Lipid rafts: contentious only from simplistic standpoint RESUMEN

Balsas lipídicas: contencioso sólo desde puntos de vista simplistas

La hipótesis de que las balsas lipídicas existen en las membranas plasmáticas y tienen funciones biológicas esenciales sigue siendo controvertido. La heterogeneidad lateral de las proteínas en la membrana plasmática es indiscutible, pero la contribución de las asambleas de los lípidos de colesterol dependen de este complejo, no al azar la organización promueve el debate vigoroso. A la luz de los recientes estudios con membranas modelo, modelado computacional y la biología celular innovadora, propongo un modelo actualizado de las balsas lipídicas que se ajusta fácilmente a diversos puntos de vista sobre la membrana plasmática de micro-organización.

Una hipótesis ampliamente aceptada en la biología celular contemporánea es que la difusión libre, conjuntos estables, lateral de los esfingolípidos y colesterol, que se denominan lípidos balsas, constituye un principio importante para la organización de la membrana plasmática. El concepto básico es que las balsas lipídicas pueden facilitar selectiva interacciones proteína-proteína de forma selectiva excluyendo o incluyendo proteínas. Este mecanismo de selección basadas en lípidos ha sido ampliamente implicados en el montaje de las plataformas de señalización transitoria y estructuras más permanentes, tales como la sinapsis inmunológica, así como en la clasificación de las proteínas para la entrada en determinadas vías de tráfico exocítica y endocítica. A pesar de la indudable utilidad teórica de las balsas de lípidos en los procesos de biología celular muchos, la hipótesis básica de que las balsas lipídicas estable existe en absoluto en las membranas biológicas es objeto de intenso escrutinio. Esto es en parte debido a las balsas lipídicas, si es que existen en las membranas celulares de descanso, son demasiado pequeños para ser resueltos por microscopía de fluorescencia y no tienen ultraestructura definido, por lo tanto, lo que demuestra su existencia es problemática.

Biofísica y membranas modelo

A pesar de la membrana plasmática es un orgánulo complejo, su estructura básica consta de una bicapa de fosfolípidos. Algunas ideas sobre el comportamiento de esta estructura básica se puede anticipar mediante el análisis de las membranas modelo, que consisten de bicapas simple, fosfolípidos hidratados. Una propiedad importante de un modelo de membrana se revela como la temperatura de la bicapa se incrementa progresivamente. A una temperatura que es característica de las especies de lípido en particular, los fosfolípidos de someterse a una transición de fase de sólido ordenado, o gel, fase (S _o) a una fase líquida desordenada (L _d). La movilidad lateral de los lípidos, que está muy restringido en la fase S _o, aumenta, y las cadenas de acilo lado se desordenan y ya no se empacan bien en conformaciones rígidas rectas. Si la membrana también contiene colesterol suficiente, una tercera fase (líquido ordenado (L _o)) es posible. La fase de L _o se caracteriza por un alto grado de ordenamiento de acilo de cadena, lo cual es típico de la fase S _o, pero con el trastorno de traslación (o aumento de la movilidad lateral) que es característico de la fase L _d, de tal manera que la difusión de lípidos en la fase de L _o es sólo de dos a tres veces más lento que en la fase de L _d.Precisamente cómo el colesterol conduce la formación de la fase L _o aún no está claro ( CUADRO 1 ). Es importante destacar que, en las membranas que componen las mezclas apropiadas de los fosfolípidos de la esfingomielina, no saturadas y colesterol, y las fases de L _o L _d pueden coexistir ( Figura 1. ).

Recuadro 1 ¿Cómo conducir el colesterol en las membranas de la formación de dominio?

La presencia de los fosfolípidos de colesterol y grasas saturadas, como la esfingomielina, es fundamental para observar la fase de co-existencia. Sin embargo, lo que hace el colesterol realmente, y cuál es la estructura y el tamaño de los dos co-existentes? El colesterol tiene un efecto de condensación en los fosfolípidos. Por lo tanto, una mezcla de colesterol y fosfolípidos ocupa un área más pequeña de lo esperado de la suma de los componentes. Una explicación es que las formas de colesterol complejos reversibles, condensada de la estequiometría definida con fosfolípidos. Otra posibilidad es que los grupos de cabeza de los fosfolípidos escudo de colesterol hidrófobos del contacto con la interfaz de la membrana de agua y por lo tanto funcionan como paraguas. En el desempeño de esta función paraguas, las cadenas laterales de los fosfolípidos tienen que ser más ordenado para permitir que más de embalaje y el hacinamiento de los grupos de cabeza de lípidos. Una tercera posibilidad y particularmente interesante se muestra mediante el modelado computacional de las interacciones moleculares en una mezcla ternaria de colesterol, 1,2-dioleoylphosphatidylcholine (DOPC) y esfingomielina. Como las simulaciones de evolución, el colesterol se localiza preferentemente en la interfase entre la esfingomielina enriquecido y regiones DOPC enriquecido, con la saturación cadenas de acilo de esfingomielina de embalaje contra el suave α cara de colesterol, y las cadenas de acilo desordenado de DOPC embalaje más fácilmente en contra de todo lo contrario β-cara, que es más duro porque los grupos metilo que sobresale. El aspecto interesante de estas simulaciones es la percepción de potencial que se puede dar en las interacciones moleculares muy temprano que conducen a los dominios. Aunque las simulaciones fueron limitadas en el tiempo, la formación de pequeños dominios de nanoescala se observó. Por otra parte, los dominios sigue siendo pequeño y no aumentan de tamaño al final de la simulación (en la actualidad a 200 ns) . Estos resultados muestran que los dominios que se forman espontáneamente son pequeños y curvilíneos, y que el colesterol podría tener un papel importante en la reducción de la tensión de línea entre el líquido ordenado (L o) y líquido desordenado (L d) dominios.

Recuadro 2 Limitaciones de los enfoques bioquímicos para estudiar las balsas de lípidos en las membranas biológicas

Un detergente de membrana resistente (DRM) de la fracción se prepara mediante la solubilización de las membranas celulares Triton-X100 a 4 ° C y purificación de una fracción insoluble por flotación en un gradiente de densidad. Una fracción de DRM se enriquece en el colesterol y la esfingomielina y contiene> 240 proteínas, incluyendo glicosilfosfatidilinositol (GPI), proteínas ancladas, la caveolina y un subconjunto de proteínas transmembrana. La interpretación de los experimentos DRM se basa en el supuesto de que el líquido ordenado (L o) los dominios que existen en las membranas intactas a 37 ° C y sus proteínas asociadas están fielmente purificado por extracción en frío detergente. Es claro, sin embargo, que la asociación de una proteína con una fracción de DRM no debe considerarse única prueba que una proteína se asocia con L dominios o en las células intactas. Los efectos de los detergentes en las membranas son demasiado complejos para sacar conclusiones de fondo sobre la localización de nanoescala de una determinada proteína en la membrana nativa. Por ejemplo, los detergentes pueden crear dominios, producir la mezcla de los dominios y solubilizar las proteínas y los lípidos, independientemente de su afinidad intrínseca de dominios o L . Como uno de los muchos ejemplos, tenga en cuenta que el 30% de GPI-PLAP (fosfatasa alcalina placentaria) particiones en la fase de L o de una membrana modelo unilamelares detectado por imágenes directas de vesículas intactas, mientras que> 95% se recupera en una fracción DRM preparado de la misma vesículas. El tema ha sido objeto de una excelente revisión reciente de 56 y no se volverá a examinar. Precisamente lo que la asociación con una fracción de DRM puede significar, y si es un parámetro útil en un contexto experimental para cualquier proteína dada en los que las mutaciones o estado de activación modifica el alcance de DRM asociación, está fuera del alcance de este artículo, pero ha sido considerada otros. La conclusión es que no hay sustituto para el uso de una técnica de imagen con resolución nanométrica para visualizar la membrana plasmática intacta para proporcionar pruebas convincentes para el agrupamiento de proteínas no aleatoria que es consistente con la localización de balsa.

El agotamiento de colesterol por medio de agentes tales como β-metil-ciclodextrina se ha utilizado ampliamente en sistemas modelo. Cuando se aplica a las células, estos medicamentos para el colesterol de unión tienen otros efectos además de su capacidad para extraer el colesterol de las membranas y perturbar L o dominios. Perturbación del citoesqueleto de actina 59 y la inhibición de la endocitosis mediada por clatrina probablemente directamente relacionadas con el agotamiento de colesterol per se , pero β-metil-ciclodextrina tiene otros efectos que no están relacionados con el agotamiento de colesterol, tales como la inhibición global de la movilidad lateral de proteínas de la membrana de plasma, independientemente de su supuesta asociación con L o dominios 63 . Estos últimos efectos no se ven con el agotamiento de colesterol con estatinas . Incapacidad para apreciar estos fenómenos puede conducir a la mala interpretación o mala interpretación de los resultados experimentales.

Recuadro 3 La extrapolación de las membranas modelo de la membrana plasmática

La membrana plasmática es una estructura mucho más compleja que una membrana modelo. Las extrapolaciones de las observaciones hechas en los sistemas de modelo debe tener en cuenta algunas de las diferencias importantes entre una doble capa simple, con una composición lipídica definido y la membrana plasmática. Por ejemplo:

La membrana plasmática tiene una mezcla muy compleja de lípidos 65 , aunque la mezcla de la clase general (fosfolípidos insaturados esfingomielina-colesterol) se corresponde con las membranas modelo más relevante.

La membrana plasmática contiene una gran cantidad de lípidos, proteínas ancladas, las proteínas transmembrana  y proteínas periféricas de membrana.

La membrana plasmática no es una plataforma estática y no puede ser considerada como una membrana equilibrada, sobre todo porque no hay interiorización constante y el reciclaje de vesículas a través de múltiples vías endocítica.

Kusumi y sus colegas han demostrado que la membrana plasmática está compartimentado por una valla de proteínas transmembrana que se anclan al citoesqueleto de actina submembrane. La valla permite la libre difusión lateral relativo de los lípidos dentro de los compartimentos, pero restringe el movimiento entre los compartimentos. Una consecuencia importante de la valla es que hace más lento a largo plazo la difusión de lípidos, ya que los lípidos sólo pueden someterse a la difusión hop entre los compartimentos vecinos como el fluctúa cerca. La restricción en la difusión entre los compartimentos laterales significa que la bicapa lipídica no está bien mezclado en la gran longitud escalas.

El colesterol es excluido de las inmediaciones de las proteínas transmembrana, por lo tanto la concentración local de colesterol pueden variar en una escala de nanómetros de longitud.

Las células no son esferas simple, y las diferencias locales en la curvatura de la membrana puede tener profundos efectos en los lípidos de clasificación.

La mayoría de membranas modelo se han estudiado a 23 ° C en lugar de 37 º C.

La membrana plasmática es una bicapa asimétrica, la composición de la membrana interna está claro, y el grado en que los dos folletos están acoplados sigue siendo desconocido.

Sin embargo, a pesar de estas complejidades de la matriz básica sigue siendo una bicapa lipídica, con el volante externo, por lo menos, similares a las mezclas de colesterol de lípidos que tienen la capacidad intrínseca de auto-organización en dominios o conjuntos de lípidos en las escalas de longitud múltiple.

Bibliografía:

Lipid rafts: contentious only from simplistic standpoints

John F. Hancock

John F. Hancock, Institute for Molecular Bioscience, University of Queensland, Brisbane 4072, Australia. Email:j.hancock@imb.uq.edu.au;