Imagem de microscópio de força atômica dos domínios do componente da membrana celular em uma membrana de bicamada lipídica plana artificial. Crédito:(C) Toyohashi University Of Technology.
A pesquisa conduzida pela Toyohashi University of Technology em colaboração com a Tohoku University elucidou o processo de fusão de proteolipossomas com uma bicamada lipídica artificial e o mecanismo por trás desse processo. Além disso, os pesquisadores também descobriram que os domínios compostos por todos os componentes da membrana celular existem como "ilhas" isoladas da membrana artificial. Essas descobertas levarão a uma maior compreensão das funções das proteínas de membrana, que são um alvo importante do desenvolvimento de drogas, bem como o desenvolvimento de técnicas experimentais. Os resultados desta pesquisa foram publicados em Relatórios Científicos em 20 de dezembro, 2017
Todas as trocas de materiais, sinais, e a energia para dentro e para fora das células para manter a atividade biológica é realizada por meio de proteínas e lipídios da membrana celular. Uma vez que esses processos têm uma forte influência na neurotransmissão e no metabolismo, são alvos de pesquisa importantes nos campos da biologia, medicina e desenvolvimento de drogas. Os componentes da membrana celular, incluindo proteínas e lipídios de membrana, são geralmente derivados de células em cultura, e as estruturas esféricas das membranas de bicamada lipídica, incluindo essas proteínas derivadas, são chamadas de proteolipossomas.
Como as proteínas de membrana mantêm sua estrutura e funções permanecendo dentro de uma bicamada lipídica, bicamadas lipídicas artificiais são comumente usadas para medir as funções das proteínas de membrana sem afetar sua atividade. Após a fusão de proteolipossomas com uma bicamada lipídica artificial, o ambiente da membrana celular deve ser mantido; as condições experimentais para essa fusão foram obtidas por meio de evidências empíricas acumuladas.
O grupo de pesquisa liderado por Ryugo Tero, professor associado da Toyohashi University of Technology em colaboração com a Tohoku University, descobriram que "ilhas" feitas de componentes da membrana celular crescem dentro de uma bicamada lipídica artificial por meio da observação da fusão de proteolipossomas derivados de células cultivadas com uma bicamada lipídica artificial. Além disso, eles também descobriram que a bicamada lipídica artificial e os proteolipossomas não se misturam, e que as proteínas e lipídios da membrana dentro da membrana celular formaram domínios isolados longe da bicamada lipídica artificial. O tamanho e a distribuição dessas "ilhas" são dependentes do tipo de células das quais os proteolipossomas são derivados. Além disso, eles também esclareceram que microdomínios (domínios com uma composição específica de lipídios) servem como um local específico para a fusão de proteolipossomas.
O professor associado Ryugo Tero diz:"Ficamos muito surpresos quando vimos a propagação de ilhas escuras feitas de componentes da membrana celular em um mar de bicamada lipídica artificial brilhante marcada com fluorescência. A fosfatidilcolina, A fosfatidiletanolamina e o colesterol usados neste estudo para fazer a bicamada lipídica artificial são os principais componentes da membrana celular. Embora os proteolipossomas também contenham esses mesmos componentes lipídicos, era muito estranho descobrir que eles não se misturavam. Este resultado fornece informações muito valiosas, pois os componentes da membrana celular não estão sendo misturados ao ambiente e dispersos, mas formam aglomerados na bicamada lipídica artificial. Usando esta técnica experimental, por exemplo, também pudemos observar o fenômeno da interação colaborativa entre várias proteínas e lipídios na membrana celular. "
Formação de ilhas de componentes da membrana celular através da fusão de proteolipossomas em uma bicamada lipídica artificial. Crédito:(C) Toyohashi University Of Technology.
A professora Ayumi Hirano-Iwata da Tohoku University diz que "Em nosso estudo de canais iônicos, o fator mais importante que afeta a taxa de sucesso das medições é se os proteolipossomas se fundem com uma bicamada lipídica artificial ou não. Estávamos procurando as condições experimentais certas cada vez que mudávamos o tipo de células ou proteínas de membrana. Ao compreender o processo de fusão da membrana e seu mecanismo conforme esclarecido por este estudo, a eficiência de nossos experimentos será muito melhorada. "
O grupo de pesquisa acredita que o processo de fusão dos proteolipossomas e seu mecanismo elucidado por esta pesquisa irão acelerar a pesquisa de canais iônicos e proteínas de membrana, que são alvos importantes para o desenvolvimento de fármacos. Além disso, as "ilhas" feitas de componentes da membrana celular fornecerão informações úteis para a compreensão de reações biológicas complexas nas quais várias proteínas e lipídios estão envolvidos, bem como para o desenvolvimento de tecnologia de triagem de proteínas de membrana de alto rendimento.
