но и дает ключевое понимание того, как работают такие мембраны и для чего может быть нужна их асимметрия. Группа исследовала несколько из этих последствий, обнаружив, что асимметрия мембран является критическим регулятором механизмов, с помощью которых клетки решают, следует ли откладывать холестерин в жировые депо.

«Такие депо, называемые жировыми каплями, имеют решающее значение для здоровья и болезней, связывая фундаментальную биофизику клетки с клинической значимостью», — говорит Докторова.

Читайте также: